Hoe voorspel je de emissie in de power train van een elektrisch voertuig?

Een versimpelde weergave van een elektrische auto kan je zien in Figuur 1. Hier word alleen gefocust op het de aandrijving van auto en de interconnectie naar de batterij.

Het is een 3 fase DC/AC inverter, waar elke fase gemaakt wordt uit het schakelen van een enkele half-brug. Dit is te bewerkstelligen door middel van een modulatie techniek genaamd Sinusoidal Pulse Width Modulation (sPWM). In de testcase die de professor op de summer school heeft gepresenteerd, wordt er geschakeld met 34 kHz om een sinusvormige golfvorm te produceren van 117 Hz. Dit zijn dus respectievelijk de carrierfrequentie en modulatiefrequentie. De resulterende stromen die gemeten zijn in elke fase zijn weergegeven in Figuur 2.

Figuur 2: In tijddomein en frequentie domein weergegeven, gemeten stromen in het drie fase aandrijvingssysteem van een elektrische auto

Het resulterende spectrum laat zien dat er geleidende emissie is boven 1 MHz. Dit geldt zowel voor DM en CM interferentie.

De professor gaat verder in op de CM emissie, omdat deze ook wel bekend staat als de stralende component. Over het algemeen is het lastig te bepalen welk onderdeel exact verantwoordelijk is voor het uitstoten van de elektromagnetische stralen, maar het is wel duidelijk samenhangend met de dimensies van de verschillende componenten. In Figuur 1 is duidelijk te zien dat de batterijen met lange kabels verbonden zijn met de schakelende voeding voor de motoraandrijving. Deze kabels (of soms de bus-bars) gaan zich als goede antennes gedragen bij frequenties waarvan de halve golflengte gelijk (of in de buurt van) de fysieke lengte ligt.

c= λ·f

Hierin is c de snelheid van het licht, f de frequentie in kwestie en λ de bijbehorende golflengte van deze frequentie. In het geval van een kabel met een lengte van 3,7m wordt een resonantie verwacht om en nabij de 40 MHz, en bij een gehalveerde kabellengte een ongeveer dubbel zo hoge resonantiefrequentie rond de 80 MHz. In Figuur 3 staan meetresultaten van CM stroomspectra bij 2 kabel lengtes. Hierin is duidelijk te zien dat door de kabels korter te maken de emissie piek op 38 MHz verdwijnt.

Figuur 3: Gemeten resultaat van CM stroom over de DC bekabeling van een elektrisch voertuig, waarin de lengte van de kabels is gevarieerd.

Afwijkingen van uitgerekende frequenties zijn onder andere te wijten aan het versimpelde model dat in deze blog is gebruikt. In de presentatie, die gepubliceerd wordt op de website van de Nederlandse EMC/ESD vereniging en de website van het Scent project , is een veel uitgebreidere uitleg te vinden over het gebruik van de multi-conductor transmission line (MTL) theorie en het voorspellen van de emissie. Verdere ontwikkelingen kunnen voorts op de voet worden gevolgd via scent-itn.org en etopia-itn.org , Scents Youtubekanaal en twitter account @H2020Scent.