Emissionsverhalten von Elektrofahrzeugen im Ladebetrieb

Abstract

Elektrofahrzeuge (EV) gewinnen immer mehr an Bedeutung und Akzeptanz, bedeuten aber hinsichtlich der technischen Anforderungen auch eine Reihe neuer Herausforderungen sowie Randbedingungen. So stellt der Ladevorgang eines EV einen völlig neuartigen Betriebszustand dar, der bei konventionellen Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotor keine Anwendung findet. Diese veränderte Situation muss auch hinsichtlich der Prüfungen der Elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) berücksichtigt werden. Dies bedeutet konkret, dass die EMV Prüfungen um die Teilprüfungen Emission sowie Störfestigkeit im Ladebetrieb zu erweitern sind. Hierbei kann es zu einem neuartigen und teils nicht vorherzusehendem Verhalten des gesamten Prüfaufbaus E-Fahrzeug mit Ladeleitung und Ladesäule (EVSE) kommen. Dieser Beitrag beschäftigt sich mit einem Teilaspekt dieses Verhaltens im Falle einer Emissionsprüfung. Grundlage ist die Annahme, dass das EV mit der zugehörigen Ladeleitung einen induktiv-kapazitiven Schwingkreis darstellt, welcher unter gewissen Bedingungen angeregt werden kann. Die Induktivität wird hierbei durch die Ladeleitung abgebildet, der kapazitive Anteil begründet sich in der Kapazität der Fahrzeugkarosse gegenüber Erde. Die resultierende Resonanz dieses Schwingkreises kann im Emissionsspektrum des Aufbaus in Form einer Pegelüberhöhung sichtbar werden. Die Höhe der Ausprägung ist hierbei von den Randbedingungen abhängig. Des Weiteren muss entsprechend ein Signal auf der Ladeleitung vorherrschen, welches zur Anregung führt. Es werden eine Simulation des Frequenzverlaufs des Schwingkreises sowie mehrere reale Messungen des Gesamtsystems durchgeführt. Bei den Messungen kommen eine Fahrzeugnachbildung sowie zwei reale Fahrzeuge zum Einsatz. Das Resonanzverhalten der Anordnung wird hierbei über verschiedene Messungen (Streuparameter, Störstrommessung) gezeigt. Abschließend wird die Wahl des Untergrundes, die die Fahrzeugkapazität gegen Erde maßgeblich beeinflusst, untersucht. Hierbei wird zwischen zwei Szenarien unterschieden. Bei einem alltäglich auftretenden Ladevorgang ist davon auszugehen, dass der Untergrund aus Beton oder Ähnlichem besteht. Dies gilt sowohl für öffentliches Laden als auch die heimische Garage. Der Untergrund, wie der bei Emissionsprüfungen normativ festgelegt ist, ist hingegen strukturell völlig andersartig. So findet bei Emissionsmessungen nach CISPR25 ein metallischer Untergrund Verwendung. Es kann gezeigt werden, dass die Ausprägung der Resonanz des Schwingkreises im Spektrum eine Abhängigkeit vom Untergrund aufweist. Dieser wirkt auf den Kapazitätswert des Fahrzeuges gegen Erde und somit auf das Resonanzverhalten des gesamten schwingfähigen Systems.