Charakterisierung von Hochvolt-Batterien

Für die Charakterisierung von Hochvolt-Batterien sind präzise Temperaturmessungen bis auf Zellebene mit einer großen Zahl von Sensoren nötig. Nur damit können genaue Aussagen zum thermischen Verhalten getroffen werden, auf deren Grundlage das Batterie-System weiter optimiert wird. Mit dem HV DTemp Messsystem können Temperaturmessungen mit bis zu 512 Sensoren an einem Sensorkabel bis auf Zellebene durchgeführt werden.

Messtechnische Untersuchung des Thermal Runaways in Fahrzeugbatterien

Thermal Runaways in den HV-Batterien von Elektro- und Hybridfahrzeugen können zu schwer löschbaren Bränden führen und die Sicherheit der Insassen gefährden. Für die sichere Auslegung von HV-Batterien durch geeignete Schutzmechanismen sind umfangreiche Prüfungen nötig. In diesem Anwendungsbeispiel erfahren Sie, wie die nötigen Temperaturmessungen an vielen Stellen in der Batterie durchgeführt werden können.

Temperaturmessung in Hochvolt-Batterien

Hochvolt-Batterien nehmen eine zentrale Stellung bei der Entwicklung von Elektrofahrzeugen ein. Das Temperaturmanagement ist für ihre optimale Funktion mit ausschlaggebend, weshalb Temperaturmessungen während der Entwicklung und der Vorserienproduktion unter verschiedenen Bedingungen durchgeführt werden. Im Folgenden wird gezeigt, wie eine solche Temperaturmessung in der Hochvolt-Batterie realisiert werden kann.

Temperaturmessungen bei „Thermal Propagation“

Genauer hingeschaut: Extremfall Batteriebrand

Voll- oder teilelektrische Autos sind eine vielversprechende Alternative für nachhaltige Mobilität – eine entscheidende Rolle spielt dabei allerdings der sichere Betrieb der Hochvoltbatterien. Tests zur Thermal Propagation, also der unkontrollierten Kettenreaktion einer Überhitzung, die von einer Zelle zur nächsten springt und schließlich zum Brand der Batterie führen kann, sind nach Vorgabe internationaler Normen der Standard. Gemeinsam mit Messtechnik von CSM bietet Green Testing Lab aus Österreich deshalb Temperaturuntersuchungen an Batterien während eines solchem Extremfalls an, um frühzeitig Optimierungsmaßnahmen zu entwickeln und potenzielle Risiken zu minimieren.

Thermische Untersuchung von HV-Batterien

Thermal Runaways verstehen und rechtzeitig verhindern

Die Mobilitätswende wird im Wesentlichen vom batteriebetriebenen, elektrischen Antriebsstrang bestimmt – die Optimierung der HV-Batterie ist daher eine wichtige Stellschraube. Eine Größe beim Testing steht daher im Fokus: Die Temperatur. Sie ist relevant für den einwandfreien und effizienten Betrieb des Fahrzeugs. Wertvolle Erkenntnisse für die Sicherheit und richtige Auslegung des Systems können demnach aus der Beobachtung des thermischen Verhaltens abgeleitet werden. Ein guter Grund also, um detaillierte und engmaschige Messungen der Temperaturen im Inneren einer Antriebsbatterie vorzunehmen.

Ladevorgänge testen – Akzeptanz von Elektrofahrzeugen steigern

Weltweit E-Fahrzeuge laden zu können, ist ein wichtiges Ziel bei der Entwicklung und der Verbesserung von Komponenten, die an den Ladevorgängen beteiligt sind. Nationale Unterschiede der Stromnetze sowie individuelle Eigenschaften der Ladegeräte stellen dabei die größten Herausforderungen dar. Bei der Prototypen-Entwicklung eines neuen E-PKWs mit modifiziertem On-Board-Charger (OBC) mussten international Ladevorgänge und deren Rückwirkungen auf die Stromnetze messtechnisch genau untersucht werden. Dafür kam insbesondere das HV Breakout-Modul (HV BM) 3.1 OBC von CSM zum Einsatz.

Brennstoffzellen-Antrieb Funktionsprüfung

Fahrzeuge mit Brennstoffzellen-Antrieb sind eine Ergänzung zu rein Batterieelektrisch-angetriebenen Fahrzeugen in der Elektromobilität. Mit Hilfe eines elektrochemischen Reaktors wird elektrische Energie gewonnen, die für den Antrieb und weitere Fahrzeugsysteme zur Verfügung steht. Auf Prüfständen wird das Zusammenspiel des Brennstoffzellen-Stacks mit seiner Medienversorgung und den weiteren Komponenten im Antriebsstrang überprüft. In diesem Beispiel erfahren Sie, wie die nötigen Messungen einfach und synchron durchgeführt werden.

Interoperabilitätstests von On-Board-Chargern mit AC-Ladesäulen

Beim alltäglichen Laden der Fahrzeugbatterien von E-PKWs sind AC-Ladesäulen ein Standard. Damit Elektrofahrzeuge auch für Endverbraucher attraktiv bleiben, muss das AC-Laden unkompliziert weltweit funktionieren. Ein On-Board-Charger (OBC), für die Umwandlung des ladenden Wechselstroms in Gleichstrom, ist daher als Fahrzeug-Komponente unverzichtbar. Fahrzeughersteller validieren deshalb neu entwickelte OBC vor der Serienproduktion mit Interoperabiltätstests. Daneben sind aber auch die Ladesäulen eine Fehlerquelle, die überprüft werden muss, da sie in der Gesamtbetrachtung eine wesentliche Rolle für die Qualität des Ladevorgangs spielen. Mit dem HV Breakout-Modul (HV BM) 3.1 OBC von CSM können diese Ladevorgänge mit Blick auf geltende Normen und landesspezifische Eigenheiten untersucht werden.

Verifikation der Hochvolt-Bordnetz-Qualität

Das Hochvolt-Bordnetz in Elektro- und Hybridfahrzeugen wird in allen Entwicklungsstadien validiert und zur Serienfreigabe umfangreich getestet. Für diese Validierungs- und Abnahme-Messungen nach dem Standard ISO 21498-1 und -2 eignen sich vor allem HV Breakout-Module, weil sie direkt in den HV-Leitungen des Bordnetzes eingesetzt werden können.

Echtzeit-Wirkungsgradmessung am elektrischen Antriebsstrang

Elektrische Antriebsstränge müssen während vieler Entwicklungsschritte überprüft und getestet werden. Der Gesamtwirkungsgrad stellt hierbei eine wichtige Größe für die weitere Optimierung dar. Erfahren Sie in diesem Anwendungsbeispiel, wie der Gesamtwirkungsgrad an vollintegrierten elektrischen Antriebssträngen in Echtzeit gemessen wird.

WLTP Leistungsmessung an Elektro- und Hybridfahrzeugen

In der Europäischen Union müssen Verbrauchswerte von neuen Personenkraftwagen und leichten Nutzfahrzeugen für die Typzulassung gemäß dem WLTP (Worldwide Harmonized Light-Duty Vehicles Test Procedure) gemessen werden. Dies trifft auch auf Elektrofahrzeuge (reine Elektrofahrzeuge mit batterieelektrischem Antrieb und Hybridfahrzeuge) zu, für die zusätzlich die elektrische Reichweite ermittelt wird. In diesem Beispiel wird gezeigt, wie die verbrauchte elektrische Energie gemäß dem WLTP gemessen werden kann.

Hochvolt-sichere Beschleunigungsmessung in HV-Batterien

Die HV-Batterie fallen lassen für mehr Sicherheit

In der Entwicklung batteriebetriebener Elektrofahrzeuge müssen Tests an Hochvolt-Komponenten gemäß gültiger Standards und Normen durchgeführt werden. Um ein E-Fahrzeug für verschiedene nationale Märkte zu verifizieren, müssen Beschleunigungen innerhalb und außerhalb der Antriebsbatterie während Falltests gemessen werden. Besteht die HV-Batterie den Test nach den Anforderungen nicht – zum Beispiel, weil sie durch den Aufprall zu stark zerstört wird – muss noch weiter optimiert werden. Green Testing Lab, Dienstleister im Bereich Batterie-Testing, führt dafür mit Messtechnik von CSM kombinierte, synchrone Messungen in speziellen Testumgebungen durch.

Brennstoffzellenantrieb umfassend messtechnisch untersuchen

Wasserstoff im Tank: Viele Messgrößen in einem System auswerten

Wenn von wasserstoffbetriebenen Fahrzeugen gesprochen wird, ist meistens ein Brennstoffzellenantrieb gemeint. Dieser erzeugt direkt im Fahrzeug aus dem getankten Wasserstoff den nötigen Strom, um den Elektromotor anzutreiben. Obwohl die chemische Reaktion mit wenigen Stoffen abläuft, müssen für ein ideales Ergebnis bestimmte Bedingungen gegeben sein. Diese betreffen unter anderem die Temperatur, aber auch die Qualität der zugeführten Reaktionsbestandteile. Damit ein maximal effizienter und sicherer Betrieb des Brennstoffzellenantriebs möglich ist, müssen umfassende Messungen – teils Hochvolt-sicher – durchgeführt werden.

Hochvolt-sichere Dehnungsmessung in HV-Batterien

Die Gehäuse von HV-Batterien dienen nicht nur dem Schutz von Batteriezellen und Elektronik in ihrem Inneren, sondern sind auch struktureller Teil des Fahrzeugrahmens. Mechanische Belastungen müssen für ein optimales Gehäusedesign gemessen werden - innerhalb und an der Außenseite des Gehäuses. In diesem Beispiel wird gezeigt, wie die nötigen Messungen mit Dehnungsmessstreifen (DMS) und DMS-Messmodulen einfach und sicher durchgeführt werden.

Funktionale Absicherung nach Motorintegration

Eine funktionale Absicherung wird häufig nötig, wenn umfangreiche Änderungen an Fahrzeugsystemen vorgenommen werden. Dabei werden alle wichtigen Fahrzeugparameter unter unterschiedlichsten Betriebsbedingungen getestet. Das folgende Beispiel zeigt, wie solche Prüfungen an Gabelstaplern durchgeführt werden.

Messtechnik in der Formula E

Der Motorsport stellt härteste Anforderungen an Mensch und Maschine; und ebenso an die Messtechnik, die für die Entwicklung unabdingbar ist. ABT Sportsline hat gemeinsam mit Audi und Schaeffler die Messtechnik von CSM in der Formula E eingesetzt, um während der Entwicklung und Erprobung der Rennwagen präzise Daten zu erhalten. Erfahren Sie im folgenden Anwendungsbericht, an welchen Stellen CSM Messtechnik zum Einsatz kam.

Messtechnik für die Analyse elektrifizierter Motoren

Um Effizienz und Fahrkomfort weiter zu optimieren setzen Automobilhersteller in Mildhybridfahrzeugen auf integrierte Startergeneratoren (ISG). Für die optimale Applikation dieser Technologie sind schnelle Strom- und Spannungsmessungen entscheidend. CSM bietet die geeignete Messtechnik, um Messungen mit hoher Datenrate und auch im mobilen Versuch durchführen zu können.

Messtechnik für die Analyse hochdynamischer Ströme

Um Kraftstoffverbräuche weiter zu minimieren, muss auch die Kraftstoffversorgung bedarfsgerecht geregelt werden. Die Aufzeichnung von Stromverläufen am Steuergerät der Kraftstoffpumpe über einen längeren Zeitraum soll verifizieren, ob dessen Sicherung richtig dimensioniert ist. Im folgenden Anwendungsbericht erfahren Sie, wie eine solche Messung einfach durchgeführt wird und dabei Vorteile von CAN- und EtherCAT-basierten Messmodulen kombiniert werden können.

Schnelle Erfassung von Spannungs- und Stromverläufen an E-Maschinen

Bei der Entwicklung des elektrischen Antriebsstranges bei Elektrofahrzeugen müssen während der Entwicklung Spannungs- und Stromverläufe an den AC-Phasen der Elektromotoren erfasst und analysiert werden. Dafür eignen sich besonders die HV Breakout-Module, da sie benötigte Werte äußerst schnell, synchron und präzise messen.

Leistungsmessung an einem E-Scooter

Die Reichweite elektrischer Fahrzeuge entscheidet über ihre Alltagstauglichkeit und Akzeptanz bei den Nutzern. Für eine Reichweitensteigerung müssen die elektrischen Antriebsstränge und ihre Komponenten stetig optimiert werden. Im folgenden Beispiel wird gezeigt, wie eine effiziente Leistungsmessung im Niederspannungs-Netz erfolgt. Analog könnte ein solche Messung auch im HV-Netz erfolgen.

Wie beeinflusst Komfort im Fahrzeug die Reichweite?

Hohe Reichweiten bei Elektro-PKWs bieten zu können, ist eine der größten Herausforderungen für Fahrzeughersteller. Ausschlaggebend ist dafür der Gesamtenergieverbrauch des Fahrzeugs. Häufig wird hierbei nur der Verbrauch des elektrischen Antriebsstrangs betrachtet, aber: Wie viel trägt dabei das Niedervoltbordnetz, zu dem unter anderem Fahrassistenzsysteme und das Infotainment gehören, zur Entladung der Antriebsbatterie bei? Für Konkurrenzanalysen wurden die Ströme dieser Komponenten daher genauer untersucht: Beim Benchmarking eines E-SUV kamen hierfür rund 100 CSMshunts verschiedener Varianten zum Einsatz.

Experimentelle Spannungsanalyse an Bauteilen

Wie misst man, wie viel Belastung ein Kranausleger aushält?

Zur Ermittlung der Sicherheit und ausreichenden Auslegung von Bauteilen, werden unterschiedliche Untersuchungen durchgeführt. Dabei werden einige Testbauteile auch bis zur Zerstörung belastet. Wichtig ist dieses Vorgehen insbesondere bei Komponenten, bei denen von einer starken mechanischen Beanspruchung auszugehen ist, so unter anderem bei Nutz- und Baumaschinen. Dabei kommen häufig Dehnungsmessstreifen zum Einsatz, mit denen die einwirkenden Kräfte erfasst werden können. Die anschließende Analyse der dabei gemessenen Daten ermöglicht eine Überprüfung der Konstruktion.

Aufeinander abgestimmtes System erleichtert Untersuchungen mechanischer Belastungen

Die Optimierung von Hybrid- und Elektrofahrzeugen erstreckt sich nicht nur auf den elektrischen Antriebstrang, sondern bezieht alle Bauteile des Fahrzeuges mit ein. Es gilt Gewicht einzusparen, um die maximale Performance und Energieeffizienz zu erreichen. Gleichzeitig muss das Fahrzeug dauerhaft stabil und für die geplante Lebensdauer sicher ausgelegt sein. Aus diesem Grund werden auch Fahrwerkskomponenten hinsichtlich der mechanischen Belastung getestet und stetig verbessert. Für Messungen der Betriebsfestigkeit an Teilen der Radaufhängung kommen Messmodule von CSM und Telemetrie-Messtechnik von AXON zum Einsatz.

Messungen der mechanischen Belastung eines solarbetriebenen PKW-Testfahrzeugs

Neben dem Wandel von Antrieben mit Verbrennungsmotor hin zur Elektromobilität stellt sich die Frage, woher der Strom kommt, der zukünftig E-Motoren in Fahrzeugen antreiben soll. Eine Idee: In das Fahrzeug integrierte Solarpanele zum Laden der Batterie. Hierfür wurde im Rahmen des Sion-Programms von Sono Motors eine Flotte an solarbetriebenen Testfahrzeugen entwickelt. Eines davon hat CSM bei der Integration der benötigten Messtechnik für die Erfassung der mechanischen Belastung und der elektrischen Leistung des Antriebsstrangs begleitet.

Radkraftmessung zur Betriebsfestigkeitsanalyse

Bei Daimler Truck in Wörth werden neue LKWs zur Serienreife entwickelt. Im Fahrversuch werden hier unter anderem die am drehenden Rad wirkenden Kräfte und Momente mit dem Kistler KiRoad Performance System genau erfasst. Gleichzeitig werden mit CSM Messtechnik Sensordaten aus bis zu 200 Analogkanälen erfasst, um Aussagen über die mechanischen Belastungen in den Bauteilen treffen zu können. Mit dem eigens für dieses Projekt entwickelten KiRoad Performance Gateway lassen sich die Messdaten aus den verschiedenen Systemen synchron erfassen und auswerten.

Grüne Logistik in Innenstädten mit smarter (Mess-) Technik verwirklicht

Nachhaltigkeit und Elektrifizierung auf der Straße betreffen nicht nur den Personenverkehr, sondern auch die Bereiche Transport und Logistik. Wie Nutzfahrzeuge, besonders auf Abschnitten der Zulieferung in Ballungsgebieten, durch E-Fahrzeuge ersetzt werden können, stellt Hersteller vor diverse Herausforderungen. Während Reichweite und Lademöglichkeiten in den Hintergrund rücken, sind Eigenheiten des Innenstadtverkehrs ein zentrales Thema. Die BPW Bergische Achsen KG aus Wiehl in Nordrhein-Westfalen stellte sich der Aufgabe und entwickelte einen E-LKW mit koaxialem Antrieb – unterstützt durch Datenlogger von CSM.

UniCAN 3 Datenlogger

Flexible Datenaufzeichnung gesucht: Brennstoffzellen-LKWs im Belastungstest

Bei der Entwicklung von wasserstoffbetriebenen LKWs, deren Elektromotoren mittels Strom aus Brennstoffzellen angetrieben werden, waren zunächst zahlreiche Tests an Prüfständen notwendig. Anschließend wurden in Vorserien-Flottentests unterschiedliche Fahrversuche durchgeführt. Um die Ergebnisse zuverlässig während beider Testsituationen aufzuzeichnen, wurde ein Datenlogger von CSM verbaut: Der UniCAN 3 konnte dabei besonders durch seine Konfigurierbarkeit per Remote-Zugriff überzeugen.

UniCAN 3 Datenlogger

Flottentests unter Realbedingungen: Wenn extremes Wetter die Fahrzeugentwicklung verbessert

Starke Sonneneinstrahlung und hohe Temperaturen bedeuten Stress für Fahrzeuge und Komponenten und sind dennoch Alltag in vielen Regionen der Welt. Um die einwandfreie Funktion unter verschiedenen Gegebenheiten zu testen, werden daher in fortgeschrittenen Entwicklungsphasen PKWs in Langzeittests weltweit von Endkunden gefahren. Bei einem Flottentest mit Elektrofahrzeugen in Asien kam es zu sehr hohen Umgebungstemperaturen von mehr als +50°C. Für die Analyse mussten die Messergebnisse trotz der hohen Belastung für die verwendete Messtechnik verlässlich aufgezeichnet werden. Mit dem eingesetzten UniCAN 3 Datenlogger von CSM konnte der Test ohne Funktionsverlust oder Unterbrechungen durchgeführt werden.

UniCAN 3 Datenlogger

Immer im Blick: Loggerinformationen und Messdaten in Echtzeit

Unter anderem bei Flottentests werden mehrere Fahrzeuge gleichzeitig ins Feld geschickt und dabei häufig mit Datenloggern ausgestattet. Diese zeichnen die Daten aus den Versuchen auf, damit die zugrundeliegenden Messungen anschließend analysiert werden können. Zumeist können Statusinformationen der Datenlogger oder Fahrzeugdaten nur rückwirkend beziehungsweise verzögert abgerufen oder ausgewertet werden. Eine Korrektur von Fehlern ist dann teilweise mit hohem zeitlichem und finanziellem Aufwand verbunden. Doch wie können schon währenddessen in Echtzeit Informationen erhalten und damit Probleme rechtzeitig erkannt werden? Mit der MQTT-Funktion der UniCAN 3 Datenlogger von CSM ist das auch remote möglich.

Hochvolt-Messtechnik und NVH im mobilen Einsatz

Elektrische Antriebsstränge bringen neben den Veränderungen bei Strom-, Spannungs- und Leistungsmessungen auch neue Herausforderungen für die Akustik mit sich: Das HV-Bordnetz und seine Komponenten, neue Werkstoffe und der Wegfall von maskierenden Geräuschquellen bedingen eine ganzheitliche Betrachtung von Akustik und Performanceparametern. In diesem Anwendungsbeispiel wird gezeigt, wie mit einem einheitlichen Messsystem die notwendigen Messwerte erfasst und analysiert werden.