Zer da bateragarritasun elektromagnetikoa?

Hamabost urte negozio honetan eta EMCk oraindik ere ipurdian hozka egiten dit urtean bitan gutxienez.

Joan den udaberrian dei egin zidaten entrega-furgonetak egiten dituen enpresa baten proiektu batean. Haien BMS zelulen gaintentsio akatsak botatzen jarraitu zuen. Ez da benetako gaintentsiorik - zelulak ondo zeuden. Jarraipen IC-a zaborra irakurtzen ari zen. Hiru hilabete zeramatzaten honen atzetik. AFE txipak birritan ordezkatu ditu. Zentzumen-arnesa birkableatu. Ezerk ez zuen funtzionatu.

Bi egun behar izan nituen aurkitzeko. Haien motor kontrolagailua bateria-paketetik hemezortzi hazbetera zegoen. Ez dago blindajerik haien artean. Kontrolagailua 8 kHz-tan aldatzen ari zen eta ertz guztiak zuzenean akoplatzen ziren zelulen tentsioaren sentsazio-lerroetara. Kableek antena bezala jokatzen zuten. Hogei milivoltoko zarata induzitua milivoltoko zehaztasuna behar duen neurketa batean. BMSk existitzen ez ziren tentsio-puntak ikusi zituen eta dena itxi zuen.

Hori da EMC. Bateragarritasun elektromagnetikoa. Zure gauzak beste gauza batzuen inguruan aritu behar dira batak bestea izorratu gabe.

EMC bi zatitan apurtzen da eta biei aurre egin behar diezu.

Emisioek zure gailuak ateratzen duen zarata esan nahi du. Kommutazio-zirkuitu bakoitzak irradiatzen du. Korronte aldakorreko hari bakoitzak eremu magnetiko bat sortzen du. DC-DC bihurgailu batek 200 kHz-n funtzionatzen duen RF energia isurtzen du leku guztian. Energia hori nahikoa indartsua bada, irratia kabinan trabatu egiten du edo CAN buseko mezuak hondatzen ditu edo ABS kontrolatzaileak gurpilak blokeatzen ari direla pentsaraziko du.

Suszeptibilitatea beste aldea da. Zenbat txarto har dezake zure gailuak funtzionatzeari utzi aurretik. BMS batek zehaztasunez irakurri behar ditu zelulen tentsioak 10 kHz-ko 400 amp-ko pultsuekin DC busa mailukatzen ari den inbertsore baten ondoan eserita dagoen bitartean. Sentsazio-zirkuituek hori guztia alde batera utzi behar dute eta oraindik zelula-tentsio erreala neurtu behar dute.

Topatzen ditudan ingeniari gehienek isurketei buruz pentsatzen dute, hori delako arauzko probak ardatz. Suszeptibilitatea ahazten dute produktuak eremuan huts egin arte. Orduan denak izua hartzen du.

Berun-azidozko bateria zaharrak bertan zeuden. Lotu dituzu eta bi kable konektatu dituzu. Agian korronte neurtzeko shunt izan zenuen. Hori zen.

Litio paketeek elektronika edonon dute. BMS-k zelula bakoitza kontrolatzen du. Paketean sakabanatuta dauden tenperatura sentsoreekin hitz egiten du. Ibilgailuarekin CAN edo beste autobus baten bidez komunikatzen da. Kontaktoreak kontrolatzen ditu. Karga-egoera eta osasun-egoera kalkulatzen ditu neurketa zehatzen araberakoak diren algoritmoak erabiliz.

Zehatza da hitz gakoa. 50 milivoltotan noraezean dagoen zelula-tentsioaren neurketak zure SOC kalkulua botatzen du. Egin hori ehun gelaxkatan eta zure barrutiaren estimazioa ez da ezertarako balio. Jarri ezazu 100 milivoltotan eta baliteke zelula bat gehiegi kargatzea edo tentsio gutxiko egoera bat galtzea.

Sentsazio-hariak dira puntu ahula. Gelaxka bakoitzetik BMS taulara joaten dira. Pakete handi batean, horrek esan nahi du hariak bi metro edo gehiago igarotzen direla zarata elektromagnetikoz betetako ingurune batean zehar. Hari bakoitzak interferentziak jasotzen ditu. Zenbat eta luzeagoa izan alanbrea, orduan eta okerragoa da arazoa.

Autobuseko bateria pakete batean lan egin nuen, zentzumen-arnesa DC bus-barra nagusien ondoan zihoanean. Barrek 300 ampere eramaten zituzten azelerazioan. Korronte hartako eremu magnetikoak milivolt-mailako seinaleak eragin zituen zentzu-harietan. BMSk uste zuen zelulak gora eta behera errebotatzen ari zirela. Babes moduan sartu eta autobusa hil zuen autobidean.

Electromagnetic Compatibility

Porrot moduak itsusiak dira.

Gaintentsio faltsuak ohikoak dira. Zarata zelula benetako tentsioari gehitzen zaio eta BMS-k uste du zelula 4.3V-koa dela benetan 4.1V-koa denean. Babesa hasten da eta sistema itzali egiten da. Operadoreak zentzurik ez duen akats-kode bat ikusten du zelulak ondo daudelako.

Azpitentsio faltsua okerragoa da. BMS-k uste du zelula bat benetan dagoena baino baxuagoa dela. Muga segurutik igarota isurtzen jarraitzen du. Benetako kalteak gertatzen dira.

Komunikazio akatsek gauzak beste era batera nahasten dituzte. Bateria pakete batek sei edo zortzi monitorizazio-plaka izan ditzake kateatu-isoSPI bus batean. Autobus hori megaherzio gutxi batzuetan dabil. EMI-k pakete bat hondatzen du eta bat-batean kontrolagailu nagusiak hamasei gelaxken datu txarrak ditu. Itzaltzen al da? Azken irakurketa ona erabiltzen al du? Interpolatzen al da? Aukera bakoitzak arazoak ditu.

Tenperaturaren neurketa ere hondatzen da. NTC termistorek seinale txikiak sortzen dituzte. Milivolto gutxiko zaratak hogei graduko tenperaturaren aldaketa baten itxura du. Baliteke BMSak behar ez den hozte bat aktibatu edo abiarazten ari den ihes termiko bat galtzea.

Arauzko estandarrak existitzen dira, baina gainjarritako eskakizunak dira.

FCC 15. zatiak Ipar Amerikako isuriak biltzen ditu. Zure produktuak airera bota dezakeen RF energiaren mugak ezartzen ditu. Mugak kontsumitzaileei edo industria-erabiltzaileei saltzen ari zarenaren araberakoak dira. Industrialak altxatzen du.

Ibilgailuetarako CISPR 25 eta CISPR 12 ere lantzen dituzu. Herrialde gehienek aldaketa txikiekin hartzen dituzten nazioarteko estandarrak dira. Ibilgailuen eta ibilgailuen osagaien eroandako eta irradiatutako isurietarako proba-metodoak eta mugak zehazten dituzte.

Europako CE markak EMC Zuzentaraua betetzea eskatzen du. Horrek normalean EN 55032 igorpenetarako eta EN 55035 immunitaterako arauak betetzen dituela esan nahi du. Automobilgintzako gauzetarako EN 50498 aipatzen duzu ordez.

Ondoren, auto OEM bakoitzak bere zehaztapenak ditu gainean. Fordek badu bere gauza. GMk beste bat dauka. VW-k liburu oso bat dauka. Hauek normalean arauzko minimoak baino zorrotzagoak izan ohi dira eta araudiak apenas ukitzen dituen immunitate probak barne hartzen dituzte.

Proba guzti hauek gainditzeak dirua eta denbora kostatzen du. Automobilgintzako BMS baterako EMC titulu osoa 30.000 $ eta 50.000 $ bitartekoak dira eta hiruzpalau aste behar ditu ganbara-denbora. Huts egiten baduzu atzera egin eta gauzak konpondu eta berriro probatu. Programak sei hilabete eta 200.000 $ erretzen ikusi ditut EMC probetan, pasea lortu aurretik.

Electromagnetic Compatibility

Blindatzea tresna kamutsa da. Jarri metalezko kaxa bat gauza sentikorren inguruan eta interferentzia gehienek ezin izango dute sartu. Kutxak etengabea izan behar du, hala ere. Josturak isuri egiten dute. Konektoreetarako zuloak ihes egiten dute. Aireztapen zirrikituak RF energiarako leihoak dira funtsean.

Benetako blindajeak jostura bakoitzean junta eroaleak esan nahi ditu. Iragazitako konektoreak edo bidezko kondentsadoreak esan nahi du hari sarrera puntu guztietan. Horrek esan nahi du uhin-luzeraren hamarren bat baino luzeagorik ez dagoen zirrikiturik zure kezkaren maiztasun handienean. Azken horrek jendea tronpatzen du. 1 GHz-ko interferentziak zaintzen badituzu, zure zirrikituak 30 milimetro baino gutxiago izan behar ditu. Zorte on hozteko airea lortzen.

Iragazketa heldulekuak eragindako interferentziak. Induktoreak eta kondentsadoreak leku egokietan jartzen dituzu maiztasun handiko zarata blokeatzeko, benetan nahi dituzun seinaleak edo potentzia pasatzen dituzun bitartean. Modu diferentzialaren iragazki batek hari batetik behera eta bestera atzera egiten duen zarata kudeatzen du. Modu arrunteko txoke batek bi harietan norabide berean doazen zarata kudeatzen du.

Iragazkien diseinua zaila da. Iturriaren eta kargaren inpedantzia garrantzitsuak dira. Aulkian ondo probatzen duen iragazki batek agian ez du ezer egingo benetako sisteman, inpedantziak desberdinak direlako. Ikusi ditut ingeniariak harro erakusten dizkidatela iragazkiaren eskemak eta gero galdetzen didatela zergatik ez diren aldatu zarataren neurriak. 50 ohm-ko sistema baterako diseinatu zuten eta 5 ohm-ko itxura zuen zerbaitetan konektatu zuten zaintzen zituzten maiztasunetan.

Grounding estrategia da benetako voodoo bizi da. Bateria paketeak tentsio handiko eta tentsio baxuko atalak ditu. HV aldean zelulak eta kontaktore nagusiak eta aurrekarga-zirkuitua sartzen dira. LV aldean BMS eta CAN interfazea eta batzuetan DC-DC bihurgailu isolatuak ditu. Bi lurreko sistema hauek puntu batean konektatu behar dira. Konexio gehiagok begiztak sortzen dituzte. Loopek interferentziak jasotzen dituzte.

Puntu bakar egokia aurkitzea arte bat da. Korrontea nondik pasatzen den eta neurketa sentikorrak non gertatzen diren eta zarata iturriak non bizi direnaren araberakoa da. Diseinu bakoitza ezberdina da. Nahiago nuke formula bat ematea baina ez dago bat.

BMS barruan PCB diseinuak EMC errendimendua egiten edo hausten du.

Mantendu abiadura handiko material digitala neurketa-zirkuitu analogikoetatik urrun. Prozesadoreak eta CAN transceptor eta edozein etengailu erreguladoreek zarata botatzen dute. Zelula-tentsio-sarrerak eta tenperatura neurtzeko zirkuituak sentikorrak dira. Distantzia fisikoak laguntzen du. Atalen arteko lur-planoaren hausturak gehiago laguntzen du.

Biratu bikote diferentzialak elkarrekin eta mantendu laburrak. Zelula-txorrotetatik datozen zentzu-lerroak AFE txiptik ahalik eta hurbilen sartu behar dira taulan. Aztarna luzeagoek interferentzia gehiago jasotzen dute.

Begira zure itzulerako bideak. Korronteak begizta batean igaro behar du. Seinalea arrasto batean irten eta beste batean itzultzen da. Itzultzeko bidea begi-bistakoa ez bada korronteak bere bidea aurkitzen du eta bide hori antena bat bezala irradiatzen den begizta handi bat izan daiteke.

Bota kobrea. Lur-plano handiek inpedantzia murrizten dute eta itzulera-korronteei indukzio-bide baxua ematen diete. Jostura bidezkoek planoak elkarrekin lotzen dituzte eta erresonantziak murrizten dituzte.

Urte batzuk atzera eskorga jasotzaileentzako bateria-paketeak egiten hasitako enpresa bati kontsultatu nion. Haien BMS bikain aritu zen aulkian. Orga jasotzailean zoratu zen. Tentsioaren irakurketak jauzi egin ziren. SOC kalkulua noraezean ibili zen.

Orga jasotzaileak DC-ko motor handi bat zuen, chopper drive batekin. Chopper-ak kable nagusietako korrontea aldatzen zuen bakoitzean ehunka amperera aldatzen zen mikrosegundo gutxitan. dI/dt hartako eremu magnetikoa dena akoplatzen zen.

Haien konponketa saiakera zentzumen-lerroetan ferrita aleak gehitzea izan zen. Ez zuen ezer egin. Interferentzia magnetikoki lotzen ari zen zentzumen-hariek osatutako begiztetan. Ferritek eroandako zarata blokeatzen dute, ez eremu magnetikoaren akoplamendua.

Zentzumen-arnesa hodi malgutik igaro eta kable nagusietatik urruntzen amaitu genuen. Ondoren, zelula-txorrot bakoitzetik pare bihurritu bat gehitu dugu hari bakarren ordez. Bihurtzeak eremu magnetikoak uztartu dezakeen begizta-eremua murrizten du. Azkenik, AFE txiparen laginketa moteldu genuen, interferentziaren ziklo gehiagotan integratzeko. Zarata batez bestekoa atera zen.

Guztizko konponketa kostua hiru dolar inguru pakete bakoitzeko alanbre eta kanalizazio gehigarrian. Ez zen ezer kostatuko jatorrizko diseinuan horretan pentsatu izan balute.

Electromagnetic Compatibility

Bateria paketeak edo BMS plakak erosten ari bazara, galdetu EMCri buruz erosi aurretik.

Zein estandarrekin probatu zuten? Eskatu benetako proba-txostenak ez ziurtagiri bat bakarrik. Txostenek probaren konfigurazioa eta mugarainoko marjina erakusten dute. Ozta-ozta gainditu ez den produktua hutsetik diseinu aldaketa batera dago.

Zein ingurune elektromagnetikorako diseinatu zuten? Baliteke golf-gurdi baterako zuzendutako BMS batek ez bizirik iraungo hiru trakzio-inbertsore dituen garraio-autobus batean.

Pakete osoa probatu al dute edo taula besterik ez? Etxebizitzak eta kableatuak eta konektoreek EMC portaera aldatzen dute. Taula biluzi bat probatzeak ez dizu ia ezer esaten amaitutako produktuari buruz.

Zer nolako iragazketa eta blindajea eraikitzen da? Erantzuna "sistema integratzailean oinarritzen gara hori kudeatzeko" bada arazo bat duzu. Orain EMC betetzearen arduraduna zara eta baliteke trebetasunik edo aurrekonturik ez izatea behar bezala egiteko.

Haririk gabeko BMS dator. Zentzumen-kableak zelula guztietan exekutatu beharrean, haririk gabeko modulu txiki bat jartzen duzu zelula-talde bakoitzean eta datuak kontrolagailu nagusira itzultzen ditu. Kableatu gutxiago. Zerbitzua errazagoa.

Baina orain zure neurketa-datuak airetik hegan egiten ari dira irrati-seinale batean. Seinale horrek potentzia elektronikaren zarata elektromagnetiko guztiarekin lehiatu behar du. Haririk gabeko bandak beteta daude dagoeneko. Haririk gabeko BMSak azelerazio gogorrean zehar komunikazioa galdu zuen prototipoak ikusi ditut, inbertsorearen zaratak hargailua trabatu zuelako.

Tentsio altuagoak dena zaildu egiten du. Industria 800 V-ra eta haratago mugitzen ari da karga azkarrago eta kable txikiagoak lortzeko. Tentsio gehiago energia kommutazio gehiago eta EMI gehiago esan nahi du. Teknika berdinek funtzionatzen dute, baina hobeto exekutatu behar dituzu.

Integrazioa gero eta handiagoa da. BMS eta barneko kargagailua eta DC-DC bihurgailua kutxa bakarrean bilduta. Pisu eta kostu gutxiago baina funtzioen arteko interferentziarako aukera gehiago. Zelula analogikoen sentsoreak 10 kW-ko kargagailu aldagarri baten itxitura berean iraun behar du.

EMC ez da desagertuko. Urtetik urtera okerrera egiten da, elektronika azkarrago eta trinkoagoa baita eta ingurune gogorragoetan lan egiteko eskatzen diegu. Bateria ibilgailu elektrikoaren bihotza da eta inguruko ekaitz elektromagnetikoa izan arren zehatza eta fidagarria mantentzea da EMC lana.