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Anwendungsfälle
zuverlässig Flotten-Daten aufzeichnen

Echtzeit-Wirkungsgradmessung an Inverter und Elektromotor

Eine Herausforderung bei der Steigerung von Reichweite und Leistung von Elektrofahrzeugen ist die optimale Auslegung von Invertern. Als Verbindung zwischen Batterie und Elektromotor nehmen sie eine Sclüsselstelle im Antriebsstrang ein. In diesem Anwendungsbeispiel wird gezeigt, wie Leistungs- und Wirkungsgradberechnungen am Inverter vorgenommen werden und wie die Messkette leicht für weitere Messungen erweitert werden kann.

Hintergrund

Hintergrund

Bei der Umwandlung von Gleichstrom aus der Batterie in drei-Phasen-Wechselstrom, mit dem der Drehstrommotor versorgt und geregelt wird, geht ein Teil der Energie durch Schaltleistung und Abwärme im Inverter verloren. Diese Verluste müssen so gering wie möglich gehalten werden. Der Wirkungsgrad des Inverters ist eine geeignete Größe, um Änderungen im Design und der Software evaluieren zu können. Im Idealfall kann der Wirkungsgrad des Inverters direkt mit dem Wirkungsgrad des zugehörigen Elektromotors korreliert werden.

Messaufgabe

Synchrone Messung von elektrischer Eingangsleistung und elektrischer Ausgangsleistung zur Bestimmung des Inverterwirkungsgrades in Echtzeit.

Herausforderung

Herausforderung

Für die Bestimmung des Inverterwirkungsgrades müssen die elektrische Eingangs- und Ausgangsleistung synchron und Hochvolt-sicher erfasst werden. Die Messung mus hierbei mit einer hohen zeitlichen Auflösung und phasengenau erfolgen, um über geeignete Date für eine genaue Berechnung zu verfügen. Zeitgleich sollen Temperaturen im Inverter gemessen werden, um die Auswirkungen von thermischen Veränderungen auf die Leistungsfähigkeit bemessen zu können. Soll zudem der Wirkungsgrad des Elektromotors parallel errechnet werden, muss die mechanische Ausgangsleistung ebenfalls gemessen werden.

CSM-Messtechniklösung

CSM-Messtechniklösung

Die Lösung für diese Messaufgabe findet sich im perfekt abgestimmten Vector CSM E-Mobility-Messsystem, das präzise Messmodule und leistungsstarke Software vereint.

  • Ein Hochvolt Breakout-Modul (HV BM) 1.2 erfasst Strom und Spannung zwischen dem Batteriesimulator und dem Inverter mit einer Datenrate von 1 MHz und 100% synchron. Dafür wird die HV BM einfach zwischen die Leitungen eingesetzt.
  • Strom und Spannung zwischen dem Inverter und dem Elektromotor werden mit drei Hochvolt Breakout-Modulen (HV BM) 1.1 erfasst. Diese erlauben ebenfalls phasengenaue Messungen mit Datenraten von bis zu 1 MHz.
  • Die Temperaturen in Inverter und Elektromotor werden mit HV-sicheren Temperatur-Messmodulen HV PTMM und HV THMM gemessen. Durch das besondere CSM Sicherheitskonzept können handelsübliche PT-Sensoren und Thermoelemente verwendet werden.
  • Mit Drehzahl-Drehmomentsensoren und einem CNT evo MiniModul wird optional die mechanische Ausgangsleistung des Elektromotors gemessen.
  • Ein XCP-Gateway 4S pro erfasst die Daten der EtherCAT®-Messmodule (HV BM) und CAN-basierten Module (HV PTMM). Die EtherCAT®-Signale werden synchronisiert und die CAN-Signale gebündelt. Die Daten werden mit bis zu 1 GBit/s auf XCP-on-Ethernet umgesetzt.
  • Internen Messgrößen der Leistungselektronik werden synchron über eine Vector Netzwerk-Schnittstelle VX1000 miterfasst. Über das "Precision Time Protocol (PTP)" werden diese Messgrößen und die externen Messdaten synchronisiert.
  • In der eMobilityAnalyzer Funktionsbibliothek für Vector vMeasure exp oder CANape werden die Wirkungsgrade in Echtzeit berechnet. Die internen Messgrößen können hier direkt mit den errechneten Leistungswerten korreliert werden.
Wirkungsgradmessung in E-Mobility-Messsystem
Einordnung der Wirkungsgradmessung am Inverter in die Systematik des Vector CSM E-Mobility-Messsystems
eMobilityAnalyzer Oberfläche
Im eMobilityAnalyzer für Vector vMeasure exp und CANape werden alle notwendigen Berechnungen in Echtzeit ausgeführt.
eMobilityAnalyzer E-Motor Leistungsanalyse
Mit der Funktion E-Motor Leistungsanalyse werden alle relevanten Leistungsparamter und die Wirkungsgrade berechnet.
Vorteile

Vorteile

Mit dem Vector CSM E-Mobility-Messsystem kann die Errechnung der Wirkungsgrade von Inverter und Elektromotor in Echtzeit erfolgen. Durch die robusten und kompakten Messmodule kann die Messung sowohl auf dem Prüfstand, als auch im Fahrversuch erfolgen. Der Messaufbau wird auf wenige Bestandteile verkürzt, wodurch sich die benötigte Zeit für den Messaufbau reduziert und die Qualität der Messung erhöht wird.

Weitehrin erlaubt das Vector CSM E-Mobility-Messsystem eine einfache Einbindung zusätzlicher Messmodule für weitere Messgrößen, z. B. Temperaturen.

Download

Hier finden Sie den vollständigen Anwendungsfall zum Download als PDF.

Verwendete Produkte

Verwendete Hardware

Hochvolt Breakout-Module zu Leistungsmessung

HV Breakout-Module

Strom, Spannung und Leistung direkt messen

Die HV Breakout-Module (BM) wurden speziell für sichere Messanwendungen an HV-Spannung führenden Kabeln konzipiert. Strom und Spannung werden erfasst und die Leistung online im Modul berechnet.

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XCP-Gateway

XCP-Gateway

Die Protokollumsetzer für EtherCAT® und CAN auf XCP-on-Ethernet

Das XCP-Gateway ist die Schnittstelle zwischen Datenerfassungs-Software (bspw. vMeasure, CANape®, INCA®, Vision® ...) und den EtherCAT®-Messmodulen von CSM. Es beinhaltet einen EtherCAT®-Master und einen XCP-on-Ethernet-Slave.

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Produkt HV TH Messmodule

HV TH Messmodule

Sichere Temperaturmessung mit Typ K-Sensoren

Sichere Temperaturmessungen mit Thermoelementen an Hochvolt-Komponenten: Die HV-sicheren Thermo-Messmodule wurden speziell für das zuverlässige Erfassen von Temperaturen in Elektro- und Hybrid-Fahrzeugen entwickelt.

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HV PT Messmodule

HV PT Messmodule

Sichere Temperaturmessung mit PT100- und PT1000-Sensoren

Das HV PT MiniModul (HV PTMM) und das HV PT Prüfstands-Modul (HV PT-TBM) von CSM erlauben hochpräzise Temperaturmessungen mit PT100- und PT1000-Widerstandssensoren im HV-Umfeld.

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CNT evo MM-Serie

CNT evo CAN MM-Serie

Einfaches Erfassen digitaler Messgrößen

Das CNT evo ist ein hochpräzises Messmodul für das Messen von Frequenzen, Pulsweiten, inkrementalen Wegmessungen, Drehwinkeln, Positionsmessungen, Ereigniszählungen und Periodenmessungen.

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E-Mobility-Messsystem

Das Vector CSM E-Mobility-Messsystem

Das Messsystem für die Entwicklung der Elektromobilität

E-Mobility: Sicher messen an Hochvolt-Komponenten von Elektro- und Hybrid-Fahrzeugen Die Elektromobilität nimmt weiter Fahrt auf. Verschiedene Energiespeicher, Antriebs- und Ladesysteme weisen den Weg in die elektrische Mobilität. Die Entwicklung von Hochvolt-Batterien, Invertern und Elektromotoren stellt hohe Anforderungen an die Messtechnik, um die richtigen Ergebnisse für die weitere Optimierung zu erhalten. Gemeinsam mit Vector Informatik hat CSM ein Messsystem entwickelt, das keine Wünsche offen lässt.

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Verwendete Software

Software CSMconfig

Logo CSMconfig

Messketten schnell konfiguriert: CSMconfig (mit CSMview) ist die verlässliche Konfigurationssoftware für alle CAN- und EtherCAT®-basierten Messmodule von CSM. Die einheitliche und komfortable Oberfläche ermöglicht ein einfaches Einstellen aller Messparameter. Das beschleunigt den Messaufbau.

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vMeasure exp

vMeasure exp

Komplexe Messtechnikaufgaben sicher lösen

vMeasure exp von Vector Informatik ist die einfach zu bedienende Datenerfassungs-Software für CAN- und EtherCAT®-basierte Messmodule von CSM. vMeasure exp bietet den vollen Umfang an Funktionen, die Sie von einer modernen DAQ-Software erwarten.

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