Genesis Highspeed je modulární platforma pro rychlé měření elektrických a mechanických parametrů se vzorkováním až 250MS/s. Vše lze flexibilně upravit na přání zákazníka. Sestava se skládá z rámu, měřících karet a software Perception. K dispozici jsou také převodníky pro signály pro všechny běžně používané snímače a opticky izolované digitizéry pro sběr signálu, a to i ve vysokonapěťovém rozsahu.

Genesis HighSpeed DAQ systém se skládá ze tří komponent:

• Rám: Páteř systému. Může to být například rám s integrovaným Windows PC s dotykovou obrazovkou nebo lze použít mainframe, který se používá buď samostatně nebo s počítačem připojeným přes Ethernet. Ideální volba pro pevné instalace. Je možné propojit více rámů dohromady.
• Měřící karty: V závislosti na požadavcích si lze vybrat a kombinovat vstupní karty mnoha typů.
• Software Perception, který je navržen pro rychlé a spolehlivé zpracování velkého množství dat, a je proto ideální pro vysokorychlostní sběr dat. Pokud zákazník potřebujete použít vlastní software není v tom žádný problém. Hardware Genesis HighSpeed lze snadno integrovat do software zákazníka.

HBM poskytuje celý měřicí řetězec pro testování elektrické energie – od testování elektrických strojů až po testování vysokého napětí a komplexního měření invertorů v automobilovém, pozemním a leteckém průmyslu, jakož i ve výrobním, produkčním a energetickém průmyslu.

Systém eDrive, založený na Genesis HighSpeed DAQ:

• až 51 kanálů elektrických veličin a až 6 kanálů točivého momentu, vybavených našimi nejlepšími převodníky momentu. Kromě toho budou teploty, CAN a vibrační signály zaznamenány v jediném systému.
• eDrive nezobrazuje pouze „účinnost“, ale také pomáhá porozumět celého pohonu a zlepšit efektivitu.
• eDrive může zobrazovat (jako osciloskop) a ukládat obrovské množství nezpracovaných dat v reálném čase po delší dobu (jako DAQ)

Materiálové zkoušky

Existují různé druhy vysokorychlostních materiálových testů, jako jsou Drop testy, Impact testy, Split Hopkinson bar testy, Crash test nebo Explosion and Ballistic testy. Všichni mají společné to, že reprodukují extrémní události a musí být dokonalé, protože je často nelze reprodukovat z důvodu vysokých nákladů.

• systém Genesis HighSpeed DAQ společnosti HBM poskytuje řešení, které je na trhu vyzkoušeno a testováno v nárazových, vibračních a impakt testech po mnoho desetiletí.
• dokonalá interakce s integrovaným softwarem Perception zaručuje absolutní zabezpečení dat
• extrémně vysoká vzorkovací frekvence až 250 MS/s umožňuje hluboký pohled do testovaných objektů

Nové technologie pohonu – nové požadavky na testování

 Baterie s napětím až 1000 V v moderních vozidlech vyžadují obrovský rozsah zkoušek, rozšířený o speciální bezpečnostní opatření při manipulaci s nebezpečným elektrickým napětím a lithiem jako základními prvky elektrochemického procesu. V rámci rozsahu zkoušek pokrývá HBM většinu měřených veličin:

• Elektrické napětí, proud a výkon pro analýzu účinnosti a výkonu celého pohonného ústrojí.
• Bezpečnostní zkratové testy a optimalizované nabíjecí testy.
• Sílu, tah, tlak a hmotnost pro analýzu mechanické odolnosti.
• Teplota, průtok a tlak pro analýzu tepelné odolnosti.

Testování spalovacích motorů zahrnuje až 300 míst pro měření teploty a vysoce dynamická měření točivého momentu, otáček a tlaku. S integrací baterií a palivových článků se počet měřicích kanálů posouvá směrem k zásobníku energie jako největší součásti moderního hnacího ústrojí.V dnešních řešeních elektrifikovaných pohonných jednotek jsou všechny aspekty od jednočlánkových baterií až po bateriové sady pokryty virtuálním (simulačním) a fyzickým testováním s následujícím typickým rozsahem:

• Dlouhodobé testování spolehlivosti baterií se zaměřením na cykly vybíjení/nabíjení (pomalé, rychlé), samovybíjení včetně měření napětí a teplot jednotlivých článků a celkovou analýzu výkonu.
• Dynamické testování se zaměřením na výkon, účinnost a zpětnou vazbu při rekuperaci.
• Testování vlivu prostředí, při kterém se na vibračních systémech LDS provádějí mechanické profily zatížení orientované na konkrétní případy použití, v kombinaci s cyklickým zvyšováním a snižováním teploty v klimatické komoře.
• Testování nesprávného použití a nárazové testování (přetížení, zkrat, přehřátí, mechanické namáhání, závada).
• Zkoušky strukturální integrity, počínaje zkouškami mobilních vozidel pro sběr dat v zatížení na silnici (RLDA), letní/horké, zimní/chladné zkoušky s přechodnými jevy.

Testování konstrukce baterií

Baterie patří k největším a nejtěžším součástem moderních elektromobilů. Je nutné vyvážit celkově lehkou konstrukci a flexibilní obal baterie. Optimální hmotnost, strukturální odolnost a celkový odhad životního cyklu jsou klíčové parametry, které je třeba ověřit před zahájením výroby. HBM patří mezi přední dodavatele kompletních měřicích systémů nejen pro měření a fyzické zkoušky strukturální odolnosti, ale také pro virtuální zkoušky strukturální odolnosti a odhad životnosti.

Zkouška zkratu bateriové pyro-fuse

Kvalifikace jističů a pyrofuse trakčních baterií s vysokým výkonem vyžaduje schopnost měřit proudy v rozsahu několika kiloampérů s extrémně vysokou vzorkovací frekvencí pro zachycení špičkového proudu. Vyžaduje také schopnost měřit proudy v řádu několika ampérů přesně a s vysokou dynamikou. Vzhledem k vysokému napětí, vysokým proudům a extrémně rychlým dynamickým dějům klade vysoké nároky na použitý DAQ systém s ohledem na odolnost proti EMI, ochranu proti přepětí a izolaci. Jedním ze způsobů, jak provádět zkratové testy, je použití nelineárních proudových snímačů a vysokorychlostních záznamníků dat Genesis.

Testování pouzder článků: Mechanické testování baterií

Snímače síly pomohou pochopit, jak rychle se snižuje kapacita baterie, protože je lze použít k vyhodnocení namáhání článků baterie během cyklů nabíjení/vybíjení. Při takzvaném testu pouzder článků měří snímač síly mechanické pnutí, ke kterému dochází uvnitř baterie za různých podmínek nabíjení. Toto namáhání má význam pro výkonnost baterie, protože může vést k úbytku kapacity nebo v extrémních situacích k úplnému selhání baterie. Více informací o mechanickém testování se dozvíte zde: Nejdůležitější vlastnosti snímačů síly.

Elektrická kvalifikace a ověření v podmínkách dynamického zatížení

Před uvedením trakční baterie na trh je nevyhnutelná kvalifikace a ověření těchto systémů. Vhodná zkušební sestava musí pokrývat vysoký napěťový a proudový rozsah i vysokou dynamiku a měla by být schopna provádět potřebné zkoušky co nejrealističtěji a aplikačně orientovaným způsobem. Za tímto účelem musí být měřicí techniky vysoce přesné a dynamické. Jak toho lze dosáhnout a jaké vybavení je nutné mít se dozvíte zde: https://www.hbm.cz/wp-content/uploads/Qualification_and_Verification_of_High_Power_Battery_Systems.pdf

Tepelné řízení baterie

Baterie jsou základem a největší součástí moderního elektromobilu. Jde o nalezení a ověření optimálních klíčových parametrů celé sestavy. Omezený výkon lithium-iontových baterií při extrémních teplotách je hnací silou pro vývoj systémů tepelného managementu s podpůrnými pomocnými agregáty a cestami vzduchového chlazení. Příliš vysoké teploty mohou vést k sebedestrukci a dokonce k požáru (thermal runaway). Rozsáhlé testování a zejména tepelná validace, jsou proto v celkovém testovacím uspořádání zásadní.

Provozní bezpečnost je jedním z nejdůležitějších požadavků. Očekávání týkající se životnosti se pohybují od nejméně 10 let, 450 000 kilometrů nebo cílové doby dobíjení pět minut u super nabíječek. Důležitým tématem je také opakované použití baterií a tzv. druhá životnost. Tepelné řízení životnosti baterií je klíčové pro parametry, jako je rychlostní výkon, bezpečnost a cena. Tepelná analýza proto vyžaduje četná místa měření teploty s nejvyššími nároky: malá měřicí místa, maximální bezpečnost pomocí dvojitě izolovaného snímacího vedení, elektricky izolované kanály…

Tepelná analýza vysokonapěťových baterií

Počítačová tepelná simulace pomocí modelů CFD (Computational Fluid Dynamics) je důležitým krokem k optimálnímu návrhu systému. Je však stále nezbytné provádět fyzické testování, protože simulace nedokáže zahrnout všechny architektury, integrační aspekty ani parametry. Během testování v klimatických komorách lze získat důležité informace o výkonu baterií. Tímto rutinním testováním prostředí a výkonu se zkoumá vliv extrémních teplot. Lze zjistit, které chladicí systémy jsou nejlepší pro dosažení požadovaných výsledků. Testování se provádí na různých úrovních integrace, od testování jednotlivých komponent až po celé hnací ústrojí. Tímto způsobem se dosáhne požadované optimalizace celého systému a řízení teploty před zahájením sériové výroby.

Systém HBM pro tepelné testování úložišť energie měří parametry jako je napětí, proud, teplota, vlhkost, průtok chlazení, tlak a kontrola systému řízení – komunikace s baterií. Provádějí se výpočty výkonu, účinnosti, sledování horkých míst, vizualizace a analýzy. Automatizace se zabývá řízením a bezpečností testů. Řešení HBM pro sběr a analýzu dat poskytuje měření termočlánků pro vnější část elektrického hnacího ústrojí a pro zkoumání v hloubce baterie, včetně napětí článků, celkového napětí a měření proudu. Univerzální vstupy pokrývají univerzální průtok, tlak, vlhkost a další požadované parametry.

Řešení pro testování baterií:

• Bezpečnost na prvním místě – HBM splňuje normu EN61010 pro elektrickou bezpečnost
• Volně škálovatelné a flexibilní multifyzikální DAQ systémy pro mnoho různých oblastí testování: elektrické, tepelné, mechanické, …
• Plná izolace kanálů až do 1500 V DC umožňuje měření na vysokém potenciálu
• Vstupní rozsahy až do +/- 1500 V, s třídou přepětí CAT III.
• Kvalita signálu odolná proti elektromagnetickému šumu
• Volitelné izolované digitizéry pro vyšší izolaci a odolnost proti šumu
• Výkonná koncepce otevřeného softwaru od připraveného k použití až po integrovaný v reálném čase
• Analýza a sběr dat na PC souběžně s integrací do zkušebních stanovišť v reálném čase
• Snímání dat na pracovním stole, v laboratoři a v mobilních zařízeních v rámci jediného řešení, které lze škálovat podle potřeb zákazníka

Více informací naleznete na https://www.hbm.cz

HBM představí své novinky také na veletrhu AMPER 2025. 31. mezinárodní veletrh elektrotechniky, energetiky, osvětlení, zabezpečení, automatizace, komunikačních a řídicích technologií se uskuteční 18.–20. 3. 2025 na Výstavišti Brno. www.amper.cz.