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EMV-Testeinrichtung für Hybrid-, Elektro- und Brennstoffzellenantriebe

0 bis 1000 V, +- 300 A, 100 kW

Von Steffen Klein und Jakob Mooser, Mooser EMC Technik GmbH, Ludwigsburg Mit Hochdruck arbeiten die Fahrzeughersteller an der Entwicklung von Hyprid-, Elektro- und Brennstoffzellenantrieben. Für die Sicherstellung der elektromagnetischen Verträglichkeit sind innovative Testverfahren gefragt. Das EMV-Prüfzentrum der Mooser EMC Technik GmbH in Ludwigsburg gehört nicht nur zu den modernsten, sondern auch zu den leistungsfähigsten Anlagen und erfüllt alle notwendigen Anforderungen, die in den nächsten Jahren zu erwarten sind.

Produktivität und Schnelligkeit sind gefragt, wenn es um die Entwicklung von Hybrid-, Elektro- und Brennstoffzellenantrieben in der Automobilindustrie geht. Alle namhaften Fahrzeughersteller arbeiten an neuen Systemen und versuchen schneller zu sein als ihre Mitbewerber. Forschungsprojekte in den Bereichen Batterietechnologien, Brennstoffzellen, Inverter und Elektromotoren geniessen höchste Priorität. Die Neuentwicklungen müssen jedoch frühzeitig ihre Praxistauglichkeit unter Beweis stellen und nicht erst in der Prototyp- Phase. Diese Notwendigkeit gilt auch für die elektromagnetische Verträglichkeit der neuen Systeme. Um eine variable Frequenz zu erzeugen, wird bei Elektroantrieben aus einer hohen Gleichspannung durch Zerhacken eine 3-Phasen-Wechselspannung erzielt. Störungen sind durch die extrem höheren Spannungen um den Faktor 50 (34 dB) höher als bei gewöhnlicher Kraftfahrzeug-Elektronik. Deshalb ist der gesamte Hochvoltbereich (High- Voltage-Bereich, HV) abgeschirmt. Allerdings bestehen funktionale und räumliche Verbindungen zwischen dem High-Voltage(HV)- und dem Low- Voltage(LV, 12 V)-Bereich. Könnte eine Entkopplung zwischen HV und LV nicht ausreichend erzielt werden, würden Störungen im Funkempfang durch die hohen StoÅNrpegel im LV-Netz entstehen. Damit die elektromagnetische Verträglichkeit der Komponenten frühzeitig überprüft werden können, entwickelte die Mooser EMC Technik GmbH in Ludwigsburg in der Nähe Stuttgart (Germany) das hochmoderne EMC-Testsystem und baute eines der modernsten EMVPrüfzentren. 2009 wurde das erste Testsystem in Betrieb genommen und 2011 durch ein zweites, baugleiches System erweitert. Bereits im Stadium der Entwicklung kann an Einzelkomponenten (Batterie, Brennstoffzelle, Inverter, Motor) oder in Teilsystemen wie beispielsweise Batterie-Inverter-Motor die elektromagnetische Verträglichkeit überprüft werden. EMV-Ingenieure mit einem grossen Erfahrungsschatz stehen vor Ort zur Verfügung und begleiten die Prüfverfahren, die alle nach CISPR 25 und ISO 11452 durchgeführt werden können. >> CISPR 25 Conducted emissions, voltage probe >> CISPR 25 Conducted emissions, current probe >> CISPR 25 Radiated emissions >> ISO 11452-2 Radiated immunity >> ISO 11454-4 Bulk current injection (BCI) >> ISO 11452-7 Direct radio frequency power injection >> ISO 11452-8 Immunity to magnetic fields >> ISO 11452-9 Portable transmitters >> ISO/FDIS 11452-10 Immunity to conducted disturbances in the extended audio frequency range Tests können sowohl im statischen wie auch im dynamischen Betrieb, also im Fahren und Bremsen (Rekuperieren), durchgeführt werden. Ein weiterer Prüfstand wurde für Bordnetztests konstruiert und Tests zur Störfestigkeit gegen Transienten (ISO 7637), Restwechselspannung, ground shift usw. sind ebenfalls moÅNglich, und zwar auch im High-Voltage-Bereich. Für diese Tests wird ein Temperaturschrank mit 1.000 l und einem Temperaturbereich von -45 °C bis +180 °C zur Verfügung gestellt. Das moderne Prüfzentrum liefert alle Notwendigkeiten für effektive und zeitgemässe Testverfahren: Neben dem Testbereich von bis zu 1.000 V, 300 A und 100 kW der Hochvoltversorgung und des Bremsmotors koÅNnnen mit dem externen Motor M1 auch dynamisches Bremsen (Rekupieren) getestet werden. Die Anlage bildet durch die Einzelsysteme in Bezug auf Hardware und auch der Funktionssoftware ein absolut funktionsfähiges Gesamtsystem. Gesteuert wird die gesamte Anlage durch einen leistungsstarken Contoller im 19“-Schrank und eine Software, die speziell für dieses System entwickelt wurde. Prüflinge werden mit den Bussystemen CAN oder Flex-Ray in die Gesamtanlage eingebunden. Die Überwachung und Steuerung des Prüflings kann durch die EMC-Software integriert werden. Motoren koÅNnnen in beliebiger Länge und in beliebigem Durchmesser durch simple Adapter und in einer speziell gestalteten Halterung montiert werden. Ein externes Flüssigkeitskühlsystem sorgt für die notwendige Kühlung der Prüflinge. Das EMV-Prüfzentrum der Mooser EMC Technik GmbH bietet weitere überzeugende und leistungsstarke Pluspunkte. >> Günstige Betriebskosten: Die gesamte Leistungsaufnahme der Anlage wird reduziert und eine Senkung der VerlustwaÅNrme erzielt. Die geschieht durch eine Zurückspeisung der frei werdenden Energie in die jeweils andere Antriebseinheit (WR 1 oder W R2), und zwar in beiden Betriebsarten eines Antriebs, als Fahren, Bremsen (Rekuperieren). >> Systemtest ohne Motor: Durch eine statische Lastnachbildung kann der Motor M2 (Prüfling) in der Entwicklungsphase ersetzt und ein EMC-Test auch ohne Motor durchgeführt werden. >> Externe Spannungsfilterung: Verfügt der Prüfling (Inverter) zusaÅNtzlich über einen DC/DC-Converter für 12 V oder 24 V, kann diese Spannung über Filter nach extern gefiltert und dort bis 500 A an eine Last angeschlossen werden. >> Stichwort: Messergebnisse Damit mit grosser Wahrscheinlichkeit der Radio-, TV- und Funkempfang im Auto störungsfrei bleibt, müssen die Komponentenmessungen in der Regel Grenzwertkurven 5 aus CISPR 25 gewährleisten. Abbildung 2 zeigt exemplarisch ein Diagramm nach CISPR 25 mit den Grenzwertklassen 5 für Peak- und AVG-Bewertung. Die Verläufe der Messkurven machen das Leerfeld in der Absorberkabine bei drehendem Motor M1 deutlich. Die Kurven verdeutlichen, dass weder Umweltstörungen noch der Wellenstrom des externen Motors M1 die Messergebnisse verfälschen. Die Störaussendung eines Prüflings am Beginn der Entstörung wird durch die einhüllende Beispielkurve (1) verdeutlicht. Eine bereits deutlich verbesserte Störaussendung während der Entwicklungsphase zeigt die einhüllende Beispielkurve (2) Im Bereich Störfestigkeit werden die Prüflinge ebenfalls härtesten Tests unterzogen. Die Anforderungen an die Störfestigkeit nach ISO 11452 liegen z.B. im Frequenzbereich 0,15 bis 400 MHz bei 100 mA bis 300 mA HF-Störstrom, eingekoppelt auf alle Leitungen. Im Frequenzbereich 200 MHz bis 1.000 MHz werden Störfeldstärken zwischen 100 V/m und 300 V/m gefordert. über 1 GHz muss zum Teil mit Feldstärken bis 600 V/m getestet werde. Die Anlage erfüllt alle Anforderungen. Die Messergebnisse werden durch die HV-spezifischen Einbauten nicht verändert.
Produktivität und Schnelligkeit sind gefragt, wenn es um die Entwicklung von Hybrid-, Elektro- und Brennstoffzellenantrieben in der Automobilindustrie geht. Alle namhaften Fahrzeughersteller arbeiten an neuen Systemen und versuchen schneller zu sein als ihre Mitbewerber. Forschungsprojekte in den Bereichen Batterietechnologien, Brennstoffzellen, Inverter und Elektromotoren geniessen höchste Priorität. Die Neuentwicklungen müssen jedoch frühzeitig ihre Praxistauglichkeit unter Beweis stellen und nicht erst in der Prototyp- Phase. Diese Notwendigkeit gilt auch für die elektromagnetische Verträglichkeit der neuen Systeme. Um eine variable Frequenz zu erzeugen, wird bei Elektroantrieben aus einer hohen Gleichspannung durch Zerhacken eine 3-Phasen-Wechselspannung erzielt. Störungen sind durch die extrem höheren Spannungen um den Faktor 50 (34 dB) höher als bei gewöhnlicher Kraftfahrzeug-Elektronik. Deshalb ist der gesamte Hochvoltbereich (High- Voltage-Bereich, HV) abgeschirmt. Allerdings bestehen funktionale und räumliche Verbindungen zwischen dem High-Voltage(HV)- und dem Low- Voltage(LV, 12 V)-Bereich. Könnte eine Entkopplung zwischen HV und LV nicht ausreichend erzielt werden, würden Störungen im Funkempfang durch die hohen StoÅNrpegel im LV-Netz entstehen. Damit die elektromagnetische Verträglichkeit der Komponenten frühzeitig überprüft werden können, entwickelte die Mooser EMC Technik GmbH in Ludwigsburg in der Nähe Stuttgart (Germany) das hochmoderne EMC-Testsystem und baute eines der modernsten EMVPrüfzentren. 2009 wurde das erste Testsystem in Betrieb genommen und 2011 durch ein zweites, baugleiches System erweitert. Bereits im Stadium der Entwicklung kann an Einzelkomponenten (Batterie, Brennstoffzelle, Inverter, Motor) oder in Teilsystemen wie beispielsweise Batterie-Inverter-Motor die elektromagnetische Verträglichkeit überprüft werden. EMV-Ingenieure mit einem grossen Erfahrungsschatz stehen vor Ort zur Verfügung und begleiten die Prüfverfahren, die alle nach CISPR 25 und ISO 11452 durchgeführt werden können. >> CISPR 25 Conducted emissions, voltage probe >> CISPR 25 Conducted emissions, current probe >> CISPR 25 Radiated emissions >> ISO 11452-2 Radiated immunity >> ISO 11454-4 Bulk current injection (BCI) >> ISO 11452-7 Direct radio frequency power injection >> ISO 11452-8 Immunity to magnetic fields >> ISO 11452-9 Portable transmitters >> ISO/FDIS 11452-10 Immunity to conducted disturbances in the extended audio frequency range Tests können sowohl im statischen wie auch im dynamischen Betrieb, also im Fahren und Bremsen (Rekuperieren), durchgeführt werden. Ein weiterer Prüfstand wurde für Bordnetztests konstruiert und Tests zur Störfestigkeit gegen Transienten (ISO 7637), Restwechselspannung, ground shift usw. sind ebenfalls moÅNglich, und zwar auch im High-Voltage-Bereich. Für diese Tests wird ein Temperaturschrank mit 1.000 l und einem Temperaturbereich von -45 °C bis +180 °C zur Verfügung gestellt. Das moderne Prüfzentrum liefert alle Notwendigkeiten für effektive und zeitgemässe Testverfahren: Neben dem Testbereich von bis zu 1.000 V, 300 A und 100 kW der Hochvoltversorgung und des Bremsmotors koÅNnnen mit dem externen Motor M1 auch dynamisches Bremsen (Rekupieren) getestet werden. Die Anlage bildet durch die Einzelsysteme in Bezug auf Hardware und auch der Funktionssoftware ein absolut funktionsfähiges Gesamtsystem. Gesteuert wird die gesamte Anlage durch einen leistungsstarken Contoller im 19“-Schrank und eine Software, die speziell für dieses System entwickelt wurde. Prüflinge werden mit den Bussystemen CAN oder Flex-Ray in die Gesamtanlage eingebunden. Die Überwachung und Steuerung des Prüflings kann durch die EMC-Software integriert werden. Motoren koÅNnnen in beliebiger Länge und in beliebigem Durchmesser durch simple Adapter und in einer speziell gestalteten Halterung montiert werden. Ein externes Flüssigkeitskühlsystem sorgt für die notwendige Kühlung der Prüflinge. Das EMV-Prüfzentrum der Mooser EMC Technik GmbH bietet weitere überzeugende und leistungsstarke Pluspunkte. >> Günstige Betriebskosten: Die gesamte Leistungsaufnahme der Anlage wird reduziert und eine Senkung der VerlustwaÅNrme erzielt. Die geschieht durch eine Zurückspeisung der frei werdenden Energie in die jeweils andere Antriebseinheit (WR 1 oder W R2), und zwar in beiden Betriebsarten eines Antriebs, als Fahren, Bremsen (Rekuperieren). >> Systemtest ohne Motor: Durch eine statische Lastnachbildung kann der Motor M2 (Prüfling) in der Entwicklungsphase ersetzt und ein EMC-Test auch ohne Motor durchgeführt werden. >> Externe Spannungsfilterung: Verfügt der Prüfling (Inverter) zusaÅNtzlich über einen DC/DC-Converter für 12 V oder 24 V, kann diese Spannung über Filter nach extern gefiltert und dort bis 500 A an eine Last angeschlossen werden. >> Stichwort: Messergebnisse Damit mit grosser Wahrscheinlichkeit der Radio-, TV- und Funkempfang im Auto störungsfrei bleibt, müssen die Komponentenmessungen in der Regel Grenzwertkurven 5 aus CISPR 25 gewährleisten. Abbildung 2 zeigt exemplarisch ein Diagramm nach CISPR 25 mit den Grenzwertklassen 5 für Peak- und AVG-Bewertung. Die Verläufe der Messkurven machen das Leerfeld in der Absorberkabine bei drehendem Motor M1 deutlich. Die Kurven verdeutlichen, dass weder Umweltstörungen noch der Wellenstrom des externen Motors M1 die Messergebnisse verfälschen. Die Störaussendung eines Prüflings am Beginn der Entstörung wird durch die einhüllende Beispielkurve (1) verdeutlicht. Eine bereits deutlich verbesserte Störaussendung während der Entwicklungsphase zeigt die einhüllende Beispielkurve (2) Im Bereich Störfestigkeit werden die Prüflinge ebenfalls härtesten Tests unterzogen. Die Anforderungen an die Störfestigkeit nach ISO 11452 liegen z.B. im Frequenzbereich 0,15 bis 400 MHz bei 100 mA bis 300 mA HF-Störstrom, eingekoppelt auf alle Leitungen. Im Frequenzbereich 200 MHz bis 1.000 MHz werden Störfeldstärken zwischen 100 V/m und 300 V/m gefordert. über 1 GHz muss zum Teil mit Feldstärken bis 600 V/m getestet werde. Die Anlage erfüllt alle Anforderungen. Die Messergebnisse werden durch die HV-spezifischen Einbauten nicht verändert.
  • Industrie, Bau & Immobilien
    • 10.09.2011

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