Електромагнетна компатибилност у електричним возилима

Када струја пролази кроз проводник, она ствара електромагнетна поља и готово сви електронски уређаји попут телевизора, машина за прање веша, индукционих шпорета, семафора, мобилних телефона, банкомата, преносних рачунара итд., Емитоваће електромагнетна поља. Возила на фосилна горива такође пате од електромагнетних сметњи (ЕМИ) - Систем паљења, покретачки мотор и прекидачи узрокују широкопојасни ЕМИ, а електронски уређаји ускопојасни ЕМИ. Али у поређењу са ИЦЕ (Мотор са унутрашњим сагоревањем) возилима, електрична возила су комбинација различитих подсистема и електронских компоненти попут батерије, БМС-а, ДЦ-ДЦ претварача, претварача, електромотора, каблова велике снаге распоређених око возила и пуњача, сви ови раде на високим нивоима снаге и фреквенције што узрокује емисију високофреквентних ЕМИ.

Ако посматрамо оцене снаге и напона расположивих електричних возила, називне снаге су између неколико десетина КВ до стотине КВ, док су напони у стотинама волти, тако да ће нивои струје бити у стотинама ампера, што узрокује јача магнетна поља

• Ниссан ЛЕАФ има погон од 125 кВ на задње точкове на 400 В _{једносмерне струје}
• БМВ и3 има погон од 125 кВ на задње точкове на 500 В _{једносмерне струје}
• Тесла модел С има 235 кВ, погон на задње точкове ради на 650 В _{једносмерне струје}
• Тоиота Приус (3. генерација) има 74 кВ погона на предње точкове на 400 В _{једносмерне струје}
• Тоиота Приус ПХВ има погон на предње точкове снаге 60 кВ и ради на 350 В _{једносмерне струје}
• Цхевролет Волт ПХВ има погон на предње точкове снаге 55 кВ (к2) и ради на 400 В _{једносмерне струје}

Размотримо електрично возило са електричним погоном од 100 кВ који ради на 400 В, што значи да има струју од 250 А која ствара јако магнетно поље. Приликом дизајнирања возила морамо процијенити ЕМЦ (електромагнетску компатибилност) свих ових подсистема и компонената како бисмо осигурали сигурност компонената заједно са сигурношћу живих бића.

Термини и дефиниције у вези са ЕМЦ и ЕМИ

ЕМЦ (електромагнетна компатибилност) уређаја или опреме значи да његова способност неће бити под утицајем електромагнетног поља (ЕМФ) и да неће утицати на рад других система својим ЕМФ-ом када ради у електромагнетном окружењу. ЕМЦ представља проблеме електромагнетне емисије, осетљивости, имунитета и спреге.

Електромагнетна емисија значи стварање и испуштање електромагнетне енергије у животну средину. Свака нежељена емисија изазива сметње или омета рад другог електронског уређаја који ради у истом окружењу, тј. Познат као Електромагнетне сметње (ЕМИ).

Електромагнетна осетљивост уређаја показује да је рањива на нежељене емисије и сметње које узрокују квар или квар уређаја. Ако је уређај подложнији, значи да је мање имун на електромагнетне сметње.

Електромагнетна имунитет уређаја значи да може нормално да ради у присуству електромагнетног окружења, а да при томе не дође до сметњи или квара због електромагнетних емисија другог електронског уређаја.

Електромагнетна спрега означава механизам емитованог електромагнетног поља једног уређаја који долази или омета други уређај.

Извори електромагнетних сметњи (ЕМИ) у ЕВ

• Познато је да су претварачи снаге главни извор електромагнетних сметњи у електричним погонским системима. Они имају преклопни уређај велике брзине, нпр. Конвенционални биполарни транзистори са изолованим капијама (ИГБТ) раде на фреквенцијама у распону од 2 до 20 кХз, брзи ИГБТ могу радити до 50 кХз, а СиЦ МОСФЕТ-ови могу радити и на фреквенцијама изнад 150 КХз.
• Електрични мотори који раде на високим нивоима снаге узрокују електромагнетне емисије и кроз импедансу делују као пут за ЕМ буку. И ова импеданција се мења у зависности од фреквенције. Како електромоторни погони користе претвараче снаге са брзим пребацивањем ПВМ-а, на терминалима мотора јављају се пренапонски напони који узрокују зрачену ЕМ буку. А струја вратила може проузроковати оштећење лежајева мотора и неисправност регулатора возила.
• Како се вучне батерије дистрибуирају, струје у батеријама и у интерконекторима постају значајан извор ЕМФ емисије и то је главни део путање за ЕМИ.
• Заштићени и неоклопљени каблови који носе струју високог нивоа између различитих подсистема као што су батерија у претварач напајања, претварач снаге у мотор итд., У ЕВ узрокују јача магнетна поља. Како је расположиви простор у ЕВ за кабелски свежањ ограничен, високонапонски и нисконапонски каблови постављени су један близу другог и узрокују електромагнетне сметње између њих.
• Пуњачи батерија и уређаји за бежично пуњење су главни спољни ЕМИ извори, осим ЕВ интерног ЕМИ извора. Када се технологија бежичног напајања примењује за пуњење ЕВ, снажно магнетно поље у опсегу од неколико десетина до стотина килохерца производи да пренесе неколико КВ на десетине КВ снаге.

Утицај ЕМИ на електронске компоненте електричних возила

Данас са напретком технологије, аутомобили садрже више електронских компонената и система за правилан рад и поузданост. Ако видимо архитектуру електричног возила, велика количина електричних и електронских система смештена је у затворени простор. То узрокује електромагнетне сметње или унакрсни разговор између ових система. Ако се ЕМЦ не одржава правилно, ови системи могу доћи до квара или чак можда неће радити.

ЕМЦ

Већина аутомобилских ЕМЦ стандардима су постављени од стране друштва Аутомотиве Енгинеерс (САЕ), Међународна организација за стандарде (ИСО), Међународна електротехничка комисија (ИЕЦ), Тхе ИЕЕЕ стандарди асоцијација ( , ИЕЕЕ -СА) је Европска заједница (ЕК) и Економска комисија Уједињених нација за Европу (УНЕЦЕ).

ИСО 11451 одређује опште услове, смернице и основне принципе за испитивање возила ради утврђивања имуности ИЦЕ и електричних возила на електромагнетне зраке уског појаса услед електричних сметњи.

ИСО 11452 одређује опште услове, смернице и основне принципе за испитивање компоненте за одређивање отпорности електронских компонената ИЦЕ и електричних возила на електричне појаве ЕМФ уског појаса.

ЦИСПР12 одређује ограничења и методе мерења за испитивање зрачених електромагнетних емисија из електричних возила, ИЦЕ возила и чамаца.

ЦИСПР25 одређује ограничења и методе за мерење карактеристика радио сметњи и поступак за испитивање возила ради одређивања нивоа РИ / РЕ за заштиту пријемника који се користе у возилима.

САЕ Ј551 -1 одређује нивое перформанси и Методе мерења ЕМЦ возила и уређаја (60Хз-18ГХз).

САЕ Ј551 -2 утврђује ограничења испитивања и методе мерења карактеристика радио сметњи (емисија) возила, моторних чамаца и уређаја на моторни погон који се покрећу варницом.

САЕ Ј551-4 одређује ограничења испитивања и методе мерења карактеристика радио сметњи возила и уређаја, широкопојасних и ускопојасних, 150 КХз до 1000 МХз.

САЕ Ј551-5 одређује нивое перформанси и методе мерења јачине магнетног и електричног поља електричних возила, од 9 кХз до 30 МХз.

САЕ Ј551-11 одређује извор возила који искључује електромагнетни имунитет возила.

САЕ Ј551- 13 специфицира вехицле електромагнетна отпорност-булк цуррент ињецтион.

САЕ Ј551- 15 специфицира вехицле електромагнетна отпорност-електростатичко пражњење која ће бити урађено у оклопљеног соби.

САЕ Ј551- 17 специфиесвехицле електромагнетна лине имунитет снаге магнетних поља.

2004/144 ЕЦ - Анекс ИВ одређује метод мерења зрачених широкопојасних емисија из возила.

2004/144 ЕЦ - Анекс В одређује метод мерења зрачених ускопојасних емисија из возила.

2004/144 ЕЦ - Анекс ВИ одређује метод испитивања отпорности возила на електромагнетно зрачење.

АИС-004 (Део 3) пружа захтеве за електромагнетну компатибилност у аутомобилским возилима.

АИС-004 (Део 3) Прилог 2 објашњава метод мерења зрачених широкопојасних електромагнетних емисија из возила.

АИС-004 (Део 3) Прилог 3 објашњава метод мерења зрачених ускопојасних електромагнетних емисија из возила.

АИС-004 (Део 3) Прилог 4 објашњава метод испитивања отпорности возила на електромагнетно зрачење.

АИС-004 (Део 3) Прилог 5 објашњава метод мерења зрачених широкопојасних електромагнетних емисија из електричних / електронских подсклопова.

АИС-004 (Део 3) Прилог 6 објашњава метод мерења зрачених ускопојасних електромагнетних емисија из електричних / електронских подсклопова.

Ограничења изложености електромагнетних поља људима

Електрична возила производе нејонизујућа електромагнетна зрачења која краткотрајно не утичу на људско здравље. Али дуготрајна изложеност ако је зрачено магнетно поље више од стандардних ограничења, утиче на здравље људи. Дакле, приликом пројектовања електричног возила морају се узети у обзир опасности изложене магнетном пољу.

Електромагнетна изложеност путницима утиче на различите конфигурације, нивое снаге и топологије електричног возила, као што су погон на предње точкове или погон на задње точкове, постављање батерије и удаљеност између електричне опреме до путника итд.

Разматрајући могуће штетне ефекте излагања људи електромагнетним пољима, међународне организације, укључујући Светску здравствену организацију (СЗО) и Међународну комисију за заштиту од нејонизујућег зрачења (ИЦНИРП), директивама ЕУ, ИЕЕЕ су одредиле ограничења максимално дозвољене изложености магнетном пољу јавно.

Фреквенција (Хз)	Магнетска поља Х (АМ -1)	Густина магнетног флукса Б (Т)
<0,153 Хз	9,39 к 10 4	118 к 10 -3
0,153 -20Хз	1,44 к 10 4 / ф	18,1 к 10-3 / ф
20- 759 Хз	719	0,904 к 10 -3
759 Хз - 3 кХз	5,47 к 105 / ф	687 к 10 -3 / ф

Испод је табела која приказује максимално дозвољене нивое магнетног поља за ширу јавност према ИЕЕЕ стандарду

Под занимањем се подразумевају људи који су изложени ЕМФ током обављања својих редовних радних активности.

Шира јавност подразумева остатак јавности осим оних који су изложени електромагнетним пољима

Вредности оријентације немају штетан ефекат на здравље у нормалним радним условима и за особе које немају активно имплантирано медицинско средство или су трудне. То одговара јачини поља.

Вредност акције изазива неке ефекте изложене овим нивоима. Они одговарају максимално директно мерљивом пољу.

• У основи је вредност акције већа од вредности оријентације.
• Вредности професионалне јавне изложености су веће од вредности за општу изложеност јавности.

Испитивања електромагнетне компатибилности

Треба извршити ЕМЦ испитивање како би се проверило да ли електрично возило поштује тражене стандарде или не . Лабораторијска испитивања и испитивања на путу се изводе на електричним возилима ради процене ЕМЦ. Ови тестови се састоје од тестова емисије, осетљивости и имуности.

Лабораторијска испитивања се раде како би се окарактерисала емисија магнетног поља и осетљивост све уграђене електричне опреме у ЕМЦ комори за испитивање. Ове коморе су анехогени и типови одјека.

За спроведена испитивања емисије, претварачи укључују линијску мрежу за стабилизацију импедансе (ЛИСН) или се користи мрежа вештачке мреже (АМН). За испитивање зрачене емисије, антене се користе као претварачи. Зрачене емисије се мере у свим смеровима око уређаја који се испитује (ДУТ).

Тестирање осетљивости користи снажни извор РФ ЕМ енергије и зрачну антену за усмеравање електромагнетне енергије на ДУТ. Током испитивања на електричном возилу, осим на уређају који се испитује (ДУТ), све ће се искључити и тада ће се измерити магнетно поље.

Спољни тестови се раде у стварном свету о условима вожње на путу. У овим тестовима возило које се тестира мора возити са максималним убрзањем и успоравањем како би се осигурала максимална струја током вуче и регенеративног кочења. Ова испитивања ће се изводити на равном путу где су магнетна поља услед земље константна и у неким случајевима на путевима са великим нагибом. Током испитивања на путевима морамо да идентификујемо спољне магнетне сметње из спољних извора попут железничких линија, поклопаца шахтова и других аутомобила, опреме за дистрибуцију електричне енергије, високонапонских далековода и енергетских трансформатора.

Дизајнирати смернице за бољу ЕМЦ и за снижавање ЕМИ

• Једносмерни каблови који носе велике струје треба да буду изведени у увијеном облику тако да струја у овом каблу протиче у супротном смеру и доводи до минимизације ЕМФ емисије.
• Трофазни каблови наизменичне струје треба да буду увијени и треба их поставити што ближе како би се смањила ЕМФ емисија из њих.
• А сви ови каблови за напајање треба да буду постављени што је даље могуће од региона седишта за путнике. И ове везе не би требало да чине петљу.
• Ако је растојање између путничких седишта и кабла мање од 200 мм, мора се применити заштита.
• Мотори морају бити постављени даље од простора сувозачког седишта, а ос ротације мотора не би требало да буде усмерена према подручју сувозачевог седишта.
• Како челик има бољи заштитни ефекат, ако тежина то дозвољава уместо алуминијума, за мотор треба користити челично метално кућиште.
• Ако је растојање између подручја мотора и сувозачког седишта мање од 500 мм, између мотора и простора сувозачког седишта треба применити заштиту као челична плоча.
• Кућиште мотора мора бити правилно уземљено на шасију како би се смањио било какав електрични потенцијал.
• Да би се смањила дужина кабла између претварача и мотора који су монтирали што је могуће ближе једни другима.
• Да би се сузбио пренапонски напон, струја вратила и зрачена бука, ЕМИ контролер буке треба да буде прикључен на стезаљке мотора.
• Дигитални активни ЕМИ филтер треба да буде интегрисан у дигитални контролер једносмерног и једносмерног претварача да би напунио нисконапонску батерију и обезбедио значајно ЕМИ слабљење.
• Да би се сузбио ЕМИ током бежичног пуњења, развијена је резонантна реактивна заштита. Овде магнетно поље цурења пролази кроз резонантне реактивне завојнице оклопа на такав начин да индуковани ЕМФ у свакој заштитној завојници може поништити упадни ЕМФ и цурење магнетног поља може бити ефикасно сузбијено без трошења додатне снаге.
• Проведене су технологије проводљивог, магнетског и активног заштите како би се заштитила емисија електромагнетног поља из ВПТ система.
• За електрична возила развијен је ЕМИ контролер буке, који је причвршћен на стезаљкама мотора за сузбијање напона пренапона, струје вратила и зрачене буке.