Messen in Hochvolt-Umgebungen

Der Einsatz von Messtechnik in HV-Umgebungen bringt eine Reihe von neuen Vorschriften und Anforderungen mit sich, die es zu beachten gilt. An erster Stelle steht die Sicherheit des Bedieners, die neue Anforderungen an die Messtechnik stellt.

• Was ändert sich bei der Verwendung von Messtechnik im HV-Umfeld?
• Kann ich herkömmliche Messtechnik für Messungen im HV-Umfeld verwenden?
• Welche Vorschriften und Normen müssen eingehalten werden?
• Welche Eigenschaften muss die verwendete Messtechnik haben?

Strommessung in der E-Mobility

Ströme müssen im HV-Bordnetz moderner Elektrofahrzeuge an vielen Stellen gemessen werden: Sei es, um Lade- und Verbrauchsvorgänge zu analysieren oder um Schutzmaßnahmen gegen Schirmströme zu überprüfen. Die genaue Untersuchung hochfrequenter Stromanteile setzt eine große Bandbreite bei der Messung voraus und insbesondere die Instrumentierung kann Anwender vor Herausforderungen stellen.

• Welche Ströme müssen an welchen Stellen im HV-Bordnetz gemessen werden?
• Welche Anforderungen werden an die Messtechnik gestellt?
• Mit welchen Methoden können Ströme gemessen werden?
• Wie können Strommessungen an Prüfständen und in der Fahrzeugerprobung durchgeführt werden?

Temperaturmessung in der E-Mobility

Temperaturen spielen für die Leistungsfähigkeit und Sicherheit von Fahrzeugen mit Elektro-, Brennstoffzellen- oder Hybrid-Antrieb eine große Bedeutung. Weichen die Temperaturen in Komponenten wie der HV-Batterie deutlich von ihrem Idealbereich ab, sind Leistungsverluste, beschleunigter Verschleiß oder sogar ein Totalausfall die Folge. Entsprechend intensiv müssen Temperaturen an vielen Stellen gemessen werden.

• Welche Bedeutung haben Temperaturen in der Elektromobilität?
• Wie kann eine HV-sichere Messkette aufgebaut werden - von der Temperaturmessstelle bis zur Datenerfassungs-Einheit?
• Welche Möglichkeiten der Temperaturmessung gibt es für die verschiedenen Anwendungen?
• Welche Vor- und Nachteile bieten die verschiedenen Möglichkeiten?
• Wie können Hunderte Temperaturen in HV-Batterien effizient und sicher gemessen werden?

Spannungsmessung in der E-Mobility

Gleich- und Wechselspannungen zeichnen sich im HV-Umfeld durch auftretende Spitzen und Einbrüche sowie Überlagerungen aus und haben einen wesentlichen Einfluss auf das Zusammenspiel aller Komponenten. Um den ordnungsgemäßen Betrieb des gesamten Systems sicherzustellen, geben Vorgaben Grenzen vor und müssen überprüft werden.

• Welche typischen Charakteristika und Wechselwirkungen zeichnen HV-Spannungen im Fahrzeug aus?
• Was gilt es beim Einsatz von Messtechnik für die Spannungsmessung zu beachten?
• Mit welchen Messgeräten können HV-Spannungen sicher erfasst werden?
• Wie erfolgen Spannungsmessungen im Fahrversuch und im Prüfstand?

Das Vector CSM E-Mobility-Messsystem

Für die umfangreiche Analyse und Überprüfung von Elektrofahrzeugen müssen physikalische Parameter aus zahlreichen Quellen (HV- und Niedervolt-Umfeld) erfasst und analysiert werden. Eine präzise Auswertung der Daten wird dabei nur durch die synchrone Erfassung der Daten möglich. Zudem sollte sich der Aufbau eines solchen Messsystems denkbar einfach und genau auf die Messaufgabe zugeschnitten gestalten.

• Wie können verschiedene physikalische Parameter (wie z. B. Beschleunigung, Dehnung, Durchfluss, Feuchte u. v. a. m.) an die Anwendung angepasst, d. h. mit schnellen oder langsamen Signalen und HV-sicher oder konventionell, gemessen werden?
• Wie lassen sich Messdaten aus weiteren Quellen, wie Fahrzeug-Bussen und Steuergeräten, einbinden?
• Wie kann die Synchronität der Messungen gewährleistet werden?
• Wie kann ein solches Messsystem für Messungen im Prüfstand oder im Fahrversuch aufgebaut werden?

Beschleunigungsmessung in der E-Mobility

Beschleunigungen müssen auch in Hochvolt-Umgebungen sicher und präzise gemessen werden. Beispielsweise werden HV-Batterien aufgrund ihrer Größe und ihres Gewichts als tragende Elemente im Fahrzeugrahmen verwendet. Entsprechend sind umfangreiche Untersuchungen der Betriebsfestigkeit an Hochvoltkomponenten, aber auch innerhalb der HV-Umgebung erforderlich.

• Wo müssen Beschleunigungen innerhalb eines Elektrofahrzeugs untersucht werden?
• Wie können Beschleunigungen HV-sicher gemessen werden?
• Welche Herausforderungen treten bei der Beschleunigungsmessung auf und wie können sie gelöst werden?

Leistungs- und Wirkungsgradmessungen

Die Komponenten von Elektrofahrzeugen werden weiterentwickelt und optimiert. Dazu ist die vielkanalige, elektrische Leistungsmessung notwendig. Sie ist Grundlage für die umfangreiche Analyse des Wirkungsgrades von Invertern, Elektromotoren, Wandlern oder Ladesystemen.

Erfahren Sie in dieser Ausgabe von CSM Xplained, wie dies einfach mit dem Vector CSM E-Mobility-Messsystem durchgeführt wird.

• Überblick über die Grundlagen der elektrischen Leistungsmessung
• Wie wird die elektrische Leistung mit dem eMobilityAnalyzer berechnet?
• Wie kann die Leistungsanalyse am Elektromotor einfach durchgeführt werden?
• Wie wird die Leistungs- und Wirkungsgradmessung am Antriebsstrang ausgeführt?
• Wie werden am Inverter, Wandler oder Ladesystem Leistungsverluste und Wirkungsgrad bestimmt?

Thermische Charakterisierung von Hochvolt-Batterien

Die Leistungsfähigkeit, Betriebssicherheit, Schnellladefähigkeit und Alterung von HV-Batterien hängt entscheidend von umfassendem und gutem Thermomanagement ab. Dafür ist es wichtig, die Temperaturprofile innerhalb der Batterie, die sich in unterschiedlichen Betriebszuständen einstellen, möglichst detailliert zu kennen. Batterie-Management–Systeme (BMS) haben die Aufgabe, die Batterie möglichst in Ihrem „Wohlfühl-Temperaturfenster“ zu betreiben. Hierfür nutzen sie Temperatur-Simulationsmodelle sowie in die Batterie integrierte Kühl- und gegebenenfalls auch Heizsysteme.

Die Entwicklung leistungsfähiger Thermomanagement-Systeme erfordert umfangreiche thermische Untersuchungen.

• Welche Bedeutung haben Temperaturen für den Betrieb und die Sicherheit von HV-Batterien?
• Was muss bei Temperaturmessungen in HV-Batterien beachtet werden?
• Welche besonderen Anforderungen stellt die Thermische Charakterisierung und Validierung von Simulationsmodellen an den Messaufbau?
• Wie können Hunderte von Temperatur-Messpunkten auch zwischen Batteriezellen präzise erfasst werden?