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Anwendungsfälle
zuverlässig Flotten-Daten aufzeichnen

Leistungsanalysen an Antriebssträngen mit mehreren Elektromotoren

Elektrofahrzeuge verfügen über zwei, drei oder auch vier Elektromoten in ihrem Antriebsstrang. Das Zusammenspiel der Inverter und Elektromotoren wird in der frühen Entwicklungsphase getestet, um die Motorsteuerung genau abzustimmen. Dafür werden umfangreiche Leistungsanalysen auf dem Prüfstand und im Versuchsfahrzeug durchgeführt. In diesem Beispiel wird gezeigt, wie mit einem einfach skalierbaren Messaufbau die notwendigen Leistungsanalysen in Echtzeit durchgeführt werden.

Hintergrund

Hintergrund

In Antriebssträngen mit mehreren Elektromotoren stellt die Feinabstimmung von Leistungselektroniken und Motoren eine Herausforderung für das Erreichen der optimalen Performance dar. Für die Auslegung sind umfangreiche Messungen zur Bestimmung der Kenn- und Performancewerte notwendig. Mit den Leistungsanalysen kann geprüft werden, ob das Motorenmanagement die Steuerung der Elektromotoren in den verschiedenen Fahrsituationen, z. B. beim schnellen Wechseln von Beschleunigen, Bremsen und Rekuperation, wie erwartet ausführt.

Weiterhin werden durch Energiemessungen und die Analyse von Wirkungsgradkennfeldern die Entwicklungs- und Reichweitenziele validiert.

Messaufgabe

Synchrone Erfassung von physikalischen Größen (Strom, Spannung, Drehmoment, Drehzahl, Temperaturen) und Steuergerätedaten für Leistungsanalysen in Echtzeit.

Herausforderung

Herausforderung

Das Messsystem für die Messung und Analyse der gewünschten Performanceparameter muss einfach skalierbar sein, um schnell auf die Besonderheiten des Anriebsstranges angepasst werden zu können. Dabei müssen alle physikalischen Größen und die Daten aus Steuergeräten in einem System erfasst werden, sodass mit synchronen Messwerten genaue Analysen durchgeführt werden können.

Die Analysen müssen in Echtzeit ausgeführt werden, um direkte Fehlerreaktionen erkennen zu können. Für die genaue Analyse im Nachgang sollen die Rohdaten zudem aufgezeichnet werden. So können aufgetretene Probleme später noch tiefergehender untersucht werden.

Gewünscht ist zudem eine Instrumentierung, die auf dem Prüfstand und später im Versuchsfahrzeug verwendet werden kann. So können die Ergebnisse der Prüfstandsversuche mit realen Fahrdaten direkt abgeglichen werden.

Leistungsanalyse in E-Mobility-Messsystem
Einordnung der Leistungsanalyse an Antriebssträngen mit mehreren Elektromotoren in die Systematik des Vector CSM E-Mobility-Messsystems
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.

  • Hochvolt Breakout-Module (HV BM) 1.2 messen Strom und Spannung zwischen dem Batteriesimulator und den Invertern mit einer Datenrate von 1 MHz und 100% synchron. Dafür wird die HV BM einfach zwischen die Leitungen eingesetzt und die Kabel über PG-Verschraubungen in das Innere des Moduls geführt.
  • Die Hochvolt Breakout-Module (HV BM) 3.3 erfassen Strom und Spannung zwischen den Invertern und Elektromotoren. Die Messschaltung für die Leistungsmessung ist schon direkt im Modul angelegt, wodurch spätere Umrechungen und Korrekturen entfallen. Die Abtastung erfolgt dabei mit jeweils 2 MS/s.
  • Ein CNT evo MiniModul erfasst die Messdaten von Drehzahl-Drehmomentsensoren. Aufgrund der kompakten Bauform kann das Modul nahe an der Messstelle verbaut werden und EMV-Störungen, die auf lange Sensorkabel wirken könnten, werden vermieden.
  • Die Temperaturen in Invertern und Elektromotoren werden mit HV-sicheren Temperaturmessmodulen HV TH4 evo gemessen. Anhand der gemessenen Temperaturwerte können die Betriebstemperaturen in bestimmten Belastungszuständen überwacht werden.
  • Alle Messmodule im Messaufbau werden über EtherCAT® und CAN an Hochvolt Breakout-Module (HV BM) 3.3 angeschlossen. Die HV BM 3.3 dienen als Gateway, synchronisieren die Messdaten und setzen sie auf XCPoE um.
  • Über eine Vector Netzwerk-Schnittstelle VX1000 werden synchron die internen Messgrößen der Steuergeräte miterfasst und mit Messdaten der Messmodule über das "Precision Time Protocol (PTP)" synchronisiert.
  • Die Berechnung der nötigen Leistungswerte erfolgt in der eMobilityAnalyzer Funktionsbibliothek für Vector vMeasure exp oder CANape. Die internen Messgrößen können hier direkt mit den errechneten Leistungswerten korreliert werden.
HV BM 3.3
Mit HV BM 3.3 werden die Ströme und Spannungen zwischen Invertern und Elektromotoren gemessen. Zudem fungieren die HV BM 3.3 als Gateways für alle weiteren Messmodule im Aufbau.
HV BM 1.2
Die HV BM 1.2 messen die Ströme und Spannungen zwischen HV-Batterie (oder dem Simulator) und den Invertern.
MiniModule
Mit MiniModulen werden weitere Messgrößen (Temperaturen und Drehzahl) erfasst. Durch ihr kompaktes Design können sie leicht im Versuchsfahrzeug und auf dem Prüfstand verbaut werden.
Analyse im eMobilityAnalyzer
Leistungsanalyse eines zehnminütigen Testlaufs am Prüfstand mit CANape. Die berechneten elektrischen Größen wie Wirk-, Blind- und Scheinleistung und die berechnete mechanische Leistung sind unten links numerisch aufgeführt.
Vorteile

Vorteile

Mit dem dezentralen Aufbau des E-Mobility Messsystems lassen sich Prüfstände und Versuchsfahrzeuge einfach mit Messtechnik instrumentieren. Instrumentierung und Messungen in Komponenten- und Antriebsstrangprüfständen sind denen in Versuchsfahrzeugen auf Fahrzeug- und Rollenprüfständen identisch.

Eine vielkanalige Leistungsanalyse ist bei Antriebssträngen auch mit mehreren E-Motoren, beispielsweise bei Allrad- oder Nutzfahrzeugen, einfach und zeitsparend zu installieren. Soll beispielweise ein viermotoriger Allradantrieb untersucht werden, kann die Messkonfiguration gedoppelt werden. Die Leistungsanalyse kann dann an 4 Motoren und 4 Invertern gleichzeitig erfolgen. Damit können auch komplexeste Antriebsstränge ausgemessen werden.

Die elektrische Leistungsmessung wird über HV Breakout-Module und CANape oder vMeasure ausgeführt. Leistungsanalysatoren und Messracks sind nicht notwendig. Eine komplexe, störanfällige Verkabelung zwischen Stromsensoren und Leistungsanalysatoren entfällt. Die Installationszeit des Messsystems wird erheblich verkürzt. Fehlerquellen bei der Verkabelung der Messschaltung sind ausgeschlossen.

Verwendete Produkte

Verwendete Hardware

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 Breakout-Modul 3.3

HV Breakout-Module 3.3, 3.3C

Dreiphasige Messung von Innenleiterstrom und Spannung mit direkter XCP-on-Ethernet-Ausgabe zur Leistungsanalyse in Echtzeit

Die HV Breakout-Module (BM) vom Typ 3.3 wurden speziell für die sichere und präzise dreiphasige Messung in HV-Spannung führenden Kabeln konzipiert. Die Innenleiterströme und Außenleiter-Spannungen werden direkt erfasst und 100% synchron und phasengenau über XCP-on-Ethernet ausgegeben.

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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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HV Breakout-Module 1.1, 1.2

HV Breakout-Module 1.2, 1.2C

Einphasige Messung von Innenleiterstrom und Spannung

Die HV Breakout-Module (BM) vom Typ 1.2 wurden speziell für die sichere und präzise einphasige Messung in getrennten HV+ und HV- Kabeln konzipiert. Innenleiterstrom und Spannung werden direkt erfasst und die Momentanleistung online im Modul berechnet.

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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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