Elektromagnētiskā saderība elektriskajos transportlīdzekļos

Kad strāva iet caur vadītāju, tas rada elektromagnētiskos laukus, un gandrīz visas elektroniskās ierīces, piemēram, televizori, veļas mazgājamās mašīnas, indukcijas plīts, luksofori, mobilie tālruņi, bankomāti un klēpjdatori utt., Izstaro elektromagnētiskos laukus. Arī ar fosilajiem transportlīdzekļiem cieš elektromagnētiskie traucējumi (EMI) - aizdedzes sistēma, startera motors un slēdži izraisa platjoslas EMI, bet elektroniskās ierīces - šaurjoslas EMI. Bet, salīdzinot ar ICE (Iekšējās sadedzināšanas dzinējiem), elektriskie transportlīdzekļi ir dažādu apakšsistēmu un elektronisko komponentu kombinācija, piemēram, akumulators, BMS, līdzstrāvas-līdzstrāvas pārveidotājs, invertors, elektromotors, lieljaudas kabeļi, kas izvietoti ap transportlīdzekli, un lādētāji. strādā ar lielu jaudas un frekvences līmeni, kas izraisa augsta līmeņa zemfrekvences EMI emisiju.

Ja mēs novērojam pieejamo elektrisko transportlīdzekļu jaudu un sprieguma rādītājus, jaudas nominālvērtības ir no dažiem desmitiem KW līdz simtiem KW, savukārt sprieguma nominālvērtības ir simtiem voltu, lai strāvas līmenis būtu simtos ampēru, kas izraisa spēcīgākus magnētiskos laukus

• Nissan LEAF 125 kW aizmugurējo riteņu piedziņa darbojas ar 400 V _DC
• BMW i3 125 kW aizmugurējo riteņu piedziņa darbojas ar 500 V _DC
• Tesla modelim S ir 235 kW aizmugurējo riteņu piedziņa pie 650 V _{līdzstrāvas}
• Toyota Prius (3. paaudze) ar 74 kW priekšējo riteņu piedziņu strādā pie 400 V _DC
• Toyota Prius PHV priekšējo riteņu piedziņa ir 60 kW, kas darbojas ar 350 V _DC
• Chevrolet Volt PHV priekšējo riteņu piedziņa ar nominālo 55 kW (x2) darbu pie 400 V _DC

Ļaujiet apsvērt elektrisko transportlīdzekļu ar 100kW elektriskās piedziņas darbības pie 400V līdzekļiem tā, kuru strāvu 250A, kas rada spēcīgu magnētisko lauku. Projektējot transportlīdzekli, mums jānovērtē visu šo apakšsistēmu un sastāvdaļu elektromagnētiskā saderība (EMC), lai nodrošinātu sastāvdaļu drošību kopā ar dzīvo būtņu drošību.

Ar EMS un EMI saistītie termini un definīcijas

Ierīces vai iekārtas elektromagnētiskā saderība nozīmē tās spēju neietekmēt elektromagnētisko lauku (EML) un neietekmēt citu sistēmu darbību ar tā EMF, kad tā darbojas elektromagnētiskā vidē. EMS apzīmē elektromagnētiskās emisijas, uzņēmības, imunitātes un sakabes jautājumus.

Elektromagnētiskā emisija nozīmē elektromagnētiskās enerģijas ģenerēšanu un izlaišanu vidē. Jebkura nevēlama emisija rada traucējumus vai traucējumus citām elektronisko ierīču darbībai, kas darbojas tajā pašā vidē, ti, kas pazīstama kā elektromagnētiskie traucējumi (EMI).

Ierīces elektromagnētiskā jutība norāda uz tās neaizsargātību pret nevēlamām emisijām un traucējumiem, kas izraisa ierīces nepareizu darbību vai sabojāšanos. Ja ierīce ir jutīgāka, tas nozīmē, ka tā ir mazāk aizsargāta pret elektromagnētiskajiem traucējumiem.

Ierīces elektromagnētiskā imunitāte nozīmē tās spēju normāli darboties elektromagnētiskās vides klātbūtnē, neradot traucējumus vai nesadaloties citas elektroniskas ierīces elektromagnētiskās emisijas dēļ.

Elektromagnētiskais savienojums ir vienas ierīces izstarotā elektromagnētiskā lauka mehānisms, kas sasniedz vai traucē citu ierīci.

Elektromagnētisko traucējumu (EMI) avoti EV

• Ir zināms, ka strāvas pārveidotāji ir galvenais elektromagnētisko traucējumu avots elektriskās piedziņas sistēmās. Tiem ir liela ātruma komutācijas ierīce, piemēram, parastie izolētie vārtu bipolārie tranzistori (IGBT) darbojas frekvencēs no 2 līdz 20 kHz, ātri IGBT var darboties līdz 50 kHz, un SiC MOSFET var darboties pat frekvencēs, kas pārsniedz 150 KHz.
• Elektromotori, kas darbojas ar lielu jaudas līmeni, izraisa elektromagnētisko emisiju, un caur impedanci tas darbojas kā EM trokšņa ceļš. Un šī pretestība mainās atkarībā no frekvences. Tā kā elektromotoru piedziņās tiek izmantoti jaudas invertori ar ātrgaitas PWM pārslēgšanas darbību, motora spailēs rodas pārsprieguma spriegumi, kas izraisa izstaroto EM troksni. Vārpstas strāva var izraisīt motora gultņu bojājumus un transportlīdzekļa vadības ierīces nepareizu darbību.
• Tā kā vilces baterijas tiek sadalītas, strāvas akumulatoros un starpsavienojumos kļūst par nozīmīgu EML emisijas avotu, un tie ir galvenā EMI ceļa daļa.
• Aizsargāti un neaizsargāti kabeļi ar augsta līmeņa strāvu starp dažādām apakšsistēmām, piemēram, akumulatora enerģijas pārveidotājs, enerģijas pārveidotājs motoram utt., EV rada spēcīgākus magnētiskos laukus. Tā kā elektrotīklā pieejamā vieta elektroinstalācijai ir ierobežota, augstsprieguma un zemsprieguma kabeļi tiek novietoti tuvu viens otram, un tas rada elektromagnētiskus traucējumus.
• Akumulatoru lādētāji un bezvadu uzlādes iespējas ir galvenie ārējie EMI avoti, izņemot EV iekšējo EMI avotu. Kad EV uzlādēšanai tiek izmantota bezvadu enerģijas tehnoloģija, spēcīgs magnētiskais lauks diapazonā no vairākiem desmitiem līdz simtiem kilohercu rada vairāku KW pārnesi uz desmitiem KW jaudas.

EMI ietekme uz elektrisko transportlīdzekļu elektroniskajiem komponentiem

Mūsdienās, attīstoties tehnoloģijai, automašīnām ir vairāk elektronisko komponentu un sistēmu pareizai darbībai un uzticamībai. Ja mēs redzam elektrisko transportlīdzekļu arhitektūru, lielu daudzumu elektrisko un elektronisko sistēmu ievieto ierobežotā telpā. Tas izraisa elektromagnētiskus traucējumus vai savstarpēju sarunu starp šīm sistēmām. Ja EMC netiek pienācīgi uzturēta, šīs sistēmas var nedarboties vai pat nedarboties.

EMS

Lielāko daļu automobiļu EMS standartu nosaka Automobiļu inženieru biedrība (SAE), Starptautiskā standartu organizācija (ISO), Starptautiskā elektrotehniskā komiteja (IEC), Elektrisko un elektronisko inženieru standartu asociācijas institūts ( IEEE -SA), Eiropas Kopiena (EK) un Apvienoto Nāciju Organizācijas Eiropas Ekonomikas komisija (ANO EEK).

ISO 11451 nosaka vispārīgus nosacījumus, vadlīnijas un pamatprincipus transportlīdzekļa pārbaudei, lai noteiktu ICE un elektrisko transportlīdzekļu imunitāti pār šaurjoslas izstaroto elektrisko traucējumu EMF.

ISO 11452 nosaka vispārīgos nosacījumus, vadlīnijas un pamatprincipus, lai pārbaudītu komponentu, lai noteiktu ICE un elektrisko transportlīdzekļu elektronisko komponentu imunitāti pār šaurjoslas izstaroto elektrisko traucējumu EMF.

CISPR12 nosaka robežas un mērīšanas metodes, lai pārbaudītu elektromobiļu, ICE transportlīdzekļu un laivu izstaroto elektromagnētisko emisiju.

CISPR25 nosaka radio traucējumu raksturlielumu mērīšanas robežas un metodes, kā arī transportlīdzekļa pārbaudes procedūru, lai noteiktu RI / RE līmeņus uztvērēju aizsardzībai, ko izmanto transportlīdzekļos.

SAE J551 -1 nosaka veiktspējas līmeņus un transportlīdzekļu un ierīču (60Hz-18GHz) EMS mērīšanas metodes.

SAE J551 -2 nosaka testa robežas un transportlīdzekļu, motorlaivu un dzirksteļaizdedzes motoru darbināmu ierīču radiotraucējumu (emisijas) raksturlielumu mērīšanas metodes.

SAE J551-4 nosaka transportlīdzekļu un ierīču, platjoslas un šaurjoslas, 150 KHz līdz 1000 MHz radio traucējumu raksturlielumu testa robežas un mērīšanas metodes.

SAE J551-5 nosaka veiktspējas līmeņus un magnētiskā un elektriskā lauka intensitātes mērīšanas metodes no elektriskajiem transportlīdzekļiem no 9 kHz līdz 30 MHz.

SAE J551-11 nosaka transportlīdzekļa elektromagnētiskās imunitātes izslēgtu transportlīdzekļa avotu.

SAE J551- 13 precizēts transportlīdzeklis elektromagnētiskā imunitāte beztaras strāvas injekcijas.

SAE J551- 15 precizēts transportlīdzeklis elektromagnētiskā imunitāte-elektrostatisku izlādi, kas tiks darīts aizsargātās telpā.

SAE J551- 17 specifiesvehicle elektromagnētiskā imunitāte-power line magnētiskie lauki.

2004/144 EK - IV pielikumā ir noteikta transportlīdzekļu izstarotās platjoslas emisijas mērīšanas metode.

2004/144 EK - V pielikumā noteikta transportlīdzekļu izstaroto šaurjoslas emisiju mērīšanas metode.

2004/144 EK - VI pielikumā ir noteikta testa metode transportlīdzekļu noturībai pret elektromagnētisko starojumu.

AIS-004 (3. daļa) ir noteiktas prasības elektromagnētiskajai savietojamībai automobiļos.

AIS-004 (3. daļa) 2. pielikumā ir paskaidrota transportlīdzekļu izstaroto platjoslas elektromagnētisko emisiju mērīšanas metode.

AIS-004 (3. daļa) 3. pielikumā izskaidrota šauru joslu izstaroto transportlīdzekļu izstaroto elektromagnētisko emisiju mērīšanas metode.

AIS-004 (3. daļa) 4. pielikumā ir paskaidrota transportlīdzekļu izturības pret elektromagnētisko starojumu testa metode.

AIS-004 (3. daļa) 5. pielikumā ir paskaidrota elektrisko / elektronisko mezglu izstaroto platjoslas elektromagnētisko emisiju mērīšanas metode.

AIS-004 (3. daļa) 6. pielikumā ir paskaidrota šauru joslu izstaroto elektromagnētisko emisiju mērīšanas metode no elektriskām / elektroniskām mezgliem.

Elektromagnētisko lauku iedarbības ierobežojumi cilvēkiem

Elektriskie transportlīdzekļi rada nejonizējošu elektromagnētisko starojumu, kas īsā laikā neietekmē cilvēku veselību. Bet ilgstošai iedarbībai, ja izstarotais magnētiskais lauks pārsniedz standarta robežas, tas ietekmē cilvēka veselību. Tātad, projektējot elektrisko transportlīdzekli, jāņem vērā ar magnētiskā lauka iedarbību saistītie draudi.

Elektromagnētisko iedarbību uz pasažieriem ietekmē dažādas elektrisko transportlīdzekļu konfigurācijas, jaudas līmeņi un topoloģijas, piemēram, priekšējo vai aizmugurējo riteņu piedziņa, akumulatora novietojums un attālums starp enerģijas aprīkojumu līdz pasažieriem utt.

Apsverot iespējamo kaitīgo ietekmi uz cilvēku iedarbību uz elektromagnētiskajiem laukiem, starptautiskās organizācijas, tostarp Pasaules Veselības organizācija (PVO) un Starptautiskā nejonizējošās radiācijas aizsardzības komisija (ICNIRP), ES direktīvas, IEEE ir noteikušas maksimāli pieļaujamā magnētiskā lauka iedarbības robežas. publiski.

Frekvence (Hz)	Magnētiskie lauki H (AM -1)	Magnētiskās plūsmas blīvums 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

Zemāk ir tabula, kurā parādīti maksimāli pieļaujamie magnētiskā lauka līmeņi plašai sabiedrībai saskaņā ar IEEE standartu

Arods nozīmē cilvēkus, kuri ir pakļauti EML, veicot regulāras darba aktivitātes.

Plaša sabiedrība ir pārējā sabiedrība, kas nav elektromagnētiskā lauka pakļauta profesionālā darbība

Orientēšanās vērtībām nav kaitīgas ietekmes uz veselību normālos darba apstākļos un personām, kurām nav aktīvas implantētas medicīniskās ierīces vai kuras ir stāvoklī. Tie atbilst lauka intensitātei.

Darbības vērtība rada dažus efektus, kas pakļauti šiem līmeņiem. Tie atbilst maksimāli tieši izmērāmajam laukam.

• Būtībā darbības vērtība ir augstāka nekā orientācijas vērtība.
• Arodekspozīcijas vērtības sabiedrībai ir augstākas nekā vispārējās iedarbības līmenim sabiedrībā.

Elektromagnētiskās saderības testi

EMC pārbaude jāveic, lai pārbaudītu, vai elektriskais transportlīdzeklis atbilst noteiktajiem standartiem . Laboratorijas un ceļa testi tiek veikti elektriskajiem transportlīdzekļiem, lai novērtētu EMS. Šie testi sastāv no emisiju, uzņēmības un imunitātes testiem.

Tiek veikti laboratorijas testi, lai raksturotu visu iebūvēto elektrisko iekārtu magnētiskā lauka emisijas un jutību pret EMC testa kamerā. Šīs kameras ir atbalss un atbalss.

Veicot emisijas testēšanu, pārveidotāji ietver līnijas pretestības stabilizācijas tīklu (LISN) vai mākslīgo tīkla tīklu (AMN). Par izstarotā emisijas testēšanai, antenas tiek izmantotas kā devējiem. Izstarotās emisijas mēra visos virzienos ap testējamo ierīci (DUT).

Jutības pārbaudē tiek izmantots jaudīgs RF EM enerģijas avots un izstarojošā antena, lai elektromagnētisko enerģiju novirzītu uz DUT. Veicot testu ar elektrisko transportlīdzekli, izņemot testējamo ierīci (DUT), viss tiks izslēgts un pēc tam tiks mērīts magnētiskais lauks.

Ārējie testi tiek veikti reālajā dzīvē braukšanas apstākļos. Šajos testos pārbaudāmajam transportlīdzeklim jābrauc ar maksimālu paātrinājumu un palēninājumu, lai nodrošinātu maksimālu strāvu vilces un atjaunojošās bremzēšanas laikā. Šie testi tiks veikti uz taisna ceļa, kur zemes radītie magnētiskie lauki ir nemainīgi, un dažos gadījumos uz stāvu nogāžu ceļiem. Veicot testus uz ceļa, mums jāidentificē ārējie magnētiskie traucējumi no ārējiem avotiem, piemēram, dzelzceļa līnijām, lūkas vākiem un citām automašīnām, enerģijas sadales iekārtām, augstsprieguma pārvades līnijām un strāvas transformatoriem.

Projektēšanas vadlīnijas labākai EMS un EMI pazemināšanai

• Līdzstrāvas kabeļiem, kas pārvadā lielas strāvas, jābūt izgatavotiem savīti, lai šī kabeļa strāva plūst pretējā virzienā, līdz minimumam samazinot EML emisijas.
• Trīsfāžu maiņstrāvas kabeļiem jābūt savītiem un jānovieto pēc iespējas tuvāk, lai samazinātu EML emisiju no tiem.
• Visi šie barošanas kabeļi jānovieto pēc iespējas tālāk no pasažieru sēdekļu reģiona. Un šiem savienojumiem nevajadzētu veidot cilpu.
• Ja attālums starp pasažieru sēdekļiem un trosi ir mazāks par 200 mm, jāpieņem ekranējums.
• Motori jānovieto tālāk no pasažiera sēdekļa zonas, un motora rotācijas ass nedrīkst būt vērsta uz pasažiera sēdekļa zonu.
• Tā kā tēraudam ir labāks ekranēšanas efekts, ja svars pieļauj alumīnija vietā, motoram jāizmanto tērauda metāla korpuss.
• Ja attālums starp motora un pasažiera sēdekļa laukumu ir mazāks par 500 mm, starp motora un pasažiera sēdekļa zonu ir jāpielieto ekranējoša tērauda plāksne.
• Motora korpuss ir pareizi jā iezemē līdz šasijai, lai samazinātu elektrisko potenciālu.
• Lai samazinātu kabeļa garumu starp invertoru un motoru, tie tiek uzstādīti pēc iespējas tuvāk viens otram.
• Lai nomāktu pārsprieguma spriegumu, vārpstas strāvu un izstaroto troksni, motora spailēm jāpievieno EMI trokšņu regulators.
• Lai uzlādētu zemsprieguma akumulatoru un nodrošinātu ievērojamu EMI vājinājumu, DC-DC pārveidotāja digitālajā kontrolierī ir jāintegrē digitāls aktīvs EMI filtrs.
• Lai nomāktu EMI bezvadu uzlādes laikā, ir izstrādāta rezonanses reaktīvā ekranēšana. Šeit noplūdes magnētiskais lauks iziet cauri rezonanses reaktīvajām vairoga spolēm tādā veidā, ka inducētā EML katrā vairoga spolē var atcelt gaidāmo EMF un magnētiskā lauka noplūdi var efektīvi nomākt, neizmantojot papildu enerģiju.
• Lai aizsargātu WPT sistēmas elektromagnētiskā lauka emisijas, ir izstrādātas vadošas, magnētiskas un aktīvas ekranēšanas tehnoloģijas.
• Elektriskajiem transportlīdzekļiem ir izstrādāts EMI trokšņu regulators, kas piestiprināts pie motora spailēm, lai nomāktu pārsprieguma spriegumu, vārpstas strāvu un izstaroto troksni.