Elektromágneses összeférhetőség elektromos járművekben

Amikor az áram áthalad egy vezetőn, az elektromágneses tereket hoz létre, és szinte minden elektronikus eszköz, például tévék, mosógépek, indukciós tűzhely, közlekedési lámpák, mobiltelefonok, ATM-ek és laptopok stb. Kibocsátják az elektromágneses tereket. A fosszilis tüzelőanyaggal működő járművek szintén szenvednek elektromágneses interferenciától (EMI) - A gyújtási rendszer, az indítómotor és a kapcsolók szélessávú EMI-t, az elektronikus eszközök pedig keskeny sávú EMI-t okoznak. De összehasonlítva az ICE (belső égésű motor) járműveivel, az elektromos járművek különféle alrendszerek és elektronikus alkatrészek kombinációi, például akkumulátor, BMS, DC-DC átalakító, inverter, villanymotor, a jármű körül elosztott nagy teljesítményű kábelek és töltők, mindezek nagy teljesítmény és frekvencia mellett dolgoznak, ami magas szintű alacsony frekvenciájú EMI kibocsátását okozza.

Ha megfigyeljük a teljesítmény és a feszültség alapján a rendelkezésre álló elektromos járművek, teljesítmény értékek között van néhány tíz KW száz KW mivel feszültség alapján vannak több száz voltos, úgyhogy a jelenlegi szinten lesz több száz amper, ami erősebb mágneses mezők

• A Nissan LEAF 125 kW-os hátsókerék-meghajtása 400 V _DC-n működik
• A BMW i3 125 kW-os hátsókerék-meghajtása 500 V _DC-n működik
• A Tesla S modell 235 kW teljesítményű. A hátsó kerék meghajtása 650 V _DC-n működik
• A Toyota Prius (3. generáció) 74 kW-os elsőkerék-meghajtása 400 V _DC-n működik
• A Toyota Prius PHV az első kerékhajtás névleges teljesítménye 60 kW 350 V _DC-n működik
• A Chevrolet Volt PHV 55 kW (x2) névleges elülső kerékhajtása 400 V _DC-n működik

Vegyünk egy 100 kW-os elektromos meghajtású elektromos járművet 400 V-nál működő üzemmódba, ami azt jelenti, hogy 250 A áramú, amely erős mágneses teret hoz létre. A jármű tervezése során értékelnünk kell az összes alrendszer és alkatrész EMC-jét (elektromágneses összeférhetőségét), hogy biztosítsuk az alkatrészek és az élőlények biztonságát.

Az EMC-vel és az EMI-vel kapcsolatos fogalmak és meghatározások

Egy eszköz vagy berendezés elektromágneses összeférhetősége (elektromágneses összeférhetőség) azt jelenti, hogy képes elektromágneses mező (EMF) nem befolyásolni, és nem befolyásolja az EMF-mel kapcsolatos egyéb rendszerek működését, amikor elektromágneses környezetben működik. Az EMC az elektromágneses emissziót, az érzékenységet, az immunitást és a kapcsolási kérdéseket jelenti.

Elektromágneses emisszió elektromágneses energia keletkezését és kibocsátását jelenti a környezetbe. Bármely nem kívánt kibocsátás interferenciát vagy zavart okoz más elektronikus eszközök működésében, amelyek ugyanabban a környezetben működnek, azaz elektromágneses interferenciának (EMI) nevezik.

Az eszköz elektromágneses érzékenysége azt jelzi, hogy sérülékeny a nemkívánatos kibocsátások és interferenciák iránt, amelyek az eszköz hibás működését vagy meghibásodását okozzák. Ha egy eszköz érzékenyebb, azt jelenti, hogy kevésbé védett az elektromágneses interferenciával szemben.

Az eszköz elektromágneses immunitása azt jelenti, hogy képes elektromágneses környezetben normálisan működni anélkül, hogy interferenciát tapasztalna vagy meghibásodna egy másik elektronikus eszköz elektromágneses kibocsátása miatt.

Elektromágneses összekapcsolás: az egyik eszköz által kibocsátott elektromágneses mező mechanizmusa, amely eléri vagy zavarja más eszközt.

Az elektromágneses interferencia (EMI) forrásai EV-ben

• Az áramátalakítókról ismert, hogy az elektromos meghajtórendszerekben az elektromágneses interferencia fő forrása. Ezek nagy sebességű kapcsolóeszközökkel rendelkeznek, például a hagyományos szigetelt kapu bipoláris tranzisztorok (IGBT) 2 és 20 kHz közötti frekvenciákon működnek, a gyors IGBT-k 50 kHz-ig, a SiC MOSFET pedig akár 150 KHz feletti frekvenciákat is képesek működni.
• A nagy teljesítményű villanymotorok elektromágneses emissziót okoznak, és impedanciájukon keresztül vezetnek az EM zajhoz. És ez az impedancia a frekvencia függvényében változik. Mivel az elektromos motoros hajtások nagysebességű PWM kapcsolási teljesítményű invertereket használnak, a motor kapcsain túlfeszültségek lépnek fel, amelyek a kisugárzott EM zajt okozzák. A tengelyáram pedig a motor csapágyainak károsodását és a járművezérlő meghibásodását okozhatja.
• Amint a vontató akkumulátorok eloszlanak, az elemekben és a rendszerösszekötőkben lévő áramok az EMF-kibocsátás jelentős forrásává válnak, és ezek az EMI útjának fő részét képezik.
• Árnyékolt és árnyékolatlan kábelek, amelyek magas szintű áramot szállítanak a különböző alrendszerek között, mint például az akkumulátor-teljesítmény átalakító, az áramátalakító és a motor stb., Az EV-ben erősebb mágneses tereket okoznak. Mivel az EV-ben rendelkezésre álló hely a kábelköteg számára korlátozott, a nagyfeszültségű és kisfeszültségű kábeleket egymás közelében helyezik el, ami elektromágneses interferenciát okoz közöttük.
• Az akkumulátor-töltők és a vezeték nélküli töltési lehetőségek a legfontosabb külső EMI-források, kivéve az EV belső EMI-forrásait. Amikor az EV töltésére vezeték nélküli áramellátási technológiát alkalmaztak, a több tíz és több száz kilohertz közötti erős mágneses mező több KW-t több tíz KW teljesítményre továbbít.

Az EMI hatása az elektromos járművek elektronikus alkatrészeire

A technika fejlődésével napjainkban a gépkocsik több elektronikus alkatrészt és rendszert tartalmaznak a megfelelő működés és megbízhatóság érdekében. Ha az elektromos jármű architektúráját látjuk, nagy mennyiségű elektromos és elektronikus rendszer van elhelyezve zárt térben. Ez elektromágneses interferenciát vagy keresztbeszédet okoz e rendszerek között. Ha az EMC nincs megfelelően karbantartva, akkor ezek a rendszerek meghibásodhatnak vagy akár nem is működhetnek.

EMC

Az autóipari EMC-szabványok nagy részét az Automotive Engineers Society (SAE), a Nemzetközi Szabványügyi Szervezet (ISO), a Nemzetközi Elektrotechnikai Bizottság (IEC), az Institute of Electrical and Electronics Engineers Standards Association ( IEEE -SA), a Az Európai Közösség (EK) és az ENSZ Európai Gazdasági Bizottsága (ENSZ EGB).

Az ISO 11451 meghatározza az általános feltételeket, irányelveket és alapelveket a jármű teszteléséhez, hogy meghatározzák az ICE és az elektromos járművek immunitását a keskeny sávú kisugárzott elektromágneses villamos zavarok felett.

Az ISO 11452 meghatározza az alkatrészek tesztelésének általános feltételeit, irányelveit és alapelveit az ICE és az elektromos járművek elektronikai alkatrészeinek zavartalanságának meghatározása érdekében a keskeny sávú kisugárzott elektromágneses elektromossággal szemben.

A CISPR12 meghatározza az elektromos járművek, az ICE járművek és a hajók sugárzott elektromágneses emissziójának tesztelésére vonatkozó határértékeket és módszereket.

A CISPR25 meghatározza a rádiózavar jellemzőinek mérésére vonatkozó határértékeket és módszereket, valamint a jármű tesztelésének eljárását a járművek fedélzetén használt vevők védelmének RI / RE szintjének meghatározásához.

A SAE J551 -1 meghatározza a járművek és eszközök (60Hz-18GHz) EMC-teljesítményszintjeit és mérési módszereit.

A SAE J551 -2 meghatározza a járművek, motorcsónakok és szikragyújtású motorral hajtott eszközök rádiózavarainak (emisszió) jellemzőinek vizsgálati határértékeit és mérési módszereit.

A SAE J551-4 meghatározza a járművek és eszközök, a szélessávú és keskeny sávú, 150 KHz-től 1000 MHz-ig terjedő rádiózavarok jellemzőinek vizsgálati határértékeit és mérési módszereit.

A SAE J551-5 meghatározza a 9 kHz és 30 MHz közötti elektromos járművek mágneses és elektromos térerősségének teljesítményszintjét és mérési módszereit.

A SAE J551-11 meghatározza a jármű elektromágneses zavartűrését.

SAE J551- 13 Meghatározza jármű elektromágneses immunitás-árambetáplálásos.

SAE J551- 15 Meghatározza jármű elektromágneses immunitás-elektrosztatikus kisülés, amely kerül sor árnyékolt szobában.

SAE J551- 17 specifiesvehicle elektromágneses immunitás-távvezeték mágneses mezők.

2004/144 EK - A IV. Melléklet meghatározza a járművek sugárzott szélessávú kibocsátásának mérési módszerét.

2004/144 EK - Az V. melléklet meghatározza a járművekből származó keskeny sávú sugárzás mérésének módszerét.

2004/144 EK - A VI. Melléklet meghatározza a járművek elektromágneses sugárzással szembeni ellenálló képességének vizsgálati módszerét.

Az AIS-004 (3. rész) előírja a gépjárművek elektromágneses összeférhetőségét.

AIS-004 (3. rész) A 2. melléklet ismerteti a járművek sugárzott szélessávú elektromágneses kibocsátásának mérési módszerét.

AIS-004 (3. rész) A 3. melléklet ismerteti a járművek sugárzott keskeny sávú elektromágneses kibocsátásának mérési módszerét.

AIS-004 (3. rész) A 4. melléklet ismerteti a járművek elektromágneses sugárzással szembeni ellenálló képességének vizsgálatának módszerét.

AIS-004 (3. rész) Az 5. melléklet ismerteti az elektromos / elektronikus részegységek sugárzott szélessávú elektromágneses kibocsátásának mérési módszerét.

AIS-004 (3. rész) A 6. melléklet ismerteti az elektromos / elektronikus részegységek által sugárzott keskeny sávú elektromágneses emisszió mérési módszerét.

Az elektromágneses mezők embernek való kitettségének korlátai

Az elektromos járművek nem ionizáló elektromágneses sugárzást produkálnak, amely rövid ideig nem befolyásolja az emberi egészséget. De hosszú ideig tartó expozíció esetén, ha a kisugárzott mágneses tér meghaladja a szabványos határértékeket, az hatással van az emberi egészségre. Tehát az elektromos járművek megtervezése során figyelembe kell venni a mágneses tér expozíciójával járó veszélyeket.

Az utasok elektromágneses expozícióját az elektromos járművek különböző konfigurációi, teljesítményszintje és topológiája befolyásolja, például az első kerék vagy a hátsó kerék meghajtása, az akkumulátor elhelyezése, valamint az elektromos berendezések és az utasok közötti távolság stb.

Figyelembe véve az elektromágneses mezők emberi expozíciójának lehetséges káros hatásait, a nemzetközi szervezetek, köztük az Egészségügyi Világszervezet (WHO) és a Nemzetközi Nemionizáló Sugárvédelmi Bizottság (ICNIRP), az EU-irányelvek, az IEEE meghatározta a mágneses mező maximális megengedett határértékeit. nyilvános.

Frekvencia (Hz)	Mágneses mezők H (AM -1)	Mágneses fluxus sűrűsége B (T)
<0,153 Hz	9,39 x 10 4	118 x 10 -3
0,153 -20Hz	1,44 x 10 4 / f	18,1 x 10-3 / f
20-759 Hz	719	0,904 x 10-3
759 Hz - 3KHz	5,47 x 105 / f	687 x 10 -3 / f

Az alábbi táblázat mutatja az IEEE szabványnak megfelelő, a lakosság számára megengedett legnagyobb mágneses térszintet

A foglalkozás olyan embereket jelent, akik rendszeres munkájuk során ki vannak téve az EMF-nek.

A nagyközönség az elektromágneses tereknek kitett, a foglalkozáson kívüli lakosság többi részét jelenti

A tájékozódási értékek normális munkakörülmények között és az aktív beültetett orvostechnikai eszközökkel nem rendelkező vagy terhes személyek számára nem gyakorolnak káros hatásokat. Ezek megfelelnek a térerősségnek.

A cselekvési érték bizonyos hatásokat okoz ezeknek a szinteknek. Ezek megfelelnek a közvetlenül mérhető maximális mezőnek.

• Alapvetően az Action érték magasabb, mint a Orientation érték.
• A munkahelyi expozíciós értékek magasabbak, mint az általános lakossági expozíciós szintek.

Elektromágneses összeférhetőségi tesztek

EMC tesztet kell végezni annak ellenőrzésére, hogy az elektromos jármű megfelel-e az előírt szabványoknak . Laboratóriumi vizsgálatokat és közúti vizsgálatokat végeznek elektromos járműveken az EMC értékelésére. Ezek a tesztek kibocsátási, érzékenységi és immunitási teszteket tartalmaznak.

Laboratóriumi vizsgálatokat végeznek az EMC-tesztkamrában található fedélzeti elektromos berendezések mágneses terének kibocsátásának és érzékenységének jellemzésére. Ezek a kamrák visszhangtalanok és visszhangosak.

Az elvégzett emissziós teszteknél a jelátalakítók tartalmazzák a vonali impedancia-stabilizáló hálózatot (LISN) vagy a mesterséges hálózati hálózatot (AMN). A sugárzott emisszió teszteléséhez antennákat használnak átalakítóként. A sugárzott emissziót a vizsgált eszköz (DUT) körül minden irányban mérik.

Az érzékenységvizsgálat nagy teljesítményű RF EM energiaforrást és sugárzó antennát használ az elektromágneses energia DUT felé történő irányítására. Miközben elektromos járművet tesztelnek, kivéve a vizsgált eszközt (DUT), minden kikapcsol, majd megmérik a mágneses teret.

A külső teszteket valós körülmények között hajtják végre közúti vezetési körülmények között. Ezekben a tesztekben a vizsgált járműnek maximális gyorsítással és lassítással kell haladnia, hogy a legnagyobb áramot biztosítsa a tapadás és a regeneratív fékezés során. Ezeket a vizsgálatokat egyenes úton kell elvégezni, ahol a föld mágneses tere állandó, és egyes esetekben meredek lejtős utakon. A közúti tesztek során meg kell határoznunk a külső mágneses zavarokat külső forrásokból, például vasútvonalakból, aknafedelekből és egyéb autókból, áramelosztó berendezésekből, nagyfeszültségű távvezetékekből és transzformátorokból.

Tervezési irányelvek a jobb EMC és az EMI csökkentése érdekében

• A nagy áramot továbbító egyenáramú kábeleket csavart formában kell elkészíteni, hogy a kábel ellentétes irányú áramlása az EMF-kibocsátás minimalizálását eredményezze.
• A háromfázisú váltakozó áramú kábeleket meg kell csavarni, és a lehető legközelebb kell elhelyezniük, hogy a lehető legkisebb legyen az EMF-kibocsátás.
• És ezeket a tápkábeleket a lehető legtávolabb kell elhelyezni az utasüléstől. Ezeknek a kapcsolatoknak nem szabad hurokot alkotniuk.
• Ha az utasülések és a kábel közötti távolság kevesebb, mint 200 mm, árnyékolást kell alkalmazni.
• A motorokat távolabb kell elhelyezni az utasülés területétől, és a motor forgástengelye nem mutathat az utasülés területe felé.
• Mivel az acélnak jobb árnyékoló hatása van, ha a súly megengedi az alumínium helyett, acél fémházat kell használni a motorhoz.
• Ha a motor és az utasülés közötti távolság kevesebb, mint 500 mm, akkor a motor és az utasülés között árnyékolást kell alkalmazni.
• A motorházat az alvázhoz megfelelően kell földelni az elektromos potenciál minimalizálása érdekében.
• Az inverter és a motor közötti kábelhossz minimalizálása érdekében a lehető legközelebb helyezkednek el egymáshoz.
• A túlfeszültség, a tengelyáram és a kisugárzott zaj elnyomásához EMI zajszabályzót kell csatlakoztatni a motor kapcsaihoz.
• A kisfeszültségű akkumulátor feltöltéséhez és a jelentős EMI csillapításhoz digitális aktív EMI szűrőt kell beépíteni a DC-DC átalakító digitális vezérlőjébe.
• Az EMI elnyomására a vezeték nélküli töltés során rezonáns reaktív árnyékolást fejlesztettek ki. Itt a szivárgó mágneses mező áthalad a rezonáns reaktív pajzs tekercseken oly módon, hogy az egyes pajzs tekercsekben indukált EMF megszünteti a beeső EMF-et, és a mágneses mező szivárgása hatékonyan elnyomható további energia felhasználása nélkül.
• Vezetõ árnyékolás, mágneses árnyékolás és aktív árnyékolás technológiákat fejlesztettek ki a WPT rendszer elektromágneses mezõ kibocsátásának árnyékolására.
• Elektromos járművekhez kifejlesztettek egy EMI zajszabályzót, amely a motor kapcsaira van erősítve a túlfeszültség, a tengelyáram és a kisugárzott zaj elnyomására.