Untersuchungen zum Einfluss der Messumgebung auf die Magnetfeld-emissionen von induktiven Fahrzeugladesystemen zwischen 9 kHz und 30 MHz

Zusammenfassung Neben der Elektrifizierung des Antriebsstrangs in Elektro- und Hybridfahrzeugen wird eine entsprechende Ladeinfrastruktur für das Laden von Fahrzeugen im privaten und öffentlichen Bereich aufgebaut. Angesichts der zunehmenden Anzahl autonomer Fahrfunktionstechnologien wird eine weitere Automatisierung des Ladevorgangs unumgänglich. Eine Technologie, die in der Lage ist, diese Aufgabe zu erfüllen, ist das kabellose Laden. Drahtlose Energieübertragungssysteme (engl. Wireless Power Transfer, WPT) verwenden zwei luftgekoppelte planare Spulen für die Energieübertragung. Eine befindet sich im Boden (z. B. Parkplatz) und die andere ist unter dem Fahrzeugchassis montiert. Mit einer autonomen Positionierung des Fahrzeugs kann somit auch der Ladevorgang ohne Weiteres gestartet werden. Um den Wirkungsgrad des Luftspalttransformators zu erhöhen, wird die Energieübertragung mit einer Grundfrequenz deutlich oberhalb der typischen 50/60 Hz Netzfrequenz realisiert. Die Norm IEC 61980-3 (2015) definiert die Grundfrequenz eines WPT-Systems zwischen 79 kHz und 90 kHz. Da dieses Signal in der Ladestation über eine H-Brücken-Schaltung realisiert wird, werden neben dem Nutzsignal breitbandige Emissionen generiert, deren Beherrschung essenziell für den Erfolg dieser Technologie ist Im Allgemeinen werden in (IEC 61980-1, 2015) Prüfungen der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) für diese Systeme behandelt, wobei der Versuchsaufbau in einem reflexionsarmen Raum (engl. Semi-Anechoic Chamber, SAC) für Messabstände von 3 m bzw. 10 m beschrieben wird. In (Kürschner et al., 2016) werden vergleichende Messungen vorgestellt, die sich auf den Vergleich der maximalen Magnetfeldstärken in SACs und Open Area Test Sites (OATSs) bei der Grundfrequenz konzentrieren. Da die Grenzwerte in (IEC 61980-1, 2015) für die Harmonischen im Megahertz-Bereich besonders kritisch sind, konzentriert sich diese Arbeit auf die Magnetfeldemissionen zwischen 9 kHz und 30 MHz. Hierfür wird ein Forschungs-WPT-System (Jeschke et al., 2021) verwendet, welches ohne Filtermaßnahmen betrieben wird. Neben dem Magnetfeld werden die Störströme gemessen, die in der Ladesäule bzw. auf der Fahrzeugseite erzeugt werden, um parasitäre Strompfade zu identifizieren, die hauptsächlich für die Magnetfeldemissionen des Systems verantwortlich sind. Dieses Wissen ist wichtig für ein effizientes Filterdesign, das die elektromagnetischen Emissionen reduziert und gleichzeitig die Effizienz nur geringfügig beeinträchtigt. Da die Emissionsmessungen an WPT Systemen innerhalb einer abgeschirmten SAC nicht der typischen Einbausituation eines solchen Systems entsprechen, werden vergleichende Messungen auf einem Parkplatz mit nicht leifähigem Boden durchgeführt. Ein Vergleich dieser beiden Messungen dient final dazu, die Messergebnisse innerhalb der SAC mit denen typischer Parkplätze in Verbindung zu bringen.