Verbundprojekt EM4EM: Elektromobilität erfordert neue Wege bei der Elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV)

Die Elektrifizierung des Fahrzeugantriebes gilt als eine der wichtigsten, zukünftigen Stellhebel, um Schadstoffemissionen (CO2) zu verringern. Verglichen mit konventionellen Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor sind in Elektrofahrzeugen zum Erreichen der Fahrleistung erheblich höhere Ströme und Spannungen erforderlich. Zur optimalen Energieausnutzung und zur Minimierung der thermischen Belastung der Fahrzeugkomponenten muss außerdem die erforderlichen Leistung zwischen Batterie und Antrieb sehr schnell geschaltet werden. Dabei steigt in Einzelfällen das elektromagnetische Störpotenzial um den Faktor 100 gegenüber vergleichbaren klassischen Antriebskonzepten.

Die daraus resultierenden Störimpulse haben Auswirkungen auf die regulären Sensor-, Steuer- und Kommunikationssysteme, deren Signale weiterhin im Milliwatt-Bereich verarbeitet werden. Um die Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) solcher Geräte zu sichern, wurden bisher kostenintensive und schwere Abschirm- und Filtermaßnahmen eingesetzt, welche das Gewicht der Fahrzeuge erhöhen. Damit nehmen diese Maßnahmen unmittelbaren Einfluss auf die Reichweite der Elektrofahrzeuge.

Unter der Leitung der AUDI AG haben sich deshalb Autohersteller, Zulieferer, Halbleiterhersteller und Universitäten aus acht europäischen Ländern zu einem Verbundprojekt EM4EM zusammen geschlossen, um EMV-gerechte Konzepte für Elektrofahrzeuge grundlegend zu erforschen. Ein Ziel des Verbundes ist es, Elektroniken zu entwerfen, die robuster gegenüber elektromagnetischen Einflüssen sind. Zum anderen sollen die Störaussendungen der leistungselektronischen Komponenten des elektrifizierten Antriebsstrangs (z.B. Pulswechselrichter, Gleichspannungswandler, elektrische Motoren) und der elektrisch-elektronischen Systeme des Fahrzeugs reduziert werden.

Die Zusammensetzung des interdisziplinären Projektkonsortiums ermöglicht es zum ersten Mal, die neuen auftretenden elektromagnetischen Störpotenziale entlang der gesamten Wertschöpfungskette zu untersuchen und durchgängig zu vermindern. Beginnend bei den kleinsten Einheiten, den Schaltkreisen, über die Leiterplatte, den Komponenten und Steuergeräten sowie den Kabelsystemen bis zum Gesamtfahrzeug werden im Laufe des Projektes Entwurfs- und Designrichtlinien erarbeitet. Alle Untersuchungen an realen Technologien fließen in eine Simulationsplattform ein.

Diese Simulationsplattform ermöglicht künftig den Austausch von EMV-Modellen und -Anforderungen für jedes Glied der Wertschöpfungskette über das Konsortium hinaus. Die vereinheitlichten Anforderungen sind die Basis für einen optimierten Entwicklungsprozess für sichere und effiziente Elektrofahrzeuge.

Durch die Zusammenführung von Messungen und Simulationen werden internationale Standards hinsichtlich Messverfahren und Messtechnik gesetzt.

Das europäische CATRENE-Verbundprojekt EM4EM wird in Deutschland vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen der Hightech-Strategie der Bundesregierung im Förderprogramm IKT2020 mit ca. 7,2 Mio. € gefördert. Die interdisziplinäre Zusammenarbeit im EMV-Bereich ist eine der Schlüsselkomponenten, um den Standort Deutschland zum Leitanbieter für Elektrofahrzeuge zu entwickeln. Die Ergebnisse von EM4EM werden zudem in Normungs- und Standardisierungsgremien eingebracht und in einen europäischen Masterstudiengang umgesetzt.

An dem Vorhaben EM4EM sind folgende Industriepartner beteiligt: Die AUDI AG (Projektleitung und Koordination), die Daimler AG, die Conti-Temic microelectronic GmbH, die Robert Bosch GmbH, die Infineon Technologies AG, die NXP Semiconductors Germany GmbH, die ZUKEN GmbH sowie die ELMOS Semiconductor AG.

Zudem ist die Leibniz Universität Hannover, die Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, die Technische Universität Dortmund sowie die Hochschule Hamm-Lippstadt beteiligt.