EMV-Messungen an Batterien
Wir unterstützen Sie bei allen EMV-Aspekten rund um die Batterie – von der Batterieentwicklung über ihre EMV-Qualifikation und Abnahme bis hin zur Typgenehmigung.
In Elektrofahrzeugen versorgt die Traktionsbatterie nicht nur den E-Antriebsstrang, sondern praktisch alle elektrifizierten Systeme mit Energie. Diese zentrale Rolle macht die Batterie aber auch anfällig für elektromagnetische Störungen, ebenfalls kann sie selbst Störsignale aussenden. Angesichts ihrer Eigenschaften sind EMV-Tests an Batterien eine sehr große Herausforderung – aber nicht für Mooser.
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Wir testen Batterien in jeder Größe und freuen uns auf neue Herausforderungen!
Elektromagnetische Störungen in Antriebsbatterien
Hochvolt-Batterien sind hochkomplexe Systeme, deren elektromagnetische Verträglichkeit mehrere Facetten aufweist. Zum einen interne Störemissionen, die innerhalb der Batterien Störungen hervorrufen. Ein Beispiel dafür sind DC/DC-Wandler, die durch ihr Arbeitsprinzip der Pulsweitenmodulierung Störemissionen generieren.
Zum anderen können externe Störungen in die Traktionsbatterie einkoppeln und dort Unregelmäßigkeiten verursachen oder weitergeleitet werden. Wie etwa vom Inverter, dessen Störsignale über die Batterie und die HV/LV-Schnittstelle gegebenenfalls bis in das Niederspannungs-Bordnetz ausstrahlen. Aus diesem Grund sollte die Batterie eine hohe Störfestigkeit haben, damit keine eingekoppelten Störungen Sicherheitsabschaltungen auslösen oder Fehlerspeicher-Einträge generieren.
Die Batteriemessung – Messverfahren, Messtechnik, Infrastruktur und Prüfnormen für Batterien
OEMs wünschen sich umfassend getestete und sehr robuste Batterien. Als bevorzugter EMV-Partner halten wir bei Mooser dafür die passenden Messkabinen bereit und verfügen über das notwendige Know-how. Dabei kommt uns zugute, dass eine Hochvolt-Batterie im Wesentlichen die gleichen gesetzlichen und OEM-spezifischen Anforderungen bei der EMV erfüllen muss wie alle anderen Automotive-Komponenten – und das ist unsere Kernkompetenz.
Für eine Batterie gelten im Prinzip die gleichen Anforderungen und Messverfahren wie für beispielsweise ein Airbag-Steuergerät. Etwa die Störfestigkeitstests, die Einkopplung mit der Stromzange (definiert in der ISO 11452-…) oder Pulse auf LV-Systeme. Weitere bekannte Test- und Messnormen für Traktionsbatterien sind in der CISPR25 hinterlegt, sowie in der ISO 7637-2, beziehungsweise ISO 7637-3.
Hochvoltspannung erfordert aber auch zusätzliche Normen, die von den OEMs in Form von Lastenheften oder Spezifikationen an einen EMV-Dienstleister gestellt werden. Darin werden Tests etwa zur HV/LV-Kopplung gefordert, oder Spannungsschwankungen im Hochvoltbereich. Allerdings sind Batterien eine weitgehend konstante Spannungsquelle, weshalb die Erzeugung von Spannungsschwankungen schwierig ist. Wir verfügen deshalb über Testequipment, das gepulst oder kontinuierliche Sinusschwankungen in die Batterie einkoppeln kann, wie etwa in der ISO 7637-4 definiert.
Eine weitere Besonderheit besteht darin, dass die Traktionsbatterie die Schnittstelle zwischen dem Automobil und dem Stromnetz ist. Deshalb kommen hier sowohl die ECE-Normen der Automotive-Welt zur Anwendung, genauso wie die CE-Normen des stationären Stromnetzes. Die für Typgenehmigungen definierte ECE R10 schreibt die bekannten Automotive-Standardmessverfahren vor. Hinzu kommen Messverfahren für den Lade- und Entladevorgang. Aus dem Stromnetz wirken Anforderungen wie der Surge-, Burst- oder Blitzschutz auf die Batterie.
Messtechnik und Infrastruktur für Messungen an Traktionsbatterien
Einzigartig bei modernen Traktionsbatterien sind ihre Abmessungen und Gewichte. Wir haben schon Batterien mit einer Länge von 2,4 Metern, einer Breite von 1,5 Metern und einer Masse von fast einer Tonne getestet.
Die Infrastruktur dafür ist vorhanden: Unsere Messkabinen haben eine ausreichend hohe Traglast des Bodens, mit großen Türen, den passenden Hebevorrichtungen und stabilen Prüftischen. Hinzu kommt ein Lager, das speziell auf die Anforderungen von gelagerten Traktionsbatterien zugeschnitten ist.
Weiteres Spezialequipment für Batterietests sind DC-Netzteile zum Laden sowie elektronische oder passive Lasten zum Entladen. Diese Lasten werden vor den Tests gemeinsam mit den Kunden definiert und anschließend in Form von hochohmigen Widerständen sowie von Kondensatoren in den Testaufbau integriert.
Ebenso flexibel können wir die Ober- und Untergrenzen des Batterie-Ladezustand wählen. Sehr wichtig sind auch extrem leistungsfähige Leistungsverstärker im niederfrequenten Bereich zur Einkopplung der Wechselstörungen.
Fachwissen und Organisationsstruktur auf Topniveau
Genauso wichtig wie die Testhardware pflegen wir unsere Soft Skills für Batterietests. Zu unserem anerkannt hohen Wissenslevel in der EMV trägt unter anderem die kontinuierliche Mitarbeit von Mooser in nationalen und internationalen Normungs- und Standardisierungsgremien bei. Zum Beispiel gehen die ISO 7637-4 und die darin definierten Spannungstests maßgeblich auf Mooser zurück, ebenso wie Inhalte der CISPR25.
Ein großer Vorteil für die Kunden ist die spezielle Projektabwicklung bei uns. Für jedes Projekt ist ein umfassend qualifizierter Ingenieur von Mooser zuständig. Er fungiert als fester Ansprechpartner und betreut das Projekt von Anfang bis zum Ende. Diese Person verfügt über langjährige Berufserfahrung und wird von uns für diese Aufgabe intern umfassend geschult. Beispielsweise erhalten unsere Projekt- und Laboringenieure jedes Jahr eine Hochvolt-Unterweisung, die sie zur Durchführung von Hochvolt-EMV-Tests befähigt und berechtigt.
Mooser ist auch einer von nur wenigen Test-Dienstleistern, der zertifiziert ist, die getestete Batterie vor der Auslieferung zu bewerten. Die Bewertung umfasst einen optischen Check und eine Auflistung der wichtigsten Batterieparameter in einem Ausgangsprotokoll.
Service rund um die Traktionsbatteriemessungen
Unsere Ingenieure verfügen über den Erfahrungsschatz aus vielen hundert Kundenprojekten, sodass sie dem Kunden schon kurz nach der Problemdefinition die ersten konkreten Lösungsschritte aufzeigen können. Typische Kundenanfragen sind EMV-Messungen nach internationalen Normen und/oder OEM-Anforderungen. Etwas spezieller sind Anfragen wegen beispielsweise Grenzwert-Überschreitungen bei Emissionsmessungen oder Beeinflussungen einzelner Batterieparametern. Ebenfalls besteht die Möglichkeit einer Schirmdämpfungsmessung des Batteriegehäuses.
Eine grundsätzliche Maßnahme ist die Überprüfung des gesamten EMV-Layouts, ob zum Beispiel Entstörmaßnahmen falsch oder nicht getroffen wurden. Bei unklaren Antenneneinstrahlungen oder bei schlechten Entkopplungswerten können wir zunächst alle relevanten EMV-Parameter messen, bevor auf dieser Grundlage dann Setup-Optimierungen vorgeschlagen und gegebenenfalls realisiert werden. Das können konstruktive Änderungen am Layout der Traktionsbatterie sein, an der Verkabelung, oder beispielsweise auch nur andere Schrauben sein, was die Störeinstrahlung schon deutlich minimieren kann.
Eine weitere Risikoquelle ist die mangelnde Schirmdämpfung. In diesem Fall kann eine Messung der Dämpfungswerte bei den meist zweiteiligen Batteriegehäusen erste Erkenntnisse bringen. Werden geeignete Materialien für Bodenwanne und Deckel verwendet? Sind genügend Verschraubungen vorgesehen? Ist die Kontaktierung optimal? Sind diese Fragen beantwortet, unterbreitet Mooser die richtigen Lösungsvorschläge.
Neben diesen entwicklungsbezogenen Dienstleistungen führen wir im Kundenauftrag auch Typgenehmigungen auf Bauteil- oder Systemebene durch. Dieser Service umfasst für Batterien beispielsweise Messungen der einschlägigen Parameter, Optimierungsmaßnahmen und die komplette Abwicklung des Verfahrens mit dem Kraftfahrt-Bundesamt.
Häufig gestellte Fragen
Hochvolt-Batterien sind hochkomplexe Systeme, deren elektromagnetische Verträglichkeit mehrere Facetten aufweist. Zum einen interne Störemissionen, die innerhalb der Batterien Störungen hervorrufen. Ein solches Beispiel sind DC/DC-Wandler, die durch ihr Arbeitsprinzip der Pulsweitenmodulierung Störemissionen generieren.
Zum anderen können externe Störungen in die Batterie einkoppeln und dort Unregelmäßigkeiten verursachen oder weitergeleitet werden. Wie etwa vom Inverter, dessen Störsignale über die Batterie und die HV/LV-Schnittstelle gegebenenfalls bis in das Niederspannungs-Bordnetz ausstrahlen. Aus diesem Grund sollte die Batterie eine hohe Störfestigkeit haben, damit keine eingekoppelten Störungen Sicherheitsabschaltungen auslösen oder Fehlerspeicher-Einträge generieren.
Eine weitere Besonderheit besteht darin, dass die Traktionsbatterie die Schnittstelle zwischen dem Automobil und dem Stromnetz ist. Deshalb kommen hier sowohl die ECE-Normen der Automotive-Welt zur Anwendung, genauso wie die CE-Normen des stationären Stromnetzes. Die für Typgenehmigungen definierte ECE R10 schreibt die bekannten Automotive-Standardmessverfahren vor. Hinzu kommen Messverfahren für den Lade- und Entladevorgang. Aus dem Stromnetz wirken Anforderungen wie der Surge-, Burst- oder Blitzschutz auf die Batterie.
Eine Hochvolt-Batterie muss im Wesentlichen die gleichen gesetzlichen und OEM-spezifischen Anforderungen erfüllen wie alle anderen Automotive-Komponenten. Deshalb gelten für eine Batterie im Prinzip die gleichen Anforderungen und Messverfahren wie für beispielsweise ein Airbag-Steuergerät. Etwa die Störfestigkeitstests, die Einkopplung mit der Stromzange (definiert in der ISO 11452-…) oder Pulse auf LV-Systeme. Weitere bekannte Test- und Messnormen für Traktionsbatterien sind in der CISPR25 hinterlegt, sowie in der ISO 7637-2, beziehungsweise ISO 7637-3.
Hochvoltspannung erfordert aber auch zusätzliche Normen, die von den OEMs in Form von Lastenheften oder Spezifikationen an einen EMV-Dienstleister gestellt werden. Darin werden Tests etwa zur HV/LV-Kopplung gefordert, oder Spannungsschwankungen im Hochvoltbereich. Allerdings sind Batterien eine weitgehend konstante Spannungsquelle, weshalb die Erzeugung von Spannungsschwankungen schwierig ist. Wir verfügen deshalb über Testequipment, das gepulst oder kontinuierliche Sinusschwankungen in die Batterie einkoppeln kann, wie etwa in der ISO 7637-4 definiert.
Zum Messen von Traktionsbatterien sind zunächst gebäudetechnische Parameter ausschlaggebend: Messkabinen mit einer ausreichend hohen Traglast des Bodens, mit großen Türen, den passenden Hebevorrichtungen und stabilen Prüftischen. Hinzu kommt ein Lager, das speziell auf die Anforderungen von gelagerten Traktionsbatterien zugeschnitten ist. Denn Batterien erreichen Dimensionen von mehr als zwei Meter Länge und 1,5 Meter Breite bei einer Masse von bis zu einer Tonne.
Für Batterietests hält Mooser die passenden Messkabinen vor: zum Beispiel eCHAMBER®, Absorberkabinen und Schirmkabinen, sowie Messplätze für die Batterieelektronik. Weiteres Spezialequipment sind DC-Netzteile zum Laden sowie elektronische oder passive Lasten zum Entladen. Diese Lasten werden vor den Tests gemeinsam mit den Kunden definiert und anschließend in Form von hochohmigen Widerständen sowie von Kondensatoren in den Testaufbau integriert. Ebenso flexibel kann Mooser die Ober- und Untergrenzen des Batterie-Ladezustand wählen. Sehr wichtig sind auch extrem leistungsfähige Leistungsverstärker im niederfrequenten Bereich zur Einkopplung der Wechselstörungen.
Eine grundsätzliche Maßnahme ist die Überprüfung des gesamten EMV-Layouts, ob zum Beispiel Entstörmaßnahmen falsch oder nicht getroffen wurden. Bei unklaren Antenneneinstrahlungen oder bei schlechten Entkopplungswerten etwa kann Mooser zunächst alle relevanten EMV-Parameter messen, bevor auf dieser Grundlage dann Setup-Optimierungen vorgeschlagen und gegebenenfalls realisiert werden. Das können konstruktive Änderungen am Batterie-Layout sein, an der Verkabelung, oder beispielsweise auch nur andere Schrauben sein, was die Störeinstrahlung schon deutlich minimieren kann. Eine weitere Risikoquelle ist die mangelnde Schirmdämpfung. In diesem Fall kann eine Messung der Dämpfungswerte bei den meist zweiteiligen Batteriegehäusen erste Erkenntnisse bringen. Werden geeignete Materialien für Bodenwanne und Deckel verwendet? Sind genügend Verschraubungen vorgesehen? Ist die Kontaktierung optimal? Sind diese Fragen beantwortet, kann Mooser die richtigen Lösungsvorschläge unterbreiten.
Die Ingenieure bei Mooser verfügen über den Erfahrungsschatz aus vielen hundert Kundenprojekten, sodass sie dem Kunden schon kurz nach der Problemstellung die ersten konkreten Lösungsschritte aufzeigen können. Typische Kundenanfragen sind EMV-Messungen nach internationalen Normen und/oder OEM-Anforderungen. Hinzu kommen Anfragen nach Unterstützung bei der Batterieentwicklung. Einzelaspekte sind zum Beispiel die Einhaltung der EMV-Grenzwerte, Entstörlösungen, eine optimale Kabelverlegung oder Bauteilgestaltung.
Neben diesen entwicklungsbezogenen Dienstleistungen kann Mooser auch Typgenehmigungen auf Bauteil- oder Systemebene im Kundenauftrag durchführen. Dieser Service umfasst für Batterien beispielsweise Messungen der einschlägigen Parameter, Optimierungsmaßnahmen und die komplette Abwicklung des Verfahrens mit dem Kraftfahrt-Bundesamt.
Weitere Dienstleistungen betreffen die Qualifikation oder Abnahme von Batterien im Kundenauftrag.
