Untersuchungen zum Potential von kombinierten Schirmlösungen zur Reduzierung der Störaussendung in Antriebssystemen von Elektro- und Hybridfahrzeugen

Abstract

Die in Elektrofahrzeugen eingesetzten Antriebskomponenten stellen im Fahrzeug besonders im Bezug auf die EMV Anforderungen eine enorme Herausforderung dar. Speziell die eingesetzten elektrischen Antriebssysteme mit Leistungen im 100kW Bereich stellen im Betrieb eine Storquelle in Fahrzeugen dar, die im Bezug auf die Storaussendung intensiver Gegenmasnahmen bedarf. Das elektrische Antriebssystem solcher Fahrzeuge besteht im Wesentlichen aus einem Antriebsumrichter, welcher aus einer Hochvoltbatterie mit Spannungen von bis zu 800V gespeist wird und damit eine elektrische Antriebsmaschine betreibt. Zudem kommen meistens noch ein Gleichspannungswandler als Schnittstelle zwischen dem 12V-Bordnetz und dem HV Bordnetz sowie ein Batterieladegerat zu Einsatz. Zur Abschirmung sowie zur Gewahrleistung der elektrischen Sicherheit wird das gesamte Hochvoltbordnetz als IT-Netz, also isoliert vom restlichen Fahrzeug aufgebaut und vollstandig geschirmt. Im Bezug auf die EMV Anforderungen ist die Qualitat der Schirmung also der Kabelschirme, der Gehause und der Steckverbinder entscheidend. Speziell im Bereich des Elektroantriebs entstehen aufgrund der hohen Antriebsleistungen auch hohe Storaussendungen. Der Antriebsumrichter erzeugt an seinem Ausgang ein Frequenzvariables Drehstromsystem, indem er die volle Batteriespannung auf die Standerwicklungen des Antriebs schaltet. Die IGBTs, die in den meisten Umrichtern zum Einsatz kommen sind in der Lage sehr steile Schaltflanken von ca. 4kV/mikrosekunde bis 6kV/mikrosekunde zu realisieren. Durch diese PWM Spannungen auf den Antriebsleitungen und den angeschlossenen Standerwicklungen entstehen breitbandige Storaussendungen, die z.B. uber Streukapazitaten in andere Teile des Fahrzeugbordnetzes uberkoppeln und dort zu Funktionsbeeintrachtigungen fuhren konnen. Aktuell werden für die Antriebsleitungen im Wesentlichen zwei unterschiedliche Schirmkonzepte eingesetzt. Zum Einen werden drei Antriebsleitungen mit Einzelschirmung und zum Anderen drei ungeschirmte Leitungen mit einer Summenschirmung eingesetzt. Vorangegangene Untersuchungen hatten gezeigt, dass die Antriebsleitungen mit Summenschirmung tendenziell etwas geringere Storungen aufweisen, da die Leiterstrome durch den geringeren Schirmquerschnitt nach ausen hin nur teilweise kompensiert werden konnen. Im Folgenden sollen nun beide Schirmkonzepte kombiniert werden, um die Storaussendungen des Umrichter Motor Systems weiter zu reduzieren. Hierbei wird ein zusatzlicher Summenschirm um die einzeln geschirmten Antriebsleitungen angebracht. Die Untersuchung erfolgt sowohl anhand des verwendeten Simulationsmodells als auch anhand von Messungen an einem Antriebsstrang, wie er in Elektrofahrzeugeneingesetzt wird.