Mess- und Prüftechnik für die E-Mobilität

Damit’s auf dem Hochvolt-Prüfstand läuft

Der Trend zur E-Mobilität ist im wahrsten Sinne des Wortes hochspannend. Um die Wünsche der E-Autokunden nach hoher Reichweite mit möglichst kurzen Ladezeiten und dynamischen Fahrleistungen zu erfüllen, geht der Trend in Richtung immer höherer Systemspannungen im Antriebsstrang. Mess- und Prüftechnik für die E-Mobilität verlangt den installierten Geräten daher Höchstleistungen ab.
 Der Trend in der E-Mobility geht zu immer höheren Systemspannungen.
Der Trend in der E-Mobility geht zu immer höheren Systemspannungen.Bild: ©greenbutterfly/stock.adobe.com

Aktuelle Systemplattformen werden mit einer Spannung von 408VDC betrieben. Erste Serienfahrzeug nutzen bereits eine Systemspannung von 800VDC. Bei Elektro-Schwerlastfahrzeugen ist die Grenze von 1.000VDC bei den Antriebssträngen schon gefallen und die Entwicklung geht in den Bereich von 1.500VDC. Die theoretische Alternative, höhere Stromstärken, würde u.a. größere Leitungsquerschnitte und damit aufgrund des höheren Kupferanteils schwerere Fahrzeuge und nicht zuletzt höhere Kosten bedeuten. Zudem sind Ladekabel ab etwa 500A so schwer, dass sie nicht mehr von jedem Menschen handhabbar sind. Auch thermisch stoßen sie an ihre Grenzen, sodass die Leistung nur noch über eine erhöhte Spannung gesteigert werden kann. Somit müssen in der Entwicklung, bei der Qualifizierung und Serienfertigung von E-Fahrzeugen zahlreiche Komponenten – beispielsweise Kabel, Traktionsbatterie, Batteriemanagementsystem, Leistungselektronik sowie die Antriebsmotoren – geprüft und getestet werden, die unter einer Spannung von mehreren 100VDC bis zu 1.500VDC stehen. In der Automobilwelt hat sich für diesen besonderen Spannungsbereich der Begriff Hochvolt oder High Voltage etabliert.

 Anspruchsvolle Aufgabe für Hochvolt-Trennverstärker in HIL-Prüfszenarien: galvanische Trennung für dauerhafte Spannungen teils über 1.000V - sowohl eingangs- wie auch ausgangsseitig.
Anspruchsvolle Aufgabe für Hochvolt-Trennverstärker in HIL-Prüfszenarien: galvanische Trennung für dauerhafte Spannungen teils über 1.000V – sowohl eingangs- wie auch ausgangsseitig.Bild: Knick Elektronische Messgeräte GmbH & Co. KG

Testen unter Last

Die besondere Herausforderung beim Prüfen von E-Mobility-Komponenten ist, dass es häufig in realen Einsatzszenarien unter Last als Hardware-in-the-Loop-Tests durchgeführt wird. Nur so ist sichergestellt, dass alle Hochspannungskomponenten in jeder Fahrsituation in dem vorgesehenen Spannungsbereich zuverlässig und sicher arbeiten. Das stellt besondere Anforderungen an die elektrische Sicherheit, um in erster Linie das Personal, aber auch die wertvolle Testumgebung zu schützen. Die Technologie, die für Signalübertragung und -trennung verwendet wird, muss für hohe Spannungen ausgelegt sein. Das bedeutet, es werden Trennverstärker mit einer hohen Isolation und galvanischer Trennung von Ein- und Ausgängen benötigt. Besondere Aufmerksamkeit richten die Testingenieure dabei auf hohe Genauigkeit und Schnelligkeit der Messantwort, insbesondere bei Spannungsspitzen aufgrund abrupter Lastwechsel. Ebenso wichtig sind eine gute EMV-Festigkeit und eine zuverlässige Unterdrückung von Gleichtakteinflüssen. Für diese anspruchsvollen Aufgaben bietet Knick ein umfassendes Sortiment von Messumformern und Hochspannungs-Trennverstärkern. Diese sind geeignet, um Prüfmittel und Prüfobjekte im Umfeld hoher elektrischer Potentiale zu steuern. Umgekehrt können Signale auf hohem elektrischen Potential sicher erfasst und zur Steuerung geleitet werden.

Robuste Trennverstärker

Joachim Baumann, Director Sales Interface Technology bei Knick, erklärt dazu: „Die Messumformer und Trennverstärker von Knick haben sich bereits in vielen anderen Einsatzgebieten, wo es auf Spannungsfestigkeit, Zuverlässigkeit und Messpräzision ankommt, einen fast schon legendären Ruf erworben. Dies gilt beispielsweise für Prozesstechnik, Kraftwerkstechnik, regenerative Energien oder die Bahnindustrie. Auch im Bereich der E-Mobilität hat sich Knick bereits gut etabliert. Wir sehen aber noch deutlich mehr Potential bei der Entwicklung, der Qualifizierung nach dem Qualitätsmanagement-Standard IATF16949 sowie in automatischen Prüfzellen während der Produktion und für End-of-Line-Tests.“ So hat Knick als statistische Zuverlässigkeit für die Produktfamilie der Hochspannungs-Trennverstärker P40000 einen MTBF-Wert (Mean Time Between Failures) von 2.165 Jahre ermittelt – gemessen über einen Verkaufszeitraum von über zehn Jahren und mehr als 100.000 Geräten im Feldeinsatz dieses Produkttyps. Insbesondere die Kombination von hoher Isolation bis 4.800VAC/DC, die langzeitstabile Messgenauigkeit, die große Bandbreite von bis zu 5kHz sowie die präzisen Strom- und Spannungsmessungen sind die Pluspunkte dieser Gerätefamilie.

Echte galvanische Trennung

Die Messumformer und Signalwandler des Herstellers trennen alle Ports – Eingangs-, Ausgangs- und Versorgungskreis – galvanisch voneinander. Diese Drei-Port-Trennung schützt zuverlässig vor Messfehlern durch Erdungsprobleme und Störspannungsverschleppung. Eingangs- und auch Ausgangsstromkreis können unter Berücksichtigung der zulässigen Betriebsspannung mit jedem beliebigen Potential verbunden werden. Ist zudem der Einbauplatz im Schaltschrank begrenzt und sollen viele Batteriezellen gleichzeitig getestet werden, kommt auch der schlanke Formfaktor des anreihbaren Gehäuses mit einer Breite von ab 12,5mm und die Montage auf DIN-Hutschiene zum Tragen. Zum Einsatz kommt die Technologie für die komplette Bandbreite im Bereich automobiler Prüfstände für die E-Mobility: angefangen bei den Traktionsbatterien, dem Batteriemanagement-System, den Umrichtern, über die Leistungselektronik bis hin zu den E-Motoren.

Seiten: 1 2Auf einer Seite lesen

Knick Elektronische Messgeräte GmbH & Co. KG
http://www.knick-international.com/de/

Das könnte Sie auch Interessieren

Bild: Gorodenkoff - stock.adobe.com
Bild: Gorodenkoff - stock.adobe.com
Konkrete Vorteile durch TSN für die Industrie

Konkrete Vorteile durch TSN für die Industrie

Das Potenzial von transformativen Digitaltechnologien gemäß Industrie 4.0 ist in der Industrie unumstritten. Allerdings ist das damit verbundene große Datenaufkommen ein zweischneidiges Schwert: Einerseits bergen diese Datenmengen ein Potenzial, das in Form wertvoller Informationen zur Prozessoptimierung verwendet werden kann. Andererseits drohen diese Datenmengen, sofern sie nicht gut gehandhabt werden, zu einer Datenflut anzuwachsen, die Unternehmen überfordert und somit mehr Probleme schafft, als sie löst.

Bild: TeDo Verlag GmbH
Bild: TeDo Verlag GmbH
Maschine läuft 
auf Knopfdruck

Maschine läuft auf Knopfdruck

Maschinen mit hohem Automatisierungsgrad und möglichst großem Kundennutzen liegen in der Holzbearbeitung im Trend. „Ein Programmwechsel der Maschine sollte im Prinzip auf Knopfdruck möglich sein“, betont Denis Lorber, Leiter Forschung und Entwicklung von Holz-Her in Nürtingen. „Der Kunde will in der Regel die fertig eingestellte vorpositionierte Maschine.“ Früher ein Alleinstellungsmerkmal großer Industriemaschinen, gilt dieser Anspruch heute für alle Baureihen – bis hin zu Einstiegsmaschinen. Möglich macht das unter anderem dezentrale Antriebstechnik.

Bild: Michael Koch GmbH
Bild: Michael Koch GmbH
Mehr Zuverlässigkeit, 
mehr Sicherheit, 
mehr Effizienz

Mehr Zuverlässigkeit, mehr Sicherheit, mehr Effizienz

Mit dem System Pxt bietet das Unternehmen Koch eine vielseitige Lösung für modernes Energiemanagement, jetzt auch für die strombasierte
Lastspitzenreduktion. Dass sich parallel auch einiges an Energie in
dynamischen Anwendungen einsparen lässt – worauf die erste Generation ursprünglich ausgerichtet war – sollte in Zeiten von Energiekrise und
steigender Nachhaltigkeit auch wieder mehr ins Gewicht fallen.

Bild: Uhlmann Pac-Systeme
Bild: Uhlmann Pac-Systeme
Weniger Risiko 
und bessere Qualität

Weniger Risiko und bessere Qualität

Die Industrie muss immer flexibler und schneller auf ihre Märkte reagieren, das gilt auch für Pharmaunternehmen. Infolgedessen werden Lieferzeiten ein zunehmend
entscheidendes Thema. Uhlmann Pac-Systeme, Systemanbieter für das Verpacken von Pharmazeutika aus Laupheim, wollte deshalb kürzere Durchlaufzeiten, beschleunigte Prozesse und Mehrkörpersimulation erreichen – und setzt dabei auf Simulationssoftware von Machineering.