Elektrikli araçlar için grafen tabanlı elektromanyetik ekran modellenmesi

Abstract

Araç içi elektroniğinin artışına ilave olarak, elektrikli tahrik sistemlerinin geleneksel araç elektroniği mimarisine dahil edilmesi, elektromanyetik uyumluluk (EMC) konusunu elektrikli araç tasarımı sırasındaki önemli konulardan biri haline getirmiştir. Elektromanyetik ekranlama, elektronik devreleri harici elektromanyetik girişime (EMI) karşı korumak için kullanılan zorunlu önlemlerden biridir. Bununla birlikte, ekranlama kutularındaki açıklıklar elektronik devrelere etki edecek şekilde EMI sızıntısına izin vererek ekranlama etkinliğini (SE) düşürürler. Elektrikli araçlarda ekranlama kutusu boyutlarının sabit kaldığı ve açıklığın belli bir alana sahip olması gerektiği durumda, EMC gerekliliklerinin sağlanabilmesi ve SE’nin istenilen seviyelere çıkarılabilmesi için açıklık boyutlarının optimizasyonu ve / veya kutu malzemesinin değiştirilmesi gibi çalışmalar gerekmektedir. Bu çalışmada, ekranlama kutusunun iç yüzeylerinin grafen plakalar ile kaplandığı bir nümerik model tasarlanmıştır. Kutu iç yüzeylerinin grafen plakalarla kaplı olması durumu, tek bir yüzeyin grafen plaka ile kaplı olması veya bir yüzey hariç diğer yüzeylerin grafen plakalarla kaplı olması gibi çeşitli konfigürasyonlarda incelenmiştir. Farklı açıklık geometrilerine sahip kutular içindeki her bir yüzeyin grafen plakayla kaplanmasının etkisi analiz edilmiştir. Kutu iç yüzeylerinin grafen plakalarla kaplanmasının SE’yi iyileştirdiği ve ayrıca keskin kutu rezonanslarını azalttığı görülmüştür. Ekranlama kutusunun ön yüzeyindeki açıklık boyutlarını değiştirerek SE’yi iyileştiren bir genetik algoritma (GA) tasarlanmıştır. Dikdörtgen açıklık boyutlarının GA ile belirlendiği bir kutuda iç yüzeylerin grafen plakalarla kaplanmasıyla elde edilen SE simülasyon sonuçları ile ölçüm sonuçları karşılaştırılmıştır. Simülasyon sonuçlarının ölçüm sonuçlarıyla uyumlu olduğu görülmüştür.

In addition to the increase of in-vehicle electronics, incorporating electric propulsion system into conventional vehicle electronic architecture makes electromagnetic compatibility (EMC) become one of the most important issues during electric vehicle design. Electromagnetic shielding is one of the compulsory preventions to protect electronic circuits against electromagnetic interference (EMI). However, apertures of the shielding enclosure attenuate shielding effectiveness (SE) by permitting EMI leakage to affect the electronic circuits. When the dimensions of shielding enclosure remain fixed and the aperture is to have a particular area, studies such as optimization of the aperture dimensions and / or changing the enclosure’s material are required in order to fulfill EMC requirements and increase SE to desired levels. In this study, a numerical model in which inner surfaces of the enclosure are coated with graphene sheets, is designed. Coating inner surfaces of the enclosure with graphene sheets is investigated for various coating configurations such as coating a single surface with graphene sheet or coating all inner surfaces with graphene sheets except one. The effect of coating each surface with graphene sheet in the enclosures with different aperture shapes is analyzed. It is observed that coating inner surfaces of the enclosure with graphene sheets improves SE and also reduces sharp resonances. A genetic algorithm (GA) is designed, which improves SE by changing aperture dimensions on the front surface of the shielding enclosure. SE simulation results obtained by coating inner surfaces with graphene sheets in an enclosure in which the rectangular aperture dimensions are determined by GA, are compared with measurement results. It is observed that simulation results are in good agreement with measurement results.