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10-2016

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Fachzeitschrift für Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik

EMV gelangen zurück

EMV gelangen zurück über die Eingangstore in benachbarte Zellen, von deren Knotenmitte sie wiederum gestreut werden. Die Impulsantwort des Systems wird im Zeitbereich als auch im Frequenzbereich als Fouriertransformierte, nach Realteil und Imaginärteil getrennt, angegeben. Die Impulse entsprechen den Wellenamplituden und werden zur Darstellung der elektromagnetischen Feldkomponenten verwendet [7]. Bild 3: Vollständige Anordnung der Messproben im Simulationsmodell Einbauort eines Strommesssensors in einem Elektrofahrzeug Der genauen Messung der Stromstärke auf der Verbraucherseite einer Hochvoltbatterie in einem Elektrofahrzeug fällt eine große Bedeutung zu. Von den spezifischen Eigenschaften eines Strommesssensors, wie dem verwendeten Messverfahren, dem Innenwiderstand, der Genauigkeit der Referenzspannungsquelle des Analog- Digital-Wandlers abgesehen, beeinflussen elektromagnetische Störeffekte die Genauigkeit der Messung. Da gerade in Elektrofahrzeugen, trotz Schirmungs- und Filterungsmaßnahmen, ein großes Potenzial für elektromagnetische Störstrahlung vorhanden ist, muss der Einfluss von Störfeldern auf einen empfindlichen Stromsensor möglichst gering gehalten werden. Dies scheint am ehesten dann gewährleistet zu sein, wenn sich der Stromsensor, räumlich gesehen, weit entfernt von einer potenziellen Störquelle befindet. Das bedeutet, dass der Stromsensor in räumlicher Distanz zu den Komponenten der Leistungselektronik und ihren Verbindungsleitungen, also nah an der Hochvoltbatterie, eingebaut wird. Die Gültigkeit dieser These wurde anhand der durch Simulation gewonnenen Ergebnisse überprüft. Erstellung eines Simulationsmodells Ausgehend von einem Opel Corsa, der auf einen reinen elektrischen Antrieb umgerüstet wurde, erfolgte die Modellierung in MEFiSTo-2D Classic. Dazu wurde ein grundlegendes Modell erstellt, auf dem wiederum verschiedene Varianten aufbauen. Auf diese Weise wurde eine Vielzahl von Simulationsergebnissen gewonnen, die als Grundlage bei der Entscheidungsfindung für den optimalen Einbauort des Stromsensors aus Sicht der elektromagnetischen Verträglichkeit dienen. Die Umsetzung des Fahrzeugaufbaus Da das verwendete Feldsimulationsprogramm im zweidimensionalen Raum arbeitet, konnte von dem vorhandenen E-Corsa Fahrzeug nur ein schematischer Grundaufbau angefertigt werden, der in Bild 1 zu sehen ist. Darin sind nur die wesentlichen Komponenten eines Elektrofahrzeugs enthalten. Die Komponenten Elektromotor, Frequenzumrichter, DC/ DC-Spannungswandler und Hochvoltbatterie wurden durch ideal magnetisch leitende Wände in Bild 1 blau dargestellt. Da diese Komponenten von einem metallischen Gehäuse umgeben sind, konnte so ihre Beeinflussung durch das elektromagnetische Feld am besten angenähert werden. Zudem hat das Metallgehäuse dieser potenziellen Störquellen eine abschirmende Wirkung. Auch diese konnte durch die magnetischen Wände nachgebildet werden. Die elektrischen Leitungen zwischen Hochvoltbatterie, Frequenzumrichter, Elektromotor und DC/ DC Wandler, in Bild 1 grünweiß dargestellt, wurden durch Quellregionen nachgebildet. Sie stellen damit die Störquellen in der EMV-Simulation dar. Der Aufbau der Hochvoltkabel im Simulationsmodell knüpft an eine Projektarbeit an, die sich mit der Schirmdämpfung von Isolationsmaterialien beschäftigte und ebenfalls mit MEFiSTo- 2D Classic simuliert wurde [8]. Die durchgehenden schwarzen Linien sind sogenannte Interface-Wände. Sie haben im Simulationsprogramm MEFiSTo-2D Classic die Eigenschaft eines idealen Transformators. Das heißt, dass die Eigenschaften der Interface-Wand so gewählt werden können, dass eine auf die Wand auftreffende Welle entweder verstärkt oder abgeschwächt wird. Im Modell schwächen die Interface-Wände die ausgesendeten Wellen der Quellregionen zur anderen Seite hin ab. Die kurzen grünen Linien, welche um die schwarzen Interface- Wände angeordnet sind, stellen Reflexionswände dar. Sie können auftreffende Wellen unterschiedlich stark reflektieren oder absorbieren. Im Modell wurde ein Reflexionsfaktor gewählt, der knapp unter eins liegt. Dadurch werden auftreffende Wellen fast vollständig reflektiert. Auf diese Weise pendeln die Wellen zwischen den gegenüberliegenden Reflexionswänden hin und her und können teilweise an den Lücken zwischen den Reflexionswänden austreten. Mit dem Einsatz von Reflexionswänden als schwach absorbierende Schicht konnte die Abschwächung durch die Interface- Wände so gewählt werden, dass noch ein Teil der von den Quellregionen ausgesendeten Wellen in die Umgebung abgestrahlt wird. Durch die parallele sowie nicht durchgängige Anordnung der Reflexionswände um die Quellenregionen herum, bilden sich bei bestimmten Leitungslängen Stehwellen aus. So lassen sich in mehreren Modellen mit unterschiedlichen Leitungslängen die Umgebungsbedingungen für den Stromsensor variieren. Die relative Permittivität der Simulationsumgebung wurde auf eins festgelegt. Sie weicht damit nur geringfügig von der relativen Permittivität der Luft ab und gibt somit gut die realen Bedingungen im E-Corsa Fahrzeug wieder. Fortsetzung folgt Autor: Christian Hübner wurde 1981 in Jena geboren..Nach der Berufsausbildung zum Kommunikationselektroniker war er mehrere Jahre angestellt bei der Funkwerk AG in Kölleda. Danach folgte die Erlangung der Allgemeinen Hochschulreife am Thüringenkolleg in Weimar mit anschließendem Studium der Informationstechnik an der Hochschule Schmalkalden. Der Fachartikel entstand während eines Praktikums bei der IMG Nordhausen..Der Betreuer dort war Herr Prof. Gräbner. 14 hf-praxis 10/2016

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