HV-Breakout-Module von CSM Echtzeit-Analyse im Hochvolt-Bordnetz

CSM HV-Breakout-Modul mit angeschlossenen Leitungen

Die neuen HV-Breakout-Module von CSM erlauben erstmals die verteilte Messung und Echtzeit-Analyse von hohen Strömen, Spannungen und Leistungen in den Hochvolt-Leitungen eines Elektrofahrzeugs während der Fahrt – und das mit einer Abtastrate von bis zu 1 MHz/Signal.

Von Johann Mathä, CSM Computer-Systeme- Messtechnik GmbH

Das Hochvolt-Bordnetz moderner Elektrofahrzeuge verbindet unterschiedlichste Verbrauchersysteme mit der leistungsfähigen Hochvoltbatterie. Ein Bestandteil der Architektur ist das Hochvolt-Leitungsnetz mit seiner Vielzahl von geschirmten HV-Leitungen und Steckern, die für die jeweiligen hohen Ströme und Spannungen ausgelegt sind. Das Gesamtsystem besteht im Wesentlichen aus den HV-DC-Stromkreisen für Inverter mit E-Motoren, den Ladesystemen und dem HV-Leistungsverteiler. Der HV-Leistungsverteiler versorgt Nebenverbraucher wie Klimakompressor, Heizung, Pumpen sowie die LV-Bordnetze. Alle im Fahrzeug eingesetzten Inverter und Wandler mit hochfrequent schaltender Leistungselektronik verursachen rückwirkend eine Strom- und Spannungswelligkeit in den HV-DC-Stromkreisen.

Diese signifikanten Oberwellen, im Sprachgebrauch „Ripple“ genannt, werden während der Entwicklung und letztlich bei der Fahrzeug-abnahme auf ihre Größe und maximale Spannungsdynamik (Steilheit) geprüft. Zusätzliche Effekte kommen sowohl von Spannungsspitzen infolge von Leitungsinduktivitäten und Koppelkapazitäten als auch von abrupten Lastwechseln, extremen Missbrauchsmanövern oder kurzen Kontaktunterbrechungen. Für einen sicheren Betrieb eines Serienfahrzeugs werden deshalb Abnahmetests für das HV-Bordnetz durchgeführt. Die Testingenieure prüfen dabei die Strom- und Spannungsdynamiken und deren Niveaus nach der Testnorm LV 123*.

Die Herausforderung an die Testingenieure ist dabei die schnelle Erfassung der Spannungs- und Stromverläufe im Hochvolt-Leitungsnetz eines Elektrofahrzeugs während der Fahrt. Es muss dabei schließlich nicht nur nach der Hochvoltbatterie, sondern auch im HV-DC-Stromkreis der jeweiligen Leistungsverbraucher mit hoher Abtastrate in der Leitung gemessen werden.

CSM hat über die letzten Jahre ein umfangreiches Portfolio von HV-Messmodulen entwickelt. Mit den neuen HV-Breakout-Modulen zur Strom-, Spannungs- und Leistungsmessung wurde das Portfolio des Messsystems komplettiert. Dabei werden heute insbesondere die Breakout-Module für Validierungs-, Abnahme- und Benchmark-Messungen verwendet, weil sie direkt in den Hochvolt-Leitungen des Bordnetzes eingesetzt werden können.

Breakout-Module im Hochvolt-Bordnetz

Die Hochvolt-Breakout-Module (HV BM) von CSM wurden speziell für sichere Messanwendungen in spannungsführenden Hochvolt-Leitungen beim rauen, mobilen Einsatz konzipiert. Durch die Wahl eines geeigneten Mess-Shunts für die Strommessung sowie mit den ein- stellbaren Messbereichen von Spannung und Strom, kann das HV BM optimal für die Mess-aufgabe konfiguriert werden.
Strom und Spannung werden im HV BM synchron erfasst, und die Momentanleistung wird schon im Modul selbst berechnet. Das HV BM gibt die Messdaten (U, I, P) mit einer Datenrate von bis zu 1 MHz (1 μs) über eine EtherCAT-Schnittstelle aus.
Die Hochvolt-Leitungen werden mit Kabelschuhen im Breakout-Modul fest verschraubt. Für Hochstromleitungen über 125 A bis 800 A wird das HV BM 1.2 eingesetzt. Es ermöglicht das Anschließen von zwei einadrigen HV-Leitungen am Breakout-Modul. Für zweiadrige HV-Leitungen und Verbraucher bis 125 A eignet sich das HV BM 1.1.