Eine universelle HV-Bordnetz-Nachbildung als Prüfaufbau für Spannungsrippelmessungen? geht das?

Der Einzug von Hybrid- und Elektrofahrzeuge in den weltweiten Straßenverkehr geht stetig voran, und damit steigt auch die Anzahl von Hersteller diverser Hochvolt (HV)-Komponenten. Im Fahrzeug hängen die verschiedensten Komponenten im selben HV-Bordnetz und müssen in diesem zeitgleich arbeiten können ohne sich gegenseitig zu stören. Im Gegensatz zum 12 V Bordnetz wird für das HV-Bordnetz nicht nur geprüft, dass die Komponenten robust gegenüber möglichen Störungen auf dem Bordnetz sind, sondern es werden zusätzlich Richtlinien und Grenzwerte vorgegeben für die Störungen die die Komponente selbst auf dem HV-Bordnetz verursachen. Deswegen wird dabei auch vom Verursacher-Prinzip gesprochen. Durch die geschirmten und verlustarmen Leitungen können sich Störungen im HV-Bordnetz besonders gut ausbreiten. Die Kunst besteht darin, Prüfungen mit klar definierten Prüfaufbauten zu erstellen, die grundsätzlich für alle Komponenten durchgeführt werden können und sicherstellen sollen, dass die verschiedenen HV-Komponenten im Verbund später störungsfrei funktionieren. Für den Frequenzbereich der EMV (> 150 kHz) sind entsprechende Prüfungen „state of the art“, für niederfrequentere Bereiche, in dem die Taktfrequenzen der Umrichter liegen, sind diese noch in der Entwicklung. Bei den Prüfungen gilt es zwischen erzeugten und anliegenden Störungen zu unterscheiden. Unter erzeugten Störungen versteht man dabei solche, die von der zu prüfenden Komponente, im Folgenden Prüfling genannt, im Betrieb erzeugt werden. Hierbei ist es besonders wichtig, dass die Bordnetznachbildung, die an den HV-Eingängen des Prüflings hängt eine klar definierte Eingangsimpedanz besitzt. Nur so kann eine Reproduzierbarkeit der Störungen auf unterschiedlichen Prüfständen gewährleistet werden. Bei den anliegenden Störungen wird hingegen die Störfestigkeit des Prüflings gegenüber externer Einflüsse getestet. Dazu wird am Prüfstand ein System benötigt welches die möglichen Störungen im Netz nachstellen kann. Der hier betrachtete Frequenzbereich reicht bis zu einer oberen Frequenz von 150 kHz, bei der das Arbeitsgebiet der EMV beginnt. Dabei werden zwei Arten von Störungen unterschieden; zum einen dynamische Veränderungen der Spannung im HV Bordnetz, beispielsweise durch Zuschalten einzelner HV Komponenten oder einer schnellen Leistungsänderung, zum anderen Spannungs- und Stromrippel verursacht durch periodisch taktende Halbleiterelemente. In diesem Beitrag soll auf die grundsätzliche Funktionsweise, aber auch auf die Problematik der Prüfaufbauten eingegangen werden. Dabei werden folgende Fragen diskutiert: Wie muss eine Netznachbildung dimensioniert werden, um dem realen Fahrzeug gerecht zu werden? Welche Probleme entstehen, wenn die HV-Batterie durch ein Netzteil ersetzt wird? Welche Leistungen werden benötigt, um die Störungen nachzustellen? Wie erfolgt die Bewertung der Prüfungen?

Autor: Sören Schörle
Co-Autor: Herr Thomas Wersal

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