Anwendungsfälle 
Hochvolt-sichere Beschleunigungsmessung in HV-Batterien
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.
Die Verwendung von hochspannungsführenden Bauteilen in Elektrofahrzeugen bringt nicht nur technisch neue Herausforderungen mit sich, sondern verlangt von Komponenten die Erfüllung neuer Sicherheitsnormen. Diese sollen vor allem die Gefährdung von Personen sowie möglichen Sachschaden verhindern – und das in jeder Situation über den gesamten Lebenszyklus des Fahrzeugs hinweg. Dazu gehören auch national unterschiedliche Falltests für die Hochvolt-Batterie von E-Autos. Für den Verkauf der Fahrzeuge in den jeweiligen Ländern müssen diese „Drop-Tests“ erfolgreich bestanden werden.
Das Unternehmen Green Testing Lab hat sich auf eine Reihe von normen-relevanten Tests an Hochvolt-Batterien spezialisiert. Gegründet 2020, werden am Standort in Greinbach (Österreich) in speziellen Testkammern verschiedene Untersuchungen durchgeführt. Hier wird analysiert, wie sich extreme Bedingungen auf die Sicherheit von Hochvolt-Batterien auswirken. Mit Messtechnik von CSM wird bei Green Testing Lab unter anderem der Test für den Verkauf von Fahrzeugen in Südkorea durchgeführt: Beim „Korea Motor Vehicle Safety Standard“ (KMVSS) muss ein Batterie-Pack mit einem Ladezustand von 80 % aus einer Höhe von 4,90 Metern auf einen Betonboden treffen. Aus den einwirkenden Kräften, die bei dem Test auf die Batterie wirken, kann abgeleitet werden, wie sich die Komponente zum Beispiel bei einem Unfall verhält.
Messaufgabe
Synchrone Messung von Beschleunigungen innerhalb und außerhalb einer Hochvolt-Batterie während eines Falltests.
Für eine erfolgreiche Durchführung des Falltests müssen Beschleunigung an verschiedenen Punkten innerhalb und außerhalb der HV-Batterie gemessen werden. Daraus ergibt sich, dass verschiedene Messtechnik zusammengeführt werden muss: Innerhalb des Packs werden die Daten Hochvolt-sicher erfasst und synchron mit Messdaten aus weiteren Beschleunigungssensoren zusammengeführt, die außen am Pack-Gehäuse angebracht sind. Indem zusätzlich die Kommunikation des Batteriesteuergeräts aufgezeichnet wird, kann überprüft werden, ob die Sicherheitsmechanismen der Batterie wie geplant funktionieren.
Alle Messmodule werden auf der Hälfte der Fallhöhe platziert, um durch die optimale Länge der Sensorkabel Störeinflüsse zu minimieren. Für die Beschleunigungsmessung innerhalb des Packs wird ein HV-sicheres HV-IEPE-Sensorkabel über Kabelverschraubungen in das Hochvolt-Batterie-Pack eingeführt und daran drei handelsübliche uniaxiale Beschleunigungsaufnehmer angeschlossen. Die Daten dieser Beschleunigungsaufnehmer werden mit dem Hochvolt-Messmodul HV IEPE3 FL100 mit bis zu 100 kHz Datenrate je Messkanal erfasst. Die Daten von weiteren Beschleunigungsaufnehmern, die außen am Gehäuse des Batterie-Packs angebracht sind, werden mit dem AD4 ECAT IE100 gemessen. Auch dieses Modul erlaubt eine Messdatenrate von bis zu 100 kHz pro Kanal. Ein XCP-Gateway sorgt für die Synchronisierung der angeschlossenen Messmodule durch das im Ethernet-Standard integrierte Distributed Clocks Verfahren. Zudem ist es die Schnittstelle zur Datenerfassungssoftware, indem es die Signale auf XCP-on-Ethernet umsetzt. Daneben werden mit einem Vector Interface die Daten aus dem Batteriesteuergerät via CAN erfasst, um zu überprüfen, welche Auswirkungen die Kräfte aus dem Fall auf die Kommunikation zwischen Batterie und Fahrzeug haben. Diese Daten werden synchron mit den physikalischen Messwerten erfasst und ausgewertet.
„Die Integration der Messtechnik von CSM mit anderen Produkten, besonders mit der Software von Vector, funktioniert ausgezeichnet. Dadurch gehen die Messung und Auswertung von Messdaten reibungslos ineinander über.“
Max Hofer, Geschäftsführer Green Testing Lab GmbH
Zusätzlich sind rund um den Messaufbau mehrere Hochgeschwindigkeits- und Infrarotkameras aufgestellt, um auftretende Beschädigungen oder Änderungen der Temperatur an der Batterie sichtbar zu machen.
Mit der Lösung bestehend aus CSM Messmodulen und Vector Soft- und Hardware kann der Batterietest präzise nach Vorgabe des KMVSS durchgeführt werden, denn durch die Hochvolt-sichere Messtechnik lassen sich ebenso die Verhältnisse innerhalb des Batterie-Packs messen. Außerdem erlaubt das CSM Sicherheitskonzept die einfache Verwendung von bekannten Standardsensoren auch im HV-Umfeld und sorgt damit für einen einfach zu realisierenden Messaufbau.
Das HV IEPE3 FL100 wurde speziell für Messungen mit IEPE-Sensoren, z. B. Triaxial-Beschleunigungssensoren, im Hochvolt-Umfeld konzipiert.
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.
vMeasure von Vector Informatik ist die einfach zu bedienende Datenerfassungs-Software für CAN- und EtherCAT®-basierte Messmodule von CSM. vMeasure bietet den vollen Umfang an Funktionen, die Sie von einer modernen DAQ-Software erwarten.
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.
