Simulationsgestützte Analyse von transienten leitungsgebundenen Störungen im elektrischen Antriebsstrang von Kraftfahrzeugen

Abstract

Mit dem steigenden Grad der Elektrifizierung des Antriebsstrangs moderner Kraftfahrzeuge und durch den Einsatz immer leistungsstärkerer Umrichter und Maschinen nimmt das elektrische Störpotential innerhalb des Gesamtsystems Kraftfahrzeug beständig zu. Insbesondere durch die vom Umrichter zu liefernden hohen Spannungen und Leistungen, mit PWM-Frequenzen von 20 kHz und mehr, sowie durch die Ein- und Ausschaltvorgänge steigt das Störpotential von transienten Vorgängen im Gesamtbordnetz deutlich an. Als besonders kritisch sind hierbei die Rückwirkungen auf das Hochvolt-DC-Bordnetz (HVDC) zu betrachten, da diese sich über den Koppelpfad der verschiedenen DC/DC-Wandler, beispielsweise, leicht auf das Niedervolt-DC-Bordnetz (LVDC) übertragen können. Dort können die hochenergetischen Transienten sowohl direkt - leitungs-gebunden - zu Störungen in der Elektronik führen, als auch indirekt über elektromagnetische Abstrahlung durch die nicht geschirmten Leitungen im LVDC-Bordnetz. Diese Störpotentiale müssen daher genau analysiert werden, um Gegenmaßnahmen entwickeln und bewerten zu können. Entsprechende standardisierte Messverfahren werden, zum Beispiel, durch die Normen ISO 7637 [ISO 7637 (Draft-Standard), "Road Vehicle - Electrical distiurbance by conducting and coupling", September 2012] und CISPR25 [CISPR25 (Technical Standard), Radio disturbance characteristics for the protection of receivers used on board vehicles, boats and on devices - Limits and methods of measurement, 3rd ed. Hrsg., 2009] definiert. Da diese Messungen oft sehr zeit- und kostenintensiv sind, besonders wenn sie wiederholt an Hardwareprototypen durchgeführt werden müssen, bietet es sich an Vorabanalysen simulationsgestützt durchzuführen, um neue Komponenten oder Maßnahmen schnell bewerten zu können. Hierfür werden hinreichend präzise Simulationsmodelle der beteiligten Komponenten und des Gesamtsystems benötigt.