Die EMV-Anforderungen in Elektro- und Hybridfahrzeugen

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Damit die elektromagnetischen Störsignale die bestimmungsgemäße Funktion anderer Elektroniksysteme im Fahrzeug nicht beeinflussen, wird neben Filtern in den Hochvoltkomponenten das gesamte Hochvoltsystem als vollständig geschirmtes System in das Fahrzeug integriert [2]. Um die Störaussendung von Hochvoltsystemen für Kraftfahrzeuge bewerten zu können, sind EMV-Messmethoden notwendig, die auch zur gezielten EMV-Optimierung der Einzelkomponenten dienen. Daher sind Untersuchungen von Hochvolthalbleitern auf Bauteil- bzw. Schaltkreisebene sinnvoll.

Bei getakteter Ansteuerung ist der Halbleiterschalter im Umrichtermodul die Störquelle. Bisher sind noch keine EMV-Messverfahren für diese Anwendung genormt. Aufgrund der geschalteten Spannungen und der notwendigen Leistungen kommen in den Umrichtern für den Kfz-Einsatz Insulated-Gate-Bipolar-Transistoren (IGBT) zum Einsatz. Sie arbeiten als aktiv geschaltete Halbleiter, die mit dem Elektromotor überwiegend induktiv belastet werden. Daher werden zusätzlich Freilaufdioden benötigt, um den Strom in Rückwärtsrichtung zu führen.

Die Dioden sind aufgrund ihres unterschiedlichen Schaltverhaltens ebenfalls EMV-relevant [1]. Die Eigenschaften dieser Bauelemente bestimmen zusammen mit dem Modulaufbau das EMV-Verhalten des Moduls. Zur Verifikation des EMV-Verhaltens eines Moduls kann der im Bild 4 dargestellte Prüfaufbau genutzt werden.

Transferimpedanz der geschirmten Hochvoltleitung

Die EMV-Eigenschaften des Hochvoltsystems werden entscheidend durch die geschirmten Leitungen und der dazugehörigen Kontaktierungen beeinflusst. Die Schirmungseigenschaften kann man durch Verlegungsoptionen variieren. Die Schirmdämpfung real verlegter Leitungen kann signifikant verbessert werden, in dem im Vorfeld die Einflüsse mechanischer Beanspruchungen wie Biegeradien, aufbaubedingter Eigenschaften wie Querschnitt und Schirmaufbau sowie Steckverbindern der zum Einsatz vorgesehenen Bauteile untersucht werden.

Die Transferimpedanz ist geeignet, um die Leitungseigenschaft zu charakterisieren. Für die Bewertung der Transferimpedanz von geschirmten Hochvoltleitungen hat sich das Speisedrahtverfahren und die Triaxialmethode etabliert. Das Speisedrahtverfahren oder auch Paralleldrahtverfahren beruht auf dem Prinzip der Strominjektion und stellt eine kostengünstige Messmethode mit brauchbarer Reproduzierbarkeit der Messergebnisse dar. Zur Bestimmung der Transferimpedanz wird die zu prüfende Leitung in einer angepassten Messvorrichtung fixiert.

Parallel zu der eingespannten Leitung wird eine zweite Leitung, die sogenannte Speiseleitung, verlegt und impedanzgerecht angepasst. Die Speiseleitung kann beispielsweise aus einem Flachbandkabel oder aus leitendem Kupferklebeband bestehen. Durch das Einbringen von Strömen und Spannungen in den Speisedraht und der damit einhergehenden Überkopplung in den Prüfling lässt sich die Qualität des Schirmes bewerten. Damit lässt sich auch das Stecksystem in die Bewertung des Schirmdämpfungsverhaltens einbeziehen.

Literatur

[1] Trebeck, M.; Richter, M.; Körber, B.; Enzinger, T.; Rinkleff, T.: Bewertung der Störaussendung von Hochvolthalbleitern für Elektrofahrzeuge, Tagungsband zum Kongress EMV2014, VDE-Verlag 2014.

[2] Müller, N.; Richter, M.; Winkler, A.; Wunderlich, T.; Jacob, F.:Untersuchungen zur Störkopplung und Schirmdämpfung von Elektro- und Hybridfahrzeugen, Tagungsband zum Kongress EMV2014, VDE-Verlag 2014.

* Prof. Dr.-Ing. Matthias Richter ist Professor für für EMV und Nachrichtentechnik an der Westsächsischen Hochschule Zwickau.

* Norman Müller und Matthias Trebeck sind wissenschaftliche Mitarbeiter zum Thema EMV an der Westsächsischen Hochschule Zwickau.

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