Neue HV-BM-Split-Module von CSM
HV-Strom- und Spannungsmessung in beengten Bauräumen
Für Straßentests von Elektrofahrzeugen müssen im Hochvolt-Bordnetz hochfrequent Ströme und Spannungen gemessen werden - und das in äußerst beengten Bauräumen. Hier setzen die neuen HV-BM-Split-Module von CSM an: Sie messen direkt in den HV-Kabeln und Stromschienen.
Komponenten im elektrischen Antriebsstrang sowie das komplette HV-Bordnetz von Elektro- und Hybridfahrzeugen werden umfangreich in Simulationen und auf Prüfständen getestet. Dennoch müssen Strom, Spannung und Leistung auch im Fahrversuch gemessen werden, um die Entwicklungsergebnisse unter realen Bedingungen zu validieren. Nur so lassen sich genaue Ergebnisse für die vielen nötigen Optimierungsschritte erzielen.
Für die Messung von Strom, Spannung und Leistung im HV-Bordnetz auf Prüfständen und im Fahrzeug haben sich die HV Breakout-Module von CSM bewährt: Sie stellen die kompakteste und am wenigsten störempfindliche Messtechnik-Lösung für derartige Messaufgaben dar. Die HV-Breakout-Module besitzen ein robustes Gehäuse für die mobile Anwendung im Fahrzeug und messen störsicher bis 2000 Ampere und 2000 Volt mit einer hohen Abtastrate von bis 2 MSamples/s. Die HV-Leitungen werden direkt im HV-sicheren Gehäuse angeschlossen, und die Leitungsschirmung wird auf das Modulgehäuse gelegt oder durchgeführt. Durch die direkte Messung in den Innenleitern (oder auch Schirmgeflechten) lassen sich äußerst präzise Messergebnisse erzielen. Jedoch kann der verfügbare Bauraum im Fahrzeug durch eng verbaute Komponenten und schmale Kabelschächte für den Einbau zu gering ausfallen. In solchen Fällen muss eine andere Lösung für die Messung von Strom, Spannung und Leistung während des Fahrversuchs her.
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Die Herausforderungen
Zuallererst muss die verwendete Messtechnik an den gewünschten Messstellen verbaubar sein. Mitunter begrenzen enge Kabelschächte oder umliegende Komponenten den verfügbaren Bauraum. Aus diesem Grund muss dann die verwendete Messtechnik noch kompakter gestaltet und dezentral einsetzbar sein.
Trotzdem müssen die Messergebnisse sehr präzise sein, weshalb weitere Messungen direkt im Innenleiter nötig sind, weil sonst die Ergebnisse durch zusätzlich gemessene Schirmströme und Störungen verfälscht werden. Um weitergehende Analysen zu erlauben, sollte mit einer Datenrate von bis zu 1 MHz (oder auch mehr) gemessen werden.
Zudem muss die Messtechnik in robusten Gehäusen verbaut sein, um einerseits die Hochvolt-Sicherheit für Anwender und Systeme zu gewährleisten und andererseits die Messtechnik für Umwelteinflüssen zu schützen.
CSM-Messtechnik-Lösung
Für die Messung von Strom, Spannung und Leistung in äußerst beengten Fahrzeugbauräumen kommen HV-BM-Split-Module zum Einsatz. Hochvolt-Breakout-Module der Split-Familie (HV BM Split Module) verwenden das gleiche Messprinzip wie die bekannten CSM-HV-Breakout-Module für Messungen im Hochvoltbordnetz. Jedoch sind die drei Hauptkomponenten in eigenen kleinen HV-sicheren Gehäusen untergebracht:
- HV SBM_I: Strommessung mit temperaturkompensiertem Shunt-Modul (Split-Breakout-Modul)
- HV SBM_U: Spannungsabgriff (Split-Breakout-Modul)
- HV SAM: Messmodul (Split-Acquisition-Modul)
Durch die Separierung der drei HV-BM-Hauptkomponenten wird der benötigte Platz für den Verbau in HV-Leitungen oder in Stromschienen minimiert. Die HV SBM werden über Kabelverschraubungen und Kabelschuhe oder über PL300/PL500-Stecker direkt in die HV-Leitungen eingesetzt. Die Schirmung wird dabei, wie bei den HV Breakout-Modulen, separat geführt.
Über geschirmte Hochvolt-Signalleitungen werden das Strom- und das Spannungs- Split-Breakout-Modul mit HV-sicheren Steckverbindern an das Split-Acquisition-Modul angeschlossen. Dadurch lassen sich die schmalen HV SBM einzeln in eng begrenzten Bauräumen einsetzen und dort verbauen, wo Platz ist.Das HV SAM führt die Abtastung, A/D-Wandlung, Filterung, Online-Verrechnung, Datenerfassung, die Protokollumsetzung sowie die galvanische Trennung durch. Es kann in einem anderen, weiter entfernten Fahrzeugraum eingebaut werden.
Die Hochvolt-Sensorleitung zu den HV SBM ist standardmäßig 2 Meter lang. Wie bei den Standard-HV-Breakout-Modulen erfolgt die Datenausgabe über EtherCAT oder CAN mit bis zu 1 MHz Datenrate.
Über ein XCP-Gateway werden die über EtherCAT ausgegebenen Messdaten auf XCP-on-Ethernet umgesetzt und an den Messrechner weitergegeben. Über das XCP-Gateway lassen sich weitere Messmodule für die Erfassung zusätzlicher Messgrößen einbinden.
Die Vorteile
Die HV-BM-Split-Module ermöglichen präzise Strom-, Spannungs-, und Leistungsmessungen in sehr beengten Bauräumen. Sie nutzen die bewährte Technologie der HV-Breakout-Module: Die Strommessung mit Shuntmodulen direkt in den HV-Leitungen minimiert die Einflüsse externer Felder, wie sie z. B. bei Magnetfeld- oder Halleffekt-basierten Lösungen auftreten. Pseudosignale, Hysterese-Effekte, systembedingtes Rauschen, Kennlinienverschiebung oder Offset-Fehler sind bei der CSM-Shunt-Technologie praktisch nicht vorhanden.
Die Sensormodule der HV-BM-Split-Module sind kaum größer als die HV-Leitungen selbst und können an geeigneten Stellen verbaut werden. Messungen an eng verbauten Hochvolt-Nebenverbrauchern wie Kompressoren, Pumpen, Konverter oder Bremswiderständen werden dadurch ermöglicht.
Die HV-BM-Split-Module sind Bestandteil des Vector-CSM-E-Mobility-Messsystems. Sie erweitern das dezentrale, skalierbare Messsystem für Hochvolt-Strom- und Spannungsmessung in engsten Fahrzeugbauräumen zur E-Mobility online Analyse mit CANape und vMeasure exp.
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