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Radio hören kann im "Fahrzeug der Zukunft" zum Problem werden. Denn in einem Elektroauto ist Radio hören im Prinzip nicht möglich. Elektrische Störeffekte behindern den Empfang von Radiowellen. Um dieses Problem kostengünstig in den Griff zu bekommen, haben Forscher vom Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM nun ein neues Berechnungsverfahren entwickelt.
In einem Elektrofahrzeug werden die Störungen durch Frequenzumrichter verursacht. Diese wandeln die elektrische in mechanische Energie um, um Drehrichtung und Drehzahl von Elektromotoren zu steuern. Die Umrichter schalten den Strom und die Spannung extrem schnell sowie häufig an und aus. Sie zerhacken die elektrische Energie in Bruchteilen einer Sekunde und erzeugen so elektromagnetische Störsignale. Werden diese zu laut, hört man zwar das Antriebssystem, nicht aber das Autoradio.
Zur Problembewältigung müssten daher nicht nur die Motorzuleitungen abgeschirmt, sondern auch der Motor selbst isoliert werden. Für die Automobilhersteller ist dies mit enormen Kosten verbunden. Wie sich diese senken lassen könnten, wissen die Forscher vom Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM in Berlin. Dr. Eckart Hoene, Leiter der Forschungsgruppe "Power Electronic Systems", und sein Team haben ein Bündel an Werkzeugen und Methoden entwickelt, um die Störungen zu minimieren. Durch neue Simulationen und Berechnungsverfahren können die Ingenieure beispielsweise ermitteln, bei welcher Platzierung im Fahrzeug sich Bauteile hinsichtlich ihrer elektromagnetischen Verträglichkeit am wenigsten gegenseitig beeinflussen.[b]
Bauteilelage beeinflusst Störsignale[/b] "Eine große Rolle spielt die Größe und Lage der einzelnen Komponenten. Dazu gehören etwa der Elektromotor, die Batterie, der elektrische Klimakompressor, das Ladegerät, der DC/DC-Wandler und der Umrichter selbst. Ebenso entscheidend ist die Richtung und Form, in der Kabel verlegt sind und wie dicht die Schirmung geflochten ist. Mithilfe unserer Simulationen können wir auch Empfehlungen zur Qualität der Isolations- und Steckerelemente aussprechen", erklärt Hoene. Durch Messverfahren grenzen die Wissenschaftler zudem präzise ein, wo im Fahrzeug Störungen entstehen und wie diese sich ausbreiten. Gemessen und ermittelt wird die elektromagnetische Verträglichkeit der Fahrzeugkomponenten in einer Kammer (Bild). Darüber hinaus haben die Wissenschaftler ein symmetrisches Leistungsmodul entwickelt, das verhindert, dass Störungen abstrahlen. Es ist Bestandteil des Umrichters und liegt bereits als Prototyp vor.
Doch elektromagnetische Störungen kommen nicht nur in Elektro- und Hybridantrieben vor, sondern überall dort, wo Leistungselektronik eingesetzt wird - etwa in der Bordelektronik von Flugzeugen, in Windkraft- und Solaranlagen. "Auf Dächern mit Photovoltaikanlagen wandeln Solarumrichter Gleichstrom in Wechselstrom um, was den Radioempfang im Haus beeinträchtigen kann", erläutert Hoene. Auch in diesen Anwendungsfällen stehen Hoene und seine Kollegen Unternehmen mit ihrer Expertise beratend zur Seite und helfen, die Störpegelgrenzwerte einzuhalten.