Produkter

ZES ZIMMER LMG641
ZES ZIMMER LMG671

ZES ZIMMER Power Analyzer Applikationer

Kategori:

Fejlfri effektmålinger for E-mobilitet

Præcis og pålidelig effektmålingsteknologi er grundstenen i de teknologiske fremskridt indenfor e-mobilitet

Introduktion
På det seneste har næsten alle industrialiserede lande vedtaget og fremskudt investeringer i e-mobilitet. Brugen af elektriske køretøjer (EV) har, af mange, været anset som en måde at nedbringe afhængigheden af olie betragteligt, betjene køretøjer mere effektivt og reducere kulstofemissioner. Man forudsiger at antallet af EV fra år 2040 vil have nået 500 mio. Den forventede vækst af EV-markedet udgør mange udfordringer for R&D- og testingeniører, som bliver tilkaldt for at løse disse. De høje krav der i dag stilles til performance og effektivitet for de elektriske køretøjer (EV), drivlinjen (powertrain) og DC- & AC-ladere i særdeleshed, stiller ekstremt høje krav til måleudstyret. Som et gammelt ordsprog siger: “Hvis du ikke kan måle det, kan du ikke kontrollere det”. Det er her hvor ZES ZIMMER virkelig har deres styrke og leverer præcise effektmålinger, som opfylder hver applikation og behov.

Powertrain effektivitet
Målingerne af et systems totale effektivitet er nødvendige for at kunne optimere. Derfor skal forholdet af det mekaniske output power til det elektriske input power måles, for at kunne få et klart billede af effektiviteten. Power analyzeren fra ZES ZIMMER er udstyret med op til 7 kanaler, som muliggør ikke blot den totale effekt, men også individuel effekt som inverter, motor og DC-DC-konverteren. I figur 1 ses et forbindelsesdiagram hvor batteriet føder en bi-direktionel boost DC-DC konverter. DC-DC-konverteren er så forbundet til inverteren, som driver elmotoren. Alle 6 målekanaler i LMG600 og et Process Signal Interface (PSI), som forbindes til udgangen af moment- og speed-sensorer, kan udnyttes simultant for perfekt synkroniserede data.


Figur 1: Evaluering af effektiviteten af en motordrivlinje

Målinger med høj nøjagtighed er en kritisk forudsætning for at evaluere effektiviteten af ​​enhver drivlinje (powertrain). Hvis målingerne af inverterens indgangs- og udgangseffekt indeholder en fejlkomponent, vil det påvirke effektivitets- og tabsværdierne voldsomt. For eksempel vil en fejl på 0,1% i inverterens inputeffekt med 99% effektivitet resultere i en fejl på 10% for tabet.

Udgangssignalet af inverteren indeholder både den momentrelevante fundamentale frekvens af motoren og inverterens switch-frekvens, de harmoniske og andre bi-produkter. For at muliggøre nøjagtige målinger på inverterens udgang, er det absolut nødvendigt at gøre brug af en analysator med høj båndbredde og en evne til parallelt at måle i to båndbredder simultant.
LMG600 serien kan opnå dette med deres DualPath teknologi. Behandlingen af det analoge signal forbliver uændret, men processeringen er revolutioneret: Hver eneste spændings- og strøm-kanal på LMG600 indeholder 2 analog/digital konvertere (ADC). Én til bredbåndede signaler uden filter og én med filter til narrow båndbredde med passende anti-aliasing filtre. Du kan endda vælge filtertypen til denne. Sampling værdierne fra begge AD-konvertere bliver parallelt processeret digital og simultant. Med denne nye DualPath tilgang kan brugeren tilgå både Narrow Band og Wide Band værdier simultant og helt uden risiko for aliasing.

ZES Dual Path

Figur 2: DualPath 

Batteritest, lade og afladning
Hybrid og elektriske køretøjer (EV) har et højspændingsbatteri-pakke som består af individuelle moduler og celler organiseret i seriel og parallel. At fastslå de basale elektriske karakteristika af et batteri under lade og afladning, er essentielt. LMG600 tillader implementeringen af en tilpasset, alsidig og kraftfuld batteritester, som leverer alt det nødvendige for detaljeret og præcise energibalancemålinger fra lade til afladning. Med det indbyggede Custom GUI (Graphic User Interface), som gør LMG600 utroligt nemt at bruge og overskue avancerede data på én gang. Man kan f.eks. have en intelligent Script Editor kørende samtidig med at vigtige målinger af batterikarakteristik, såsom spænding, strøm, energi-kapacitet (Wh) og coulometric kapacitet (Ah) og endda også den interne modstand og joule energispredning bliver opsamlet og vist på én side i skærmen.

AC & DC-lade test
Den forventede vækst i EV-markedet er nødt til at blive opfulgt/ledsaget af en tilsvarende udvikling af en passende lade-infrastruktur.  Forsyningsnettets AC-power skal altid konverteres til DC for at lade en EV. Det sker på 2 måder. AC konverteret før EV, starter EV automatisk DC-ladning af batteriet. Omvendt ved AC-ladning sker konverteringen til DC internt i EV. Samlet set tillader DC-ladning en meget hurtigere opladning sammenlignet med AC – og det er den foretrukne metode for EV, specielt ved langdistance rejser.
LMG600-seriens evne til at udføre op til 7 strømindgangsmålinger samtidigt, gør det muligt at teste og evaluere effektmålinger og effektivitet af alle forskellige konverter-topologier, som er placeret i enhver EV-oplader. En praktisk implementering er illustreret i figur 3. Det er trods alt i vores interesse, at lette design og test af EV-opladere, ved at give adgang til vigtige målinger effektivt – og vigtigst uden kompromiser.

Figur 3: Logisk tilslutning af DC-opladningssystemet

Endelig tilbyder LMG600 en bekvem måde at tilpasse skærm-setup iht. applikationens krav, for at hjælpe med at fokusere på bestemte resultater. Måleresultaterne kan gøres mere meningsfulde ved at tilføje en beskrivende titel og illustrere de numeriske resultater med en skematisk afbildning af opsætningen og andre grafiske elementer. For applikationer til EV-opladning kan alle resulterende effektiviteter mellem de forskellige ind- og udgange, vises på en nem og ligetil måde (fig. 4).

Figur 4: Fuldt tilpasset menu

Kraftfulde Interfaces
I forbindelse med testopstilling skal power analyzeren ofte dele sine målinger med andre eksisterende computer- og softwaremiljøer. Smarte grænseflader skal sikre uafbrudt dataudveksling, fjernbetjening og endda automatisering af testproceduren.
E-mobilitetsapplikationer kræver høj samplingshastighed, hvilket igen skaber en stor mængde data. Kraftfuldt Gigabit Ethernet LAN-interface, kan bruges til at undgå flaskehalse til udveksling af data. Det er vigtigt at bemærke her, at moderne analysatorer skal tilbyde fjernbetjeningsfunktioner i en automatisk testopsætning.
I bl.a. bilindustrien er CAN Bus-systemer standard, der leverer kommunikation mellem forskellige elektroniske styreenheder (ECU) til styring af et stort antal funktioner.

Figur 5: CAN-bus tovejs datatransmission

Hvad angår effektmåling, hvordan kan disse måleenheder integreres i køretøjernes CAN-netværk? LMG600-serien er udstyret med et CAN-businterface, som muliggør datakommunikation iht. ISO 11898-2 High-speed CAN-Bus. CAN-busgrænsefladen understøtter tovejs datatransmission og triggerkonfiguration på 256 slots i alt. Det er ofte nødvendigt at foretage yderligere målinger ud over elektriske parametre for at kunne give en meningsfuld samlet erklæring om ydeevnen og effektiviteten af ​​den enhed, der testes. Derfor er det vigtigt at være i stand til perfekt at synkronisere disse målte værdier med RMS-værdierne for at etablere pålidelig timing mellem elektriske og mekaniske events. En typisk anvendelse er analysen af ​​elektriske drivsystemer, hvor drejningsmoment og hastighed skal måles og afstemmes med de elektriske parametre. Desuden kan det også være nødvendigt for power analyzeren at afgive resultater som analoge signaler til yderligere behandling eller at trigge switch-operationer afhængigt af målte variabler eller afledte værdier.

LMG600-serien blev konstrueret med de ovennævnte krav i tankerne og tilbyder en lang række forskellige input / output-funktioner til analoge og digitale signaler via optionen PSI, Process Signal Interface.

Figur 6: Process Signal Interface (PSI)

LMG Back

 

Oversat til dansk af Jan Hansen.
Originalartikel: ”Flawless Power Measurements for E-Mobility”, skrevet og publiceret af ZES ZIMMER Electronic Systems GmbH d. 23.11.2020
Artiklen kan tilsendes på engelsk.

Kontakt os på tlf. 75522020 eller info@blichfeld.dk for mere info.

ZES ZIMMER LMG600 Serie til verifikation af ladestandere

Det stadigt udvidende af DC forsyningsnet, integrationen af DC mikroforsyningsnet og udbygningen af DC ladestationer til elektriske køretøjer, hvor den overførte DC energi skal måles nøjagtigt for faktureringsøjemed – alt dette giver en stor efterspørgsel for DC metre. Så snart metrets udlæsning skal bruges for fakturering har forbrugeren en stor egeninteresse i DC metrets præcision og pålidelighed. Det bliver et spørgsmål om tillid for at sikre korrekt verificering, kalibrering og certificering af det benyttede DC meter ( f.eks. ”Eichrecht conformity” resp. E-VDE-AR-E 2418-3-100).

Figur 1 viser forbindelsen af en DC ladestation til forsyningsnettet og el-bilen med energiflowet under ladningsprocessen.

Figur 2 viser et DC mikroforsyningsnet og brugen af DC metre for forsyningsudbydere og forbrugere. Med et nøjagtigt effektmålingsinstrument som ZES ZIMMER LMG600 serie af power analyzere, kan producenterne af DC metre bruge den til Pre-Compliance test. Analysatoren kan fungere som sporbar standard til certificering af metre. Det er dit reference-instrument du kan stole på og bruge det til at verificere funktionen af DC metre – også ved tvivlstilfælde.

LMG600 giver dig højpræcise DC Power- og Energimålinger. Den kan opsamle pulssignalet på udgangen af et DC meter og kalkulere energi over et frit definerbart antal pulsintervaller via den indbyggede script editor. Sammenligning mellem de evaluerede pulser og den direkte målte værdi kan visualiseres på en meningsfuld måde, ved at bruge Custom Menu funktionen. De unikke timing features i LMG600 sikrer at pulse- og målecyklusser er perfekt synkroniserede.

For at sikre at sammenligningen er valid, skal tidsintervaller omfattet af energimålingerne og power analyzeren være identiske.

Her kæmper andre analysatorer med at holde trit og som følge deraf skal testingeniøren indføre upålidelige antagelser mht. energistrømmens adfærd over tid. Præcise målinger er erstattet af antagelser og gætteri, som er med til at true integriteten af verifikationen af DC metret.

Den energi der skal måles bliver genereret af en præcisions strømforsyning og sendes både ind i energimetret og reference-instrumentet, som her er en LMG600, i et parallel-setup.

Energimetrets pulse-udgang er forbundet til indgangen ”Ext. Cycle” på LMG600, som derved kan synkronisere dets målecyklus for spænding, strøm, effekt, energi osv. til metrets pulser. Når LMG600 indgang ”Ext. Cycle Input” bliver samplet med 5 MHz, derved sikres at pulserne bliver opfanget præcist og pålideligt. Figur 3 viser et basis målesetup med en LMG641.

Når pulsintervallerne er synkroniseret med Power Analyzerens målecyklus, kan længden af dem blive registreret. I kombination med brugen af meget stabile og præcise DC Source, tillader det en nem verifikation af nøjagtigheden af intervallerne og dermed den målte energi.

LMG600 serien tilbyder muligheden for at lave dine egne grafiske brugerflader (GUI), til f.eks. at efterligner en bestemt applikation. Denne ”CustomGUI” kan fodres med værdier fra den indbyggede Script Editor (fås gratis på forespørgsel), som gør det muligt at beregne værdier som er afledt af målinger på diverse input og som typisk ligger udenfor rækkevidden af konventionelle effektmålere. Ved at kombinere disse kan alle relevante parametre ifb. med applikationen, og kun disse, blive vist, som f.eks.:

Energi målt af LMG600
Energi målt af DC metret baseret på pulserne
Længden af hver pulsinterval
Den absolutte og relative fejlmargin mellem LMG600 og DC metermålingerne
I de fleste DC meter verifikation og certificeringstests bliver energien målt over et antal pulser – f.eks. en dosismåling. Brugeren kan vælge at sætte et ønsket antal pulser i ”CustomGUI”.

Eksempel på opsætning:
DC meter med 1200 pulser pr. kWh output.
100 V / 100 A anvendt
Test over 5 pulsintervaller
300 ms pulsinterval

På ”CustomGUI” kan man lave en ”Start” knap til at starte logningen af pulser fra DC metret og starte energimålingen, som automatisk vil afslutte efter de præ-konfigurerede 5 pulsintervaller. LMG600 viser, samtidig med at den logger parallelt med, udlæsningerne og script-variablerne for hvert interval.
Figur 4 viser processen med de målte pulser

Når det forudindstillede antal pulser er nået, beregner scriptet afvigelsen mellem energien målt af LMG600 og DC metret og viser det i ”CustomGUI”. Denne procedure kan udføres et utal af gange for at verificere repetérbarheden. Alle data kan derefter eksporteres i CSV, Otave og/eller MatLab format.

Figur 5 og figur 6 viser Custom-menuen og det underliggende script. Figur 7 viser data som bliver logget parallelt med.

ZES ZIMMER LMG600 Serie Power Analyzere tilbyder en „alt-i-én” løsning til verifikation/kalibrering af DC energimetre. DUT forbindes direkte til reference-instrumentet og alt udføres i én eneste måling. Dermed er der ikke behov for at samle data efterfølgende fra forskellige kilder = ingen risiko for uoverensstemmelser, ingen huller i datastrømmen, ingen manuel afstemning af filer, ingen ekstra fejlkilder fra eksternt udstyr.
Resultatet vises med det samme på en meningsfyldt og kortfattet måde og resultaterne kan endvidere eksporteres i forskellige formater, såsom CSV, MATLAB eller TDMS.

Måleproceduren ovenfor bruger den indbyggede ”Custom Menu / Script Editor” og kører lokalt på LMG600. For at replikere de samme funktionaliteter i en fjernstyret testopstilling, kan vi stille et egnet Python Script til rådighed for at interagere med LMG600 via Gigabit-Ethernet interfacet. Det kommer med en veldokumenteret og ”klar til brug” Python Class med funktioner for at åbne og lukke interfacet, skrive, læse og meget mere.

Kontakt os : tlf. 75522020 eller info@blichfeld.dk

ZES ZIMMER Power Analysator til DC Power Supply

ZES ZIMMER Power Analyser til monitorering af batterilader

Relaterede varer

Produkter