Elektromagnetische Umweltverträglichkeit eines Elektrofahrzeugs mit kontaktlosem Ladesystem

Abstract

Bei der Entwicklung von Elektrofahrzeugen mit kontaktlosen Ladesystemen (WPTSysteme) ist die Elektromagnetische Umweltverträglichkeit (EMVU) gegenüber Magnetfeldern sicherzustellen. Mithilfe von zwei neu entwickelten Methoden kann eine Abschätzung des EMVU-Verhaltens bereits in einer frühen Phase der Entwicklung erfolgen. Dabei ist es möglich sowohl Referenz- als auch Basiswerte zu betrachten. Für die Berechnung der induzierten elektrischen Feldstärke im Körper wird eine Erweiterung eines bestehenden Feldlösers durch Volumenintegralgleichungen vorgestellt und anschließend am Menschenmodell TARO verifiziert. Die erste Methode modelliert WPT-Systeme aus Konstruktionsdaten und parametriert diese durch eine Kombination von Netzwerkanalyse und der Theorie reflektierter Impedanzen. Eine Verifikation kann durch Magnetfeldmessungen während eines Komponententests durchgeführt werden. Das Simulationsmodell des WPT-Systems wird anschließend in Verbindung mit dem Modell der Fahrzeugkarosserie für die Berechnung der Magnetfelder und zur Abschätzung des EMVU-Verhaltens verwendet. Im Innenraum eines Fahrzeugs treten ebenfalls Magnetfelder auf. Diese werden meist durch die elektrischen Ströme der Energieversorgungssysteme verursacht. Hier bietet die zweite vorgestellte Methode der strombasierten EMVU-Bewertung die Möglichkeit einer prototypenfreien Entwicklung. Dazu werden zunächst Stromgrenzwerte für die jeweilige Komponente aus den Referenzwertfunktionen anzuwendender Personenschutzempfehlungen in Verbindung mit Leitungs- und Karosserie-Daten eines virtuellen Prototyps abgeleitet. Anschließend können diese in einer CISPR 25 Komponentenprüfung für die EMVU-Bewertung der gemessenen Ströme verwendet werden.

When developing electric vehicles with wireless power transfer systems (WPT system), the human exposuire with respect to electromagnetic fields (EMF) must be secured. With the help of two newly developed methods, the EMF behavior of electric vehicles with a WPT system can be estimated at an early stage of development by using existing EMC component tests according to CISPR 25. It is possible to consider both reference levels and base restrictions. So that the internal electric field strength can be calculated for a human body model, an extension of an existing field solver by volume integral equations is presented. Later on this method is verified for the human model TARO. The first method models WPT systems from construction data and parameterizes them through a combination of network analysis and the theory of reflected loades. Verification can be carried out through magnetic field measurements during component testing. An EMF assessment of the WPT system can then be carried out in a simulation with the model of a car body. Magnetic fields also occur in the interior of a vehicle. These are mostly caused by the electrical currents of the energy supply systems. The second method presented, the current-based EMF assessment, offers the possibility to achieve a prototype-free development with respect to EMF guidelines. For this purpose, current limit values for each component of interest are first derived from the reference value functions of applicable EMF guidelines in combination with line and car body data of a virtual prototype. These can then be used in a CISPR 25 component test for the EMF assessment of the measured currents.