- Izrazi in definicije, povezane z EMC in EMI
- Viri elektromagnetnih motenj (EMI) v EV
- Vpliv EMI na elektronske komponente električnih vozil
- EMC
- Omejitve izpostavljenosti elektromagnetnih polj ljudem
- Preskusi elektromagnetne združljivosti
- Načrtujte smernice za boljšo EMC in znižanje EMI
Ko tok prehaja skozi vodnik, ustvarja elektromagnetna polja in skoraj vse elektronske naprave, kot so televizorji, pralni stroji, indukcijska peč, semaforji, mobilni telefoni, bankomati in prenosniki itd., Oddajajo elektromagnetna polja. Vozila na fosilna goriva trpijo tudi zaradi elektromagnetnih motenj (EMI) - sistem vžiga, zaganjalnik in stikala povzročajo širokopasovni EMI, elektronske naprave pa ozkopasovni EMI. Toda v primerjavi z vozili ICE (Motor z notranjim zgorevanjem) so električna vozila kombinacija različnih podsistemov in elektronskih komponent, kot so baterija, BMS, pretvornik DC-DC, pretvornik, elektromotor, visoko zmogljivi kabli, razporejeni po vozilu in polnilci, vse to. delujejo na visoki ravni moči in frekvence, kar povzroča emisije visokofrekvenčnih nizkofrekvenčnih EMI.
Če opazujemo ocene moči in napetosti razpoložljivih električnih vozil, so nazivne moči med nekaj deset KW do stotine KW, medtem ko so napetosti v stotinah voltov, tako da bodo trenutne ravni v stotinah Amperov, kar povzroča močnejša magnetna polja
- Nissan LEAF ima 125 kW zadnjega pogona na 400 V DC
- BMW i3 ima 125 kW pogona na zadnja kolesa in deluje na 500 V DC
- Tesla model S ima 235 kW pogona na zadnja kolesa in deluje na 650 V DC
- Toyota Prius (3. generacija) ima 74 kW pogona na sprednja kolesa na 400 V DC
- Toyota Prius PHV ima pogon na sprednja kolesa z močjo 60 kW in deluje na 350 V DC
- Chevrolet Volt PHV ima pogon na sprednja kolesa z močjo 55 kW (x2) in deluje na 400 V DC
Razmislimo o električnem vozilu z električnim pogonom 100 kW, ki deluje pri 400 V, pomeni, da ima tok 250 A, kar ustvarja močno magnetno polje. Pri načrtovanju vozila moramo oceniti EMC (elektromagnetno združljivost) vseh teh podsistemov in komponent, da zagotovimo varnost komponent skupaj z varnostjo živih bitij.
Izrazi in definicije, povezane z EMC in EMI
EMC (elektromagnetna združljivost) naprave ali opreme pomeni, da ne more vplivati elektromagnetno polje (EMF) in ne vpliva na delovanje drugih sistemov z EMF, kadar deluje v elektromagnetnem okolju. EMC predstavlja težave z elektromagnetnimi emisijami, občutljivostjo, odpornostjo in povezavo.
Elektromagnetna emisija pomeni nastajanje in sproščanje elektromagnetne energije v okolje. Vsaka neželena emisija povzroči motnje ali motnje pri delovanju drugih elektronskih naprav, ki delujejo v istem okolju, tj. Imenovane elektromagnetne motnje (EMI).
Elektromagnetna občutljivost naprave kaže na njeno ranljivost na neželene emisije in motnje, ki povzročajo okvaro ali okvaro naprave. Če je naprava bolj dovzetna, pomeni, da je manj odporna na elektromagnetne motnje.
Elektromagnetna odpornost naprave pomeni, da lahko normalno deluje v prisotnosti elektromagnetnega okolja, ne da bi prišlo do motenj ali okvare zaradi elektromagnetnih emisij druge elektronske naprave.
Elektromagnetna sklopka pomeni mehanizem oddajanja elektromagnetnega polja ene naprave, ki doseže ali moti drugo napravo.
Viri elektromagnetnih motenj (EMI) v EV
- Znano je, da so pretvorniki moči glavni vir elektromagnetnih motenj v električnih pogonskih sistemih. Ti imajo visokohitrostne preklopne naprave, npr. Običajni bipolarni tranzistorji z izoliranimi vrati (IGBT) delujejo na frekvencah od 2 do 20 kHz, hitri IGBT lahko delujejo do 50 kHz, SiC MOSFET-i pa lahko delujejo tudi na frekvencah nad 150 KHz.
- Elektromotorji, ki delujejo na visoki ravni moči, povzročajo elektromagnetne emisije in skozi svojo impedanco delujejo kot pot za EM šum. In ta impedanca se spreminja v odvisnosti od frekvence. Ker elektromotorni pogoni uporabljajo pretvornike moči s hitrim preklopom PWM, na terminalih motorja prihaja do prenapetostnih napetosti, ki povzročajo sevan EM šum. Tok gredi lahko povzroči poškodbe ležajev motorja in okvare krmilnika vozila.
- Ko se vlečne baterije razdelijo, postanejo tokovi v baterijah in v povezovalnih vodih pomemben vir emisije EMR in so glavni del poti EMI.
- Zaščiteni in neoklopljeni kabli, ki prenašajo visok nivo toka med različnimi podsistemi, kot so pretvornik akumulatorja v napajalnik, pretvornik moči v motor itd., Povzročajo močnejša magnetna polja. Ker je razpoložljiv prostor v električnem kablu omejen, so visokonapetostni in nizkonapetostni kabli nameščeni blizu drug drugega in povzročajo elektromagnetne motnje med njimi.
- Polnilci baterij in naprave za brezžično polnjenje so poleg zunanjega EV EMI glavni zunanji viri EMI. Ko se za polnjenje EV uporablja tehnologija brezžičnega napajanja, močno magnetno polje v območju od nekaj deset do sto kilohercev povzroči prenos več KW na deset KW moči.
Vpliv EMI na elektronske komponente električnih vozil
Danes avtomobili z napredkom tehnologije vsebujejo več elektronskih komponent in sistemov za pravilno delovanje in zanesljivost. Če vidimo arhitekturo električnega vozila, je velika količina električnih in elektronskih sistemov postavljena v zaprt prostor. To povzroča elektromagnetne motnje ali navzkrižne pogovore med temi sistemi. Če EMC ni pravilno vzdrževan, lahko ti sistemi ne delujejo ali celo ne delujejo.
EMC
Večino standardov EMC za avtomobile določajo Društvo avtomobilskih inženirjev (SAE), Mednarodna organizacija za standarde (ISO), Mednarodni odbor za elektrotehniko (IEC), Združenje za standarde inženirjev elektrotehnike in elektronike ( IEEE -SA), Evropska skupnost (ES) in Ekonomska komisija Združenih narodov za Evropo (UNECE).
ISO 11451 določa splošne pogoje, smernice in osnovna načela za preskušanje vozila za določitev odpornosti ICE in električnih vozil na elektromagnetno sevanje EMF z ozkopasovnimi motnjami.
ISO 11452 določa splošne pogoje, smernice in osnovna načela za preskušanje komponente za določanje odpornosti elektronskih komponent ICE in električnih vozil na elektromagnetno sevanje EMF z ozkopasovnimi motnjami.
CISPR12 določa meje in metode merjenja za preskušanje sevanih elektromagnetnih emisij iz električnih vozil, ICE vozil in čolnov.
CISPR25 določa meje in metode za merjenje značilnosti radijskih motenj ter postopek preskušanja vozila za določitev ravni RI / RE za zaščito sprejemnikov, ki se uporabljajo v vozilu.
SAE J551 -1 določa ravni zmogljivosti in metode merjenja EMC vozil in naprav (60Hz-18GHz).
SAE J551 -2 določa preskusne meje in metode merjenja značilnosti radijskih motenj (emisij) vozil, motornih čolnov in naprav, ki jih poganja motor, ki jih vžge motor.
SAE J551-4 določa preskusne meje in metode merjenja značilnosti radijskih motenj vozil in naprav, širokopasovnih in ozkopasovnih, 150 KHz do 1000 MHz.
SAE J551-5 določa ravni zmogljivosti in metode merjenja jakosti magnetnega in električnega polja električnih vozil, od 9 kHz do 30 MHz.
SAE J551-11 določa vir vozila za elektromagnetno odpornost vozila.
SAE J551- 13 določa, vozilo elektromagnetna imunost-vsiljenim tokom.
SAE J551- 15 določa, vozilo elektromagnetna imunost-elektrostatične razelektritve, ki bo potekalo v zaščiten prostor.
SAE J551- 17 specifiesvehicle elektromagnetna imunost-daljnovode magnetna polja.
2004/144 ES - Priloga IV določa način merjenja sevanih širokopasovnih emisij iz vozil.
2004/144 ES - Priloga V določa način merjenja sevanih ozkopasovnih emisij iz vozil.
2004/144 ES - Priloga VI določa metodo preskušanja odpornosti vozil na elektromagnetno sevanje.
AIS-004 (3. del) zagotavlja zahteve glede elektromagnetne združljivosti v avtomobilskih vozilih.
AIS-004 (del 3) Priloga 2 pojasnjuje način merjenja sevanih širokopasovnih elektromagnetnih emisij iz vozil.
AIS-004 (del 3) Priloga 3 pojasnjuje način merjenja sevanih ozkopasovnih elektromagnetnih emisij iz vozil.
AIS-004 (del 3) Priloga 4 pojasnjuje metodo preskušanja odpornosti vozil na elektromagnetno sevanje.
AIS-004 (del 3) Priloga 5 pojasnjuje način merjenja sevanih širokopasovnih elektromagnetnih emisij iz električnih / elektronskih podsklopov.
AIS-004 (del 3) Priloga 6 pojasnjuje način merjenja sevanih ozkopasovnih elektromagnetnih emisij iz električnih / elektronskih podsklopov.
Omejitve izpostavljenosti elektromagnetnih polj ljudem
Električna vozila proizvajajo neionizirajoča elektromagnetna sevanja, ki kratkotrajno ne vplivajo na zdravje ljudi. Toda če je obsevano magnetno polje več kot običajno, dolgotrajna izpostavljenost vpliva na zdravje ljudi. Torej je treba pri načrtovanju električnega vozila upoštevati nevarnosti z izpostavljenostjo magnetnemu polju.
Elektromagnetna izpostavljenost potnikom vpliva na različne konfiguracije, ravni moči in topologije električnega vozila, kot so pogon na sprednja ali zadnja kolesa, namestitev akumulatorja in razdalja med električno opremo do potnikov itd.
Mednarodne organizacije, vključno s Svetovno zdravstveno organizacijo (WHO) in Mednarodno komisijo za zaščito pred neionizirajočimi sevanji (ICNIRP), so z upoštevanjem možnih škodljivih učinkov izpostavljenosti ljudi elektromagnetnim sevanjem določile meje največje dovoljene izpostavljenosti magnetnemu polju javnosti.
Frekvenca (Hz) |
Magnetna polja H (AM -1) |
Gostota magnetnega pretoka 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 - 3 kHz |
5,47 x 105 / f |
687 x 10 -3 / f |
Spodaj je tabela, ki prikazuje največje dovoljene ravni magnetnega polja za splošno javnost v skladu s standardom IEEE
Poklic pomeni ljudi, ki so izpostavljeni EMF med opravljanjem rednih delovnih dejavnosti.
Splošna javnost pomeni ostalo javnost, ki ni poklicno izpostavljena elektromagnetnim poljem
Orientacijske vrednosti nimajo škodljivih vplivov na zdravje v normalnih delovnih razmerah in za osebe, ki nimajo aktivnega vsadljenega medicinskega pripomočka ali so noseče. To ustreza jakosti polja.
Vrednost akcije povzroči nekatere učinke, izpostavljene tem nivojem. Ti ustrezajo največjemu neposredno merljivemu polju.
- V bistvu je vrednost akcije višja od vrednosti orientacije.
- Vrednosti poklicne javne izpostavljenosti so višje od vrednosti za splošno javno izpostavljenost.
Preskusi elektromagnetne združljivosti
Preskus EMC je treba opraviti, da se preveri, ali električno vozilo ustreza zahtevanim standardom ali ne . Za oceno EMC se na električnem vozilu izvajajo laboratorijski in cestni testi. Ti preskusi vključujejo preskuse emisij, občutljivosti in imunosti.
Laboratorijski testi se opravijo za opredelitev emisij magnetnega polja in občutljivosti vseh vgrajenih električnih naprav v preskusni komori EMC. Te komore so brez zvoka in odmeva.
Za opravljeno preskušanje emisij pretvorniki vključujejo omrežje za stabilizacijo impedance (LISN) ali se uporablja omrežje z umetnim omrežjem (AMN). Za preskušanje sevanih sevanj se kot pretvorniki uporabljajo antene. Sevane emisije se merijo v vseh smereh okoli preskušane naprave (DUT).
Preskus občutljivosti uporablja močan vir radiofrekvenčne EM energije in sevalno anteno za usmerjanje elektromagnetne energije na DUT. Med izvajanjem preskusa na električnem vozilu, razen na preskušani napravi (DUT), se bo vse izklopilo in nato izmerili magnetno polje.
Zunanji testi se v resničnem svetu izvajajo na pogojih cestne vožnje. V teh preskusih mora preskušano vozilo voziti z največjim pospeševanjem in pojemkom, da se zagotovi največji tok med vleko in regenerativnim zaviranjem. Ti testi se bodo izvajali na ravni cesti, kjer so magnetna polja zaradi zemlje konstantna, in v nekaterih primerih na cestah s strmimi pobočji. Med cestnimi preskusi moramo prepoznati zunanje magnetne motnje zunanjih virov, kot so železniške proge, pokrovi jaškov in drugi avtomobili, oprema za distribucijo električne energije, visokonapetostni daljnovodi in močnostni transformatorji.
Načrtujte smernice za boljšo EMC in znižanje EMI
- Enosmerni kabli, ki prenašajo velike tokove, morajo biti izdelani v zviti obliki, tako da tok v tem kablu teče v nasprotni smeri in tako zmanjša emisijo EMR.
- Trifazni izmenični kabli morajo biti zviti in jih je treba namestiti čim bližje, da zmanjšajo emisije EMR iz njih.
- In vsi ti napajalni kabli morajo biti nameščeni čim dlje od območja sovoznikovih sedežev. In te povezave ne bi smele tvoriti zanke.
- Če je razdalja med potniškimi sedeži in kablom manjša od 200 mm, je treba uporabiti zaščito.
- Motorje je treba namestiti dlje od prostora sovoznikovega sedeža, rotacijska os motorja pa ne sme biti usmerjena proti območju sovoznikovega sedeža.
- Ker jeklo ima boljši zaščitni učinek, je treba, če to dovoljuje teža namesto aluminija, uporabiti jekleno kovinsko ohišje za motor.
- Če je razdalja med območjem motorja in sovoznikovega sedeža manjša od 500 mm, je treba med območjem motorja in sovoznikovega sedeža uporabiti zaščito kot jeklena plošča.
- Ohišje motorja mora biti pravilno ozemljeno na ohišje, da se čim bolj zmanjša električni potencial.
- Da bi zmanjšali dolžino kabla med razsmernikom in motorjem, ki so jih namestili čim bližje drug drugemu.
- Za zatiranje prenapetostne napetosti, toka gredi in sevanega hrupa je treba na priključke motorja pritrditi EMI krmilnik hrupa.
- Digitalni aktivni EMI filter mora biti integriran v digitalni krmilnik pretvornika DC-DC, da se napolni nizkonapetostna baterija in zagotovi znatno zmanjšanje EMI.
- Za zatiranje EMI med brezžičnim polnjenjem je bil razvit resonančni reaktivni ščit. Tu magnetno polje puščanja prehaja skozi resonančne reaktivne zaščitne tuljave na tak način, da inducirani EMF v vsaki zaščitni tuljavi lahko prekliče vpadni EMF in uhajanje magnetnega polja lahko učinkovito zatremo, ne da bi porabili dodatno moč.
- Za zaščito pred oddajanjem elektromagnetnega polja iz sistema WPT so bile razvite tehnologije prevodnega zaščitnega, magnetnega in aktivnega zaščite.
- Za električna vozila je bil razvit EMI krmilnik hrupa, ki je pritrjen na sponkah motorja za zatiranje prenapetostne napetosti, toka gredi in sevanega hrupa.