Smart Mobility / Kommunikation Herausforderungen bei elektrischen Antriebsarchitekturen

Gleich ob rein elektrisch oder hybrid, das elektromagnetische Rauschen fordert jedes System mit elektrischem Antriebsstrang heraus. Es stört den Betrieb elektronischer Schaltungen im Fahrzeug und erfordert frühzeitige Maßnahmen bereits in den Designphasen.

Die Hauptquelle für elektrisches Rauschen ist das kontinuierliche Schalten der im Leistungselektronik-Subsystem integrierten IGBTs und MOSFETs. Der Wechselstrom-Umrichter erzeugt aus der Batteriespannung, die den Elektromotor antreibt, eine Wechselstrom-Wellenform oder wandelt den Strom vom Motor, um ihn in der Batterie zu speichern.

Das Wechselstrom-Umrichter-Board generiert üblicherweise Wechselstrom-Wellenformen in der Größenordnung von acht bis zehn Kilohertz. Der bidirektionale DC/DC-Wandler verstärkt die Spannung des Akkupakets zu der im Hochvoltbus eingestellten Spannung und erzeugt Oberwellen im 50-KHz-Band. Eine weitere Quelle der hochfrequenten Wechselstrom-Restwelligkeit auf dem Gleichspannungs-Zwischenkreis stellt der Motor selbst dar. Die Elektromaschine produziert ungerade Oberschwingungen aus der nicht sinusförmigen Gegen-EMK-Wellenform (Bild 1).

Das Steuern aller am elektrischen Antriebsstrang beteiligten Teilsysteme erfordert einen Kommunikationsbus, der die Steuer-, Aktivierungs- und Sensorsignale zwischen den verschiedenen Komponenten überträgt. Der Kommunikationsbus muss immun gegen das elektromagnetische Rauschen sein und gleichzeitig den Anforderungen an die Mechanik, Temperatur und das Gewicht des Gesamtfahrzeugs entsprechen. Eine optik-basierte Kommunikationstechnologie wie 1000BASE-RH erfüllt diese Voraussetzungen. Zudem arbeitet sie für die gegenwärtigen Aufgaben mit 100 Mbit/s und unterstützt den zukünftigen Bedarf von 1 Gbit/s.