電気自動車の電磁両立性

電流が導体を通過すると電磁界が発生し、テレビ、洗濯機、電磁調理器、信号機、携帯電話、ATM、ラップトップなどのほとんどすべての電子機器が電磁界を放出します。化石燃料車も電磁干渉（EMI）に悩まされています-点火システム、スターターモーター、スイッチはブロードバンドEMIを引き起こし、電子機器は狭帯域EMIを引き起こします。しかし、ICE（内燃機関）車両と比較すると、電気自動車は、さまざまなサブシステムと、バッテリー、BMS、DC-DCコンバーター、インバーター、電気モーター、車両の周囲に配置された高出力ケーブル、充電器などの電子コンポーネントの組み合わせです。高レベルの低周波EMIの放出を引き起こす高電力および周波数レベルで動作しています。

利用可能な電気自動車の電力と電圧定格を観察すると、電力定格は数十KWから数百KWの間ですが、電圧定格は数百ボルトであるため、電流レベルは数百アンペアになり、より強い磁場が発生します

• 日産リーフは400 Vで125キロワット後輪駆動の仕組みを有するされる_DCを
• 500 Vで125キロワット後輪駆動の仕組みを有するされI3 BMW _DCを
• テスラモデルSは、650 Vで235 kWの後輪駆動作品持つている_DCを
• トヨタのプリウス（第三世代は。）400 Vで74 kWの前輪駆動作品持つている_DCを
• トヨタプリウスPHVは、350 Vの前輪駆動定格60kWの作品持っている_DCを
• シボレーボルトPHVは、フロントホイールドライブは55キロワット（×2）、定格400 V上で動作持っている_DC

400Vで動作する100KWの電気駆動装置を備えた電気自動車を考えてみましょう。これは、250Aの電流が流れて強い磁場を生成することを意味します。車両を設計する際には、これらすべてのサブシステムとコンポーネントのEMC（電磁両立性）を評価して、コンポーネントの安全性と生物の安全性を確保する必要があります。

EMCおよびEMIに関連する用語と定義

デバイスまたは機器のEMC（電磁両立性）は、電磁界（EMF）の影響を受けず、電磁環境で動作しているときにEMFを使用して他のシステムの動作に影響を与えない能力を意味します。EMCは、電磁放射、感受性、イミュニティ、および結合の問題を表します。

電磁放射と は、電磁エネルギーを生成して環境に放出することを意味します。不要な放射は、同じ環境で動作している他の電子デバイスの動作、つまり電磁干渉（EMI）に干渉または妨害を引き起こします。

デバイスの電磁感受性は、デバイスの誤動作や故障の原因となる不要なエミッションや干渉に対する脆弱性を示します。デバイスがより影響を受けやすい場合は、電磁干渉の影響を受けにくいことを意味します。

デバイスの電磁 イミュニティとは、別の電子デバイスからの電磁放射による干渉や故障を経験することなく、電磁環境の存在下で正常に動作する能力を意味します。

電磁結合とは、あるデバイスから放出された電磁界が他のデバイスに到達または干渉するメカニズムを意味します。

EVにおける電磁干渉（EMI）の原因

• 電力変換器は、電気駆動システム内の電磁干渉の主な原因であることが知られています。これらは高速スイッチングデバイスを備えています。たとえば、従来の絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（IGBT）は2〜20 kHzの範囲の周波数で動作し、高速IGBTは最大50 kHzで動作し、SiCMOSFETは150KHzを超える周波数でも動作します。
• 高電力レベルで動作している電気モーターは電磁放射を引き起こし、インピーダンスを介してEMノイズの経路として機能します。そして、このインピーダンスは周波数の関数として変化します。電動機は高速PWMスイッチング動作のパワーインバータを使用しているため、モータ端子にサージ電圧が発生し、EMノイズの放射が発生します。また、シャフト電流により、モーターベアリングの損傷や車両コントローラーの誤動作を引き起こす可能性があります。
• トラクション電池が分布している、電池及びインターコネクタの電流はEMF放射のための重要な供給源となり、これらは、EMIのための経路の主要部分です。
• EV内のバッテリーから電力変換器、電力変換器からモーターなどのさまざまなサブシステム間で高レベルの電流を運ぶシールドケーブルと非シールドケーブルは、より強い磁場を発生させます。ワイヤーハーネス用のEVの利用可能なスペースが限られているため、高電圧ケーブルと低電圧ケーブルを互いに近くに配置すると、それらの間に電磁干渉が発生します。
• バッテリー充電器とワイヤレス充電設備は、EVの内部EMIソースとは別に主要な外部EMIソースです。EVの充電にワイヤレス電力技術を適用すると、数十から数百キロヘルツの範囲の強力な磁場が生成され、数KWから数十KWの電力が転送されます。

電気自動車の電子部品に対するEMIの影響

今日、技術の進歩に伴い、自動車には適切な操作と信頼性のためにより多くの電子部品とシステムが含まれています。電気自動車のアーキテクチャを見ると、限られたスペースに大量の電気および電子システムが配置されています。これにより、これらのシステム間で電磁干渉またはクロストークが発生します。EMCが適切に保守されていない場合、これらのシステムは誤動作したり、動作しなくなったりする可能性があります。

EMC

自動車のEMC規格のほとんどは、自動車技術者協会（SAE）、国際標準化機構（ISO）、国際電気標準会議（IEC）、電気電子技術者 標準 協会（ IEEE -SA）、欧州共同体（EC）および国連欧州経済委員会（UNECE）。

ISO 11451は、電気外乱狭帯域放射EMFに対するICEおよび電気自動車のイミュニティを決定するために車両をテストするための一般的な条件、ガイドライン、および基本原則を指定しています。

ISO 11452は、コンポーネントをテストして、電気外乱狭帯域放射EMFに対するICEおよび電気自動車の電子コンポーネントのイミュニティを決定するための一般的な条件、ガイドライン、および基本原則を指定しています。

CISPR12は、電気自動車、ICE車両、およびボートからの放射電磁放射をテストするための測定の制限と方法を指定します。

CISPR25は、無線妨害特性を測定するための制限と方法、および車両に搭載されている受信機を保護するためのRI / REレベルを決定するために車両をテストする手順を指定します。

SAE J551 -1は、車両およびデバイス（60Hz〜18GHz）のEMCの性能レベルおよび測定方法を指定します。

SAE J551 -2は、車両、モーターボート、および火花点火エンジン駆動デバイスの無線妨害（放射）特性のテスト制限と測定方法を指定します。

SAE J551-4は、車両およびデバイス、ブロードバンドおよびナローバンド、150 KHz〜1000MHzの無線妨害特性のテスト制限および測定方法を指定します。

SAE J551-5は、電気自動車の9 kHz〜30MHzの磁場および電界強度の性能レベルと測定方法を規定しています。

SAE J551-11は、車両の電磁耐性を指定します-車両外のソース。

SAE J551- 13を指定し車両電磁免疫バルク電流注入。

SAE J551- 15シールドルームで行われる指定の車両電磁免疫静電気。

SAE J551- 17 specifiesvehicle電磁免疫電力線磁界。

2004/144 EC -附属書IV車両からの放射の広帯域放射の測定の指定方法。

2004/144 EC -アネックスV車両から放射狭帯域放射の測定の指定方法。

2004/144 EC -アネックスVI電磁放射線への車両の免疫性を試験するの指定方法。

AIS-004（パート3）は、自動車の電磁両立性の要件を提供します。

AIS-004（パート3）付録2は、車両から放射される広帯域電磁放射の測定方法を説明しています。

AIS-004（パート3）付録3は、車両から放射される狭帯域電磁放射の測定方法を説明しています。

AIS-004（パート3）付録4は、電磁放射に対する車両のイミュニティをテストする方法を説明しています。

AIS-004（パート3）付録5は、電気/電子サブアセンブリから放射される広帯域電磁放射の測定方法を説明しています。

AIS-004（パート3）付録6は、電気/電子サブアセンブリから放射される狭帯域電磁放射の測定方法を説明しています。

電磁界のヒトへのばく露の制限

電気自動車は、短時間の曝露で人の健康に影響を与えない非電離電磁放射を生成します。しかし、長時間露光の場合、放射磁界が標準限界を超えると、人の健康に影響を及ぼします。したがって、電気自動車を設計する際には、磁界ばく露による危険性を考慮に入れる必要があります。

乗客への電磁ばく露は、前輪駆動や後輪駆動などの電気自動車のさまざまな構成、電力レベル、トポロジー、バッテリーの配置、および電力機器と乗客との距離などの影響を受けます。

IEEEは、世界保健機関（WHO）や国際非イオン化放射線防護委員会（ICNIRP）、EU指令など、電磁界への人体ばく露による有害な影響の可能性を検討することにより、最大許容磁界ばく露に対する制限を指定しています。公衆。

周波数（Hz）	磁場H（AM -1）	磁束密度B（T）
<0.153 Hz	9.39 x 10 4	118 x 10 -3
0.153 -20Hz	1.44 x 10 4 / f	18.1 x 10-3 / f
20〜759 Hz	719	0.904 x 10 -3
759 Hz-3KHz	5.47 x 105 / f	687 x 10 -3 / f

以下は、IEEE規格に準拠した一般市民への最大許容磁界レベルを示す表です。

職業とは、通常の仕事をしているときにEMFにさらされる人々を意味します。

一般大衆とは、電磁界にさらされる職業以外の一般大衆を意味します

オリエンテーション値は、通常の作業条件下で、アクティブな埋め込み型医療機器を持っていない人や妊娠している人には健康への悪影響はありません。これらは電界強度に対応します。

アクション値 は、これらのレベルにさらされるいくつかの効果を引き起こします。これらは、直接測定可能な最大フィールドに対応します。

• 基本的に、アクション値はオリエンテーション値よりも高くなります。
• 職業上の公的暴露値は、一般の公的暴露レベルの値よりも高い。

電磁両立性試験

電気自動車が必要な基準を満たしているかどうかを確認するには、EMC試験を実施する必要があります。EMCを評価するために、電気自動車で実験室試験と路上試験が実施されます。これらのテストは、排出量、感受性、およびイミュニティテストで構成されます。

実験室試験は、EMC試験室内のすべての車載電気機器からの磁界放射と感受性を特徴づけるために行われます。これらのチャンバーは、無響および残響タイプです。

伝導性エミッションテストの場合、トランスデューサにはラインインピーダンス安定化ネットワーク（LISN）が含まれるか、人工メインネットワーク（AMN）が使用されます。ための放射放出試験、アンテナがトランスデューサとして使用されます。放射エミッションは、被試験デバイス（DUT）の周囲のすべての方向で測定されます。

感受性試験では、高出力のRF EMエネルギー源と放射アンテナを使用して、電磁エネルギーをDUTに送ります。被試験装置（DUT）を除いて電気自動車で試験を行っている間、すべてがオフになり、次に磁界が測定されます。

外部テストは、実際の道路走行条件で行われます。これらのテストでは、トラクションおよび回生ブレーキ時に最大電流を確保するために、テスト対象の車両を最大の加速および減速で運転する必要があります。これらの試験は、地球による磁界が一定である直線道路で実行され、場合によっては急勾配の道路で実行されます。路上試験を行う際には、線路、マンホールの蓋などの自動車、配電設備、高圧送電線、電力変圧器などの外部ソースからの外部磁気摂動を特定する必要があります。

EMCを改善し、EMIを低減するための設計ガイドライン

• 大電流を流すDCケーブルは、このケーブルの電流が反対方向に流れるようにねじれた形で作成する必要があります。これにより、EMFの放出が最小限に抑えられます。
• 三相ACケーブルはねじる必要があり、それらからのEMF放出を最小限に抑えるためにできるだけ近くに配置する必要があります。
• また、これらの電源ケーブルはすべて、助手席の領域からできるだけ離して配置する必要があります。そして、これらの接続はループを形成するべきではありません。
• 助手席とケーブルの距離が200mm未満の場合は、シールドを採用する必要があります。
• モーターは助手席エリアから離れた場所に配置する必要があり、モーターの回転軸は助手席エリアを向いてはなりません。
• スチールの方がシールド効果が高いため、アルミニウムの代わりに重量が許せば、モーターにはスチール製の金属製ハウジングを使用する必要があります。
• モーターと助手席エリアの距離が500mm未満の場合は、モーターと助手席エリアの間に鋼板のようなシールドを採用する必要があります。
• モーターハウジングは、電位を最小限に抑えるためにシャーシに適切に接地する必要があります。
• インバーターとモーター間のケーブル長を最小限に抑えるために、それらは互いに可能な限り近くに取り付けられました。
• サージ電圧、シャフト電流、および放射ノイズを抑制するには、EMIノイズコントローラをモーター端子に取り付ける必要があります。
• 低電圧バッテリーを充電し、EMIを大幅に減衰させるには、デジタルアクティブEMIフィルターをDC-DCコンバーターのデジタルコントローラーに統合する必要があります。
• ワイヤレス充電中のEMIを抑制するために、共振リアクティブシールドが開発されました。ここで、漏れ磁場は、各シールドコイルに誘導されたEMFが入射EMFをキャンセルし、追加の電力を消費することなく磁場漏れを効果的に抑制することができるように、共振無効シールドコイルを通過します。
• WPTシステムからの電磁界放射をシールドするために、導電性シールド、磁気シールド、およびアクティブシールド技術が開発されました。
• 電気自動車用にEMIノイズコントローラを開発しました。これは、サージ電圧、シャフト電流、および放射ノイズを抑制するためにモーター端子に取り付けられています。