Systemy elektroniczne w samochodzie są źródłem zakłóceń elektromagnetycznych. Wiele z nich łatwo usunąć stosując metody inżynierskie, jak np. prowadzenie par sygnałowych w formie skrętek i dobór impedancji toru transmisji. Czasem łatwiejsze jest zapewnienie spełnienie wymogów jakie wymusza kompatybilność elektromagnetyczna poprzez zmianę fal elektromagnetycznych na inny rodzaj promieniowania czyli światło. W ostatnich latach ilość urządzeń mogących powodować zakłócenia zwiększyła się, a EMI przenoszone przez pole magnetyczne i zjawiska z nim związane stają się ważnym elementem testów. Wymogi spełnienia określonych norm sprawiają, że producenci szukają alternatywnych rozwiązań z zakresu EMC. Zakłócenia elektromagnetyczne w pojazdach elektrycznych zmuszają producentów do opracowywania i stosowania w samochodzie innowacyjnych materiałów.
W praktyce elektronika samochodów musi być ekranowana za pomocą osłon metalowych aby oddziaływania pomiędzy modułami były na akceptowalnym poziomie. Jak wcześniej wspomniano takie osłony powodują zwiększenie kosztów na etapie produkcji jak też zwiększają wagę pojazdów elektrycznych. Dlatego poszukuje się innych, lżejszych i tańszych materiałów pozwalających na redukcję pola elektromagnetycznego.
Elementy mniejsze mogą być ekranowane od pola elektromagnetycznego za pomocą:
tworzyw sztucznych z dodatkiem nanorurek węglowych (zapewniają dobrą przewodność elektryczną przy niewielkim dodatku materiału)
kompozytów z włóknami metalowymi (polimery wzmacniane krótkimi włóknami metalowymi np. miedzianymi lub aluminiowymi
Ciekawym podejściem do tematu może być wykorzystanie składników które są odpadem w innym procesie produkcyjnym. Prowadzone są badania z wykorzystaniem materiałów odpadowych w postaci rudy cynku. Udział rudy na poziomie 80-90% i stworzenie kompozytu z PVC daje wyniki na poziomie redukcji sygnału o 80%. Przy czym większy udział PVC tym mniejsza skuteczność tłumienia. Poszukiwania materiałów ekranujących, które można zastosować w motoryzacji są ciągle prowadzone.
Fale elektromagnetyczne można w samochodach wytłumić stosując kompozyty. Dla większych elementów stosowane są:
tworzywa sztuczne z dodatkiem miedzi lub aluminium (zapewniają dobrą przewodność przy zachowaniu relatywnie niskiej wagi)
kompozyty polimerowe z dodatkiem włókien węglowych (łączą lekkość polimerów z przewodnością włókien węglowych).
Na etapie projektowania pojazdów elektrycznych nie można pominąć zakłóceń jakie stanowią impulsy generowane przez wyładowania atmosferyczne. Karoseria samochodów, w tym elektrycznych i hybrydowych, działa jak klatka Faradaya, co zapewnia podstawową ochronę przed wyładowaniami atmosferycznymi. Akumulatory i inne komponenty wysokonapięciowe są dodatkowo izolowane i chronione. Zmniejsza to ryzyko uszkodzenia w przypadku uderzenia pioruna.
Uderzający piorun w bliskim otoczeniu może indukować silne prądy w układach elektronicznych i przewodach. Dlatego stosowane jest dodatkowe ekranowanie kluczowych komponentów elektronicznych – układy przeciwprzepięciowe i filtry EMI (Electromagnetic Interference). Aby indukowany prąd nie mógł pojawić się w sieciach połączeń stosowana jest izolacja galwaniczna między różnymi systemami pojazdu.
Zakłócenia elektromagnetyczne wpływają na układy elektroniczne. Niektóre z nich są czułe z samej zasady działania jak np. stosowane w medycynie kardiowertery-defibrylatory czy stymulatory nerwów. Istnieją pojedyncze doniesienia o pacjentach odczuwających dyskomfort lub niepokój podczas korzystania z samochodów elektrycznych, ale trudno jednoznacznie przypisać te odczucia zakłóceniom elektromagnetycznym. Większe ryzyko może występować w pobliżu stacji szybkiego ładowania o wysokiej mocy, choć i w tych przypadkach rzeczywiste incydenty są rzadkie. Wiele doniesień podkreśla dość oczywisty fakt, że prawdopodobieństwo problemów rośnie wraz z mocą urządzenia. Trzeba mieć świadomość, iż szybkie ładowarki dysponują mocą która przekracza 100kW. Produkowanie przez nie pola elektromagnetycznego jest nieuniknione. W tym przypadku można jednak zastosować metody klasyczne czyli ekranowanie za pomocą ciężkich osłon metalowych.
Badania charakteryzują źródła zakłócenia w samochodzie pod kilkoma aspektami. Jednym z takich podziałów jest to na miejsce ich powstawania. Najważniejsze punkty gdzie generowane są zakłócenia elektromagnetyczne w pojazdach elektrycznych to:
a) Falownik (inwerter):
Generuje zakłócenia o wysokiej częstotliwości (kilkadziesiąt kHz do MHz).
Charakteryzuje się ostrymi pikami napięcia przy przełączaniu tranzystorów.
b) Silnik elektryczny:
Emituje zakłócenia o niższej częstotliwości (do kilku kHz).
Charakterystyka zależna od prędkości obrotowej.
c) Ładowarka pokładowa:
Generuje zakłócenia podczas ładowania (50/60 Hz i ich harmoniczne).
Może emitować szum wysokoczęstotliwościowy.
d) System zarządzania baterią (BMS):
Emituje zakłócenia o niskiej mocy, ale w szerokim spektrum częstotliwości.
e) Przetwornice DC/DC:
Generują zakłócenia o stałej częstotliwości przełączania (zazwyczaj kilkadziesiąt kHz). Zastosowanie metod rozpraszania widma pozwala na zmniejszenie zakłóceń.
Zakłócenia systemów bezkluczykowych przez samochody elektryczne i hybrydowe to interesujący i złożony problem. Zakłócenia mogą powodować niemożność otwarcia/zamknięcia pojazdu lub jego uruchomienia. Problem może dotyczyć nie tylko samochodu generującego zakłócenia, ale także pojazdów w pobliżu. Zasięg takich zakłóceń to typowo od kilku do kilkudziesięciu metrów, zależnie od intensywności emisji i warunków otoczenia.
Dane przekazywane przez użytkowników donoszą o uciążliwościach, które wpływają również na bezpieczeństwo. Zależności między parkowaniem koło stacji ładowania a występującymi problemami są ewidentne. Raporty mówią o niemożności otwarcia samochodów zaparkowanych obok ładujących się pojazdów elektrycznych. Przykładowo, właściciele BMW i3 zgłaszali problemy z otwieraniem samochodów zaparkowanych w pobliżu stacji ładowania. Dodatkowo są problemy z uruchomieniem pojazdów w pobliżu działających stacji ładowania.
Czasem opisane problemy można usunąć zdalnie. Niektórzy producenci wprowadzili aktualizacje oprogramowania mające na celu zmniejszenie emisji zakłócających. Inni zalecają trzymanie kluczyka w specjalnej pozycji lub bliżej pojazdu w problematycznych sytuacjach. Przemysł motoryzacyjny aktywnie pracuje nad minimalizacją tych problemów, a każda nowa generacja pojazdów elektrycznych i systemów bezkluczykowych jest zazwyczaj lepsza pod tym względem od poprzedniej.
Pojazdy elektryczne i hybrydowe, mimo zaawansowanych systemów ochrony, wykazują pewną podatność na zakłócenia elektromagnetyczne. Ta wrażliwość wynika z dużej liczby zaawansowanych systemów elektronicznych i elektrycznych, które są kluczowe dla funkcjonowania tych pojazdów. Pojazd jest również zbiorem odbiorników i dlatego sygnały (zakłócenia) mogą wpływać na takie obszary jak:
Systemy wspomagania kierowcy. Czujniki radarowe i kamery mogą być podatne na zakłócenia, co może wpływać na działanie systemów takich jak adaptacyjny tempomat czy asystent pasa ruchu.
Systemy nawigacji i komunikacji. GPS i łączność komórkowa mogą być zakłócane przez silne pola elektromagnetyczne, np. w pobliżu sieci zasilającej linii wysokiego napięcia.
Błędy w odczytach czujników: może to prowadzić do nieprawidłowych informacji na desce rozdzielczej lub błędnego działania systemów wspomagających kierowcę.
Nieprawidłowe działanie systemów bezpieczeństwa. W skrajnych przypadkach pole magnetyczne mogłoby zakłócić działanie systemów ABS czy kontroli trakcji. Zakłócenia mogą prowadzić do nieprawidłowych odczytów z czujników prędkości kół, potencjalnie wpływając na skuteczność hamowania.
Systemy komfortu. Systemy audio są szczególnie podatne na EMI, co może objawiać się szumami lub zakłóceniami w dźwięku.
Ekrany dotykowe i systemy infotainment – mogą doświadczać glitch’y lub niestabilności w obecności silnych pól elektromagnetycznych.
Systemy łączności Wi-Fi i Bluetooth: używane do łączności z urządzeniami mobilnymi i aktualizacji oprogramowania. Są podatne na zakłócenia, szczególnie gdy pracują w zatłoczonych środowiskach miejskich.
Sposobami stosowanymi w celu przeciwdziałania tym zakłóceniom – oprócz już omówionego ekranowania, które jest standardem – są również inne metody:
Redundancja systemów: krytyczne systemy są często dublowane, aby zapewnić niezawodność.
Adaptacyjne filtrowanie: zastosowanie inteligentnych algorytmów filtrujących, dostosowujących się do zmieniających się warunków EMI.
Aktualizacje oprogramowania: regularne aktualizacje mogą poprawiać odporność systemów na EMI poprzez optymalizację algorytmów przetwarzania sygnałów.
Wraz z rozwojem technologii pojazdów elektrycznych, kwestia EMI staje się coraz bardziej złożona. Wprowadzenie systemów ładowania bezprzewodowego i zwiększanie mocy ładowarek stwarza nowe wyzwania. Jednocześnie, postęp w dziedzinie materiałów i technik ekranowania pozwala na coraz skuteczniejsze ograniczanie EMI.
Zakłócenia elektromagnetyczne stanowią istotne wyzwanie w rozwoju e-mobilności. Wymagają one ciągłych badań i innowacji, aby zapewnić bezpieczeństwo i niezawodność pojazdów elektrycznych i hybrydowych w coraz bardziej nasyconym elektromagnetycznie środowisku. Prowadząc samochód elektryczny kierowca staje się użytkownikiem wielu technologii, nie tylko ściśle powiązanych z elektroniką.
DeltaTech Electronics to polski producent i ekspert w branży automotive, który na bazie ponad 25 lat doświadczenia wyznacza trendy w innowacyjnej diagnostyce samochodowej.
To, co nadaje rytm naszej pracy, to wsłuchiwanie się w potrzeby klientów oraz śledzenie aktualnych problemów, z którymi mierzą się warsztaty samochodowe. Owocem tego jest oferta skrojona idealnie „na miarę” ich oczekiwań.
Cały cykl życia produktów od momentu projektowania rozwiązań, poprzez produkcję, kontrolę jakości i opiekę posprzedażową odbywa się w Firmie. Jakość tego procesu dokumentują liczne nagrody branżowe.
Naszą dumą jest szybkie wsparcie techniczne, polska jakość oraz setki zadowolonych klientów. Firma współpracuje z kluczowymi dystrybutorami w branży motoryzacyjnej.
