- EMC 및 EMI 관련 용어 및 정의
- EV의 전자기 간섭 (EMI) 소스
- 전기 자동차 전자 부품에 대한 EMI 영향
- EMC
- 인체에 대한 전자기장의 노출 제한
- 전자기 호환성 테스트
- EMC를 향상시키고 EMI를 낮추기위한 설계 지침
전류가 도체를 통과하면 전자기장이 생성되고 TV, 세탁기, 인덕션 스토브, 신호등, 휴대폰, ATM 및 노트북과 같은 거의 모든 전자 장치가 전자기장을 방출합니다. 화석 연료 차량도 EMI (전자기 간섭) 문제를 겪습니다. 점화 시스템, 시동 모터 및 스위치는 광대역 EMI를 유발하고 전자 장치는 협 대역 EMI를 유발합니다. 그러나 ICE (Internal Combustion Engine) 차량과 비교할 때 전기 자동차는 배터리, BMS, DC-DC 컨버터, 인버터, 전기 모터, 차량 및 충전기 주변에 분산 된 고전력 케이블과 같은 다양한 하위 시스템과 전자 부품의 조합입니다. 높은 수준의 저주파 EMI를 방출하는 높은 전력 및 주파수 수준에서 작동합니다.
사용 가능한 전기 자동차의 전력 및 전압 등급을 관찰하면 전력 등급 은 수십 KW에서 수백 KW 사이 인 반면 전압 등급 은 수백 볼트이므로 전류 레벨은 수백 암페어로되어 더 강한 자기장을 유발합니다.
- Nissan LEAF는 400V DC 에서 작동하는 125kW 후륜 구동 장치를 가지고 있습니다.
- BMW i3는 500V DC 에서 작동하는 125kW 후륜 구동 장치를 가지고 있습니다.
- Tesla 모델 S는 235kW의 후륜 구동이 650V DC 에서 작동합니다.
- Toyota Prius (3 세대)는 74kW의 프론트 휠 드라이브가 400V DC 에서 작동합니다.
- Toyota Prius PHV는 350V DC 에서 60kW 정격의 전륜 구동을 사용하고 있습니다.
- Chevrolet Volt PHV는 400V DC 에서 작동하는 55kW (x2) 정격 전륜 구동 장치를 갖추고 있습니다.
하자 400V에서 100KW 전기 구동 동작으로 전기 자동차를 고려 은 강한 자기장을 생성 250A의 전류를 갖는 것을 의미한다. 차량을 설계하는 동안 우리는 생명체의 안전과 함께 구성 요소 안전을 보장하기 위해 이러한 모든 하위 시스템 및 구성 요소의 EMC (전자기 호환성) 를 평가해야합니다.
EMC 및 EMI 관련 용어 및 정의
장치 또는 장비의 EMC (전자기 호환성) 는 전자기장 (EMF)의 영향을받지 않고 전자기 환경에서 작동 할 때 EMF로 다른 시스템 작동에 영향을 미치지 않는 능력을 의미합니다. EMC 는 전자기 방출, 감수성, 내성 및 결합 문제를 나타냅니다.
전자기 방출 은 전자기 에너지를 생성하고 환경으로 방출 하는 것을 의미합니다. 원치 않는 방출은 동일한 환경에서 작동하는 다른 전자 장치 작동을 방해하거나 방해합니다. 즉, EMI (Electromagnetic Interference)라고 합니다.
장치의 전자기 감수성 은 장치의 오작동 또는 고장을 유발하는 원치 않는 방출 및 간섭에 취약 함을 나타냅니다. 장치가 더 취약하면 전자기 간섭에 대한 내성이 떨어집니다.
장치의 전자기 내성 이란 다른 전자 장치의 전자기 방출로 인한 간섭이나 고장없이 전자기 환경에서 정상적으로 작동 할 수 있음을 의미합니다.
전자기 결합 이란 한 장치에서 방출 된 전자기장이 다른 장치에 도달하거나 간섭하는 메커니즘을 의미합니다.
EV의 전자기 간섭 (EMI) 소스
- 전력 변환기 는 전기 구동 시스템 내에서 전자기 간섭의 주요 원인으로 알려져 있습니다. 예를 들어 기존의 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터 (IGBT)는 2 ~ 20kHz 범위의 주파수에서 작동하고 고속 IGBT는 최대 50kHz까지 작동 할 수 있으며 SiC MOSFET은 150KHz 이상의 주파수에서도 작동 할 수 있습니다.
- 높은 전력 수준에서 작동하는 전기 모터 는 전자기 방출을 일으키고 임피던스를 통해 EM 노이즈의 경로 역할을합니다. 그리고이 임피던스는 주파수의 함수로 변합니다. 전기 모터 드라이브는 고속 PWM 스위칭 작동이있는 파워 인버터를 사용하기 때문에 모터 단자에서 서지 전압이 발생하여 방사 된 EM 노이즈가 발생합니다. 그리고 샤프트 전류는 모터 베어링의 손상 및 차량 컨트롤러의 오작동을 유발할 수 있습니다.
- 견인 배터리 가 분배 됨에 따라 배터리 및 인터 커넥터의 전류가 EMF 방출의 중요한 소스가되며 EMI 경로의 주요 부분이됩니다.
- EV에서 배터리-전력 변환기, 전력 변환기-모터 등과 같은 다양한 하위 시스템간에 높은 수준의 전류를 전달하는 차폐 및 비 차폐 케이블 은 더 강한 자기장을 유발합니다. EV에서 배선 하니스를위한 사용 가능한 공간이 제한되어 있기 때문에 고전압 및 저전압 케이블이 서로 가까이 배치되어있어 전자파 간섭이 발생합니다.
- 배터리 충전기와 무선 충전 시설은 EV 내부 EMI 소스를 제외하고 주요 외부 EMI 소스입니다. 무선 전력 기술을 적용하여 EV를 충전하면 수십에서 수백 킬로 헤르츠 범위의 강한 자기장이 생성되어 수 KW에서 수십 KW의 전력을 전송합니다.
전기 자동차 전자 부품에 대한 EMI 영향
오늘날 기술이 발전함에 따라 자동차는 적절한 작동과 신뢰성을 위해 더 많은 전자 부품과 시스템을 포함하고 있습니다. 전기 자동차 아키텍처를 보면 제한된 공간에 많은 양의 전기 및 전자 시스템이 배치됩니다. 이로 인해 이러한 시스템간에 전자기 간섭 또는 혼선이 발생합니다. EMC가 제대로 유지되지 않으면 이러한 시스템이 오작동하거나 작동하지 않을 수도 있습니다.
EMC
대부분의 자동차 EMC 표준은 SAE (Society of Automotive Engineers), ISO (International Standards Organization), IEC (International Electrotechnical Committee), IEEE- SA (Institute of Electrical and Electronics Engineers Standards Association), 유럽 공동체 (EC) 및 유엔 유럽 경제위원회 (UNECE).
ISO 11451 은 전기 장애 협 대역 방사 EMF에 대한 ICE 및 전기 자동차의 내성을 결정하기 위해 차량을 테스트하기위한 일반 조건, 지침 및 기본 원칙을 지정합니다.
ISO 11452 는 전기 장애 협 대역 방사 EMF에 대한 ICE 및 전기 자동차의 전자 부품의 내성을 결정하기 위해 부품을 테스트하기위한 일반 조건, 지침 및 기본 원칙을 지정합니다.
CISPR12 는 전기 자동차, ICE 차량 및 보트에서 방출되는 전자기 방출을 테스트하기위한 제한 및 측정 방법을 지정합니다.
CISPR25 는 무선 장애 특성을 측정하기위한 제한 및 방법과 차량에 사용되는 수신기 보호를위한 RI / RE 레벨을 결정하기 위해 차량을 테스트하는 절차를 지정합니다.
SAE J551 -1 지정 성능 레벨 및 차량 장치 (60Hz의-18GHz까지)의 EMC 측정 방법에 관한 것이다.
SAE J551은 -2 지정 테스트 한계와 전자파 장해 (발광) 자동차, 요트의 특성 및 불꽃 점화 엔진의 측정 방법은 구동 장치.
SAE J551-4 는 차량 및 장치 (광대역 및 협 대역, 150KHz ~ 1000MHz) 의 무선 방해 특성 측정 방법 및 테스트 한계를 지정합니다.
SAE J551-5는 9kHz ~ 30MHz의 전기 자동차의 자기장 및 전기장 강도 측정 방법과 성능 수준을 지정합니다.
SAE J551-11 은 차량 전자기 내성 오프 차량 소스를 지정합니다.
SAE J551- 13 지정 차량 전자기 내성 벌크 전류 주입.
SAE J551- 15 개 차폐 된 방에서 수행된다 지정 차량 전자기 내성 정전기 방전.
SAE J551- 17 은 차량 전자기 내성 전력선 자기장을 지정합니다.
2004/144 EC - Annex IV 는 차량에서 방사 된 광대역 방출 측정 방법을 지정합니다.
2004/144 EC - Annex V 는 차량에서 방출되는 협 대역 방사 측정 방법을 지정합니다.
2004/144 EC - Annex VI 는 전자기 방사선에 대한 차량의 내성 테스트 방법을 지정합니다.
AIS-004 (Part 3) 는 자동차의 전자기 호환성에 대한 요구 사항을 제공합니다.
AIS-004 (Part 3) Annex 2 는 차량에서 방사 된 광대역 전자기 방출을 측정하는 방법을 설명합니다.
AIS-004 (Part 3) Annex 3 은 차량에서 방사 된 협 대역 전자기 방출 측정 방법을 설명합니다.
AIS-004 (Part 3) Annex 4 는 전자파에 대한 차량의 내성 테스트 방법을 설명합니다.
AIS-004 (Part 3) Annex 5 는 전기 / 전자 서브 어셈블리에서 방사 된 광대역 전자기 방출을 측정하는 방법을 설명합니다.
AIS-004 (Part 3) Annex 6 은 전기 / 전자 서브 어셈블리에서 방사 된 협 대역 전자기 방출을 측정하는 방법을 설명합니다.
인체에 대한 전자기장의 노출 제한
전기 자동차는 단시간 노출시 인체 건강에 영향을 미치지 않는 비 이온화 전자기 방사선을 생성합니다. 그러나 장시간 노출의 경우 방사 자기장이 표준 한계 이상이면 인체 건강에 영향을 미칩니다. 따라서 전기 자동차를 설계하는 동안 자기장 노출로 인한 위험을 고려해야합니다.
승객에 대한 전자기 노출은 전륜 구동 또는 후륜 구동과 같은 전기 자동차의 다양한 구성, 전력 수준 및 토폴로지, 배터리 배치 및 승객과 전력 장비 간의 거리 등에 의해 영향을받습니다.
세계 보건기구 (WHO) 및 국제 비 이온화 방사선 방호위원회 (ICNIRP)를 포함한 국제기구, EU 지침을 포함하여 전자기장에 대한 인체 노출의 가능한 유해한 영향을 고려하여 IEEE는 최대 허용 자기장 노출에 대한 제한을 지정했습니다. 공공의.
주파수 (Hz) |
자기장 H (AM -1) |
자속 밀도 B (T) |
0.153Hz 미만 |
9.39 × 10 4 |
118 x 10 -3 |
0.153-20Hz |
1.44 x 10 4 / f |
18.1 x 10-3 / f |
20-759Hz |
719 |
0.904 x 10 -3 |
759Hz-3KHz |
5.47 x 105 / f |
687 x 10 -3 / f |
아래는 IEEE 표준에 따라 일반 대중에게 허용 되는 최대 자기장 수준을 보여주는 표입니다.
직업 이란 일상적인 업무 활동을하는 동안 EMF에 노출 된 사람들을 의미합니다.
일반 대중 은 전자기장에 노출 된 직업 이외의 나머지 대중을 의미합니다.
방향 값 은 정상적인 작업 조건에서 그리고 활성 이식 의료 기기가 없거나 임신중인 사람에게 건강에 해로운 영향을 미치지 않습니다. 이들은 전계 강도에 해당합니다.
액션 값 은 이러한 수준에 노출 된 일부 효과를 유발합니다. 이는 직접 측정 가능한 최대 필드에 해당합니다.
- 기본적으로 Action 값은 Orientation 값보다 높습니다.
- 직업적 일반 노출 값은 일반 일반 노출 수준보다 높습니다.
전자기 호환성 테스트
전기 자동차가 필수 표준을 준수하는지 여부를 확인하려면 EMC 테스트를 수행해야합니다 . EMC를 평가하기 위해 전기 자동차에 대한 실험실 테스트 및 도로 테스트가 수행됩니다. 이러한 테스트는 방출, 감수성 및 내성 테스트로 구성됩니다.
실험실 테스트 는 EMC 테스트 챔버에있는 모든 온보드 전기 장비의 자기장 방출 및 민감도를 특성화하기 위해 수행됩니다. 이 챔버는 무반향 및 잔향 유형입니다.
전도 방출 테스트를 위해 트랜스 듀서에는 LISN (Line Impedance Stabilization Network)이 포함되거나 AMN (Artificial Mains Network)이 사용됩니다. 들면 방사 테스트 안테나가 센서로 사용된다. 방사 방출은 테스트 대상 장치 (DUT) 주변의 모든 방향에서 측정됩니다.
민감도 테스트 는 고전력 RF EM 에너지 소스와 방사 안테나를 사용하여 전자기 에너지를 DUT로 보냅니다. 테스트 대상 장치 (DUT)를 제외한 전기 자동차에 대한 테스트를 수행하는 동안 모든 것이 꺼지고 자기장이 측정됩니다.
도로 주행 조건에 대한 외부 테스트 는 실제 환경에서 수행됩니다. 이러한 테스트에서 테스트중인 차량은 견인 및 회생 제동 중에 최대 전류를 보장하기 위해 최대 가속 및 감속으로 주행해야합니다. 이 테스트는 지구로 인한 자기장이 일정한 직선 도로와 경우에 따라 가파른 경사 도로에서 수행됩니다. 도로 테스트를 수행하는 동안 철도 선로, 맨홀 덮개 및 기타 자동차, 배전 장비, 고전압 전송선 및 전력 변압기와 같은 외부 소스에서 외부 자기 교란을 식별해야합니다.
EMC를 향상시키고 EMI를 낮추기위한 설계 지침
- 고전류를 전달하는 DC 케이블은이 케이블의 전류가 반대 방향으로 흐르면 EMF 방출을 최소화 할 수 있도록 꼬인 형태로 만들어야합니다.
- 3 상 AC 케이블은 꼬여 있어야하며 EMF 방출을 최소화하기 위해 가능한 한 가깝게 배치해야합니다.
- 그리고 이러한 모든 전원 케이블은 조수석 영역에서 최대한 멀리 떨어져 있어야합니다. 그리고 이러한 연결은 루프를 형성해서는 안됩니다.
- 조수석과 케이블 사이의 거리가 200mm 미만인 경우 차폐를 채택해야합니다.
- 모터는 조수석 영역에서 멀리 떨어져 있어야하며 모터의 회전축은 조수석 영역을 향하지 않아야합니다.
- 강철은 차폐 효과가 더 좋기 때문에 알루미늄 대신 무게가 허용되면 강철 금속 하우징을 모터에 사용해야합니다.
- 모터와 조수석 사이의 거리가 500mm 미만이면 모터와 조수석 사이에 철판과 같은 차폐를 사용해야합니다.
- 전위를 최소화하려면 모터 하우징을 섀시에 적절히 접지해야합니다.
- 인버터와 모터 사이의 케이블 길이를 최소화하기 위해 가능한 한 서로 가깝게 장착했습니다.
- 서지 전압, 샤프트 전류 및 방사 노이즈를 억제하려면 EMI 노이즈 컨트롤러를 모터 단자에 부착해야합니다.
- 저전압 배터리를 충전하고 상당한 EMI 감쇠를 제공하려면 디지털 액티브 EMI 필터를 DC-DC 컨버터의 디지털 컨트롤러에 통합해야합니다.
- 무선 충전 중 EMI를 억제하기 위해 공진 반응 차폐가 개발되었습니다. 여기서 누설 자기장은 각 차폐 코일에서 유도 된 EMF가 입사 EMF를 상쇄 할 수 있고 추가 전력을 소비하지 않고도 자기장 누출을 효과적으로 억제 할 수있는 방식으로 공진 반응성 차폐 코일을 통과합니다.
- 전도성 차폐, 자기 차폐 및 능동 차폐 기술은 WPT 시스템에서 방출되는 전자기장을 차폐하기 위해 개발되었습니다.
- EMI 노이즈 컨트롤러는 전기 자동차 용으로 개발되었으며, 모터 단자에 부착되어 서지 전압, 샤프트 전류 및 방사 노이즈를 억제합니다.