Kio Estas Elektromagneta Kongrueco?

Dek kvin jaroj en ĉi tiu komerco kaj EMC ankoraŭ mordas min en la pugo almenaŭ dufoje jare.

Pasintprintempe mi estis vokita pri projekto por firmao faranta liverkamionetojn. Ilia BMS daŭre ĵetis ĉelsupertensiajn faŭltojn. Ne vera trotensio - la ĉeloj estis bone. La monitora IC legis rubon. Ili postkuris ĉi tion dum tri monatoj. Anstataŭigis la AFE-fritojn dufoje. Rekablita la senca jungilaro. Nenio funkciis.

Mi bezonis du tagojn por trovi ĝin. Ilia motorregilo sidis dek ok colojn de la kuirilaro. Neniu ŝirmado inter ili. La regilo ŝanĝis je 8 kHz kaj ĉiu rando kunliĝis rekte en la ĉeltensiajn sensliniojn. La dratoj agadis kiel antenoj. Dudek milivoltoj da induktita bruo sur mezurado kiu bezonas milivoltan precizecon. La BMS vidis tensiopikojn kiuj ne ekzistis kaj fermis ĉion.

Tio estas EMC. Elektromagneta kongruo. Viaj aĵoj devas funkcii ĉirkaŭ aliaj aĵoj sen ke unu fuŝi la alian.

Du Flankoj de la Problemo

EMC rompas en du pecojn kaj vi devas trakti ambaŭ.

Emisioj signifas la bruon, kiun via aparato eligas. Ĉiu konmuta cirkvito radias. Ĉiu drato kun ŝanĝiĝanta kurento kreas magnetan kampon. DC-DC-transformilo funkcianta je 200 kHz ŝprucas RF-energion ĉie. Se tiu energio estas sufiĉe forta ĝi blokas la radion en la taksio aŭ koruptas CAN-busajn mesaĝojn aŭ igas la ABS-regilon pensi, ke la radoj ŝlosas.

Malsaniĝemo estas la alia flanko. Kiom da faŭlto povas preni via aparato antaŭ ol ĝi ĉesos funkcii ĝuste. BMS devas legi ĉeltensiojn precize sidante apud invetilo kiu martelas la DC-buson per 400 amperaj pulsoj je 10 kHz. La sentaj cirkvitoj devas ignori ĉion tion kaj ankoraŭ mezuri la faktan ĉelan tension.

Plej multaj inĝenieroj, kiujn mi renkontas, pensas pri emisioj, ĉar tion fokusiĝas la reguligaj testoj. Ili forgesas malsaniĝemecon ĝis la produkto malsukcesas sur la kampo. Tiam ĉiuj panikiĝas.

Litiaj Pakoj Estas Malsamaj

Malnovaj plumbo-acidaj kuirilaroj nur sidis tie. Vi riglis ilin kaj konektis du kablojn. Eble vi havis ŝunton por aktuala mezurado. Tio estis.

Litiaj pakoj havas elektronikon ĉie. La BMS monitoras ĉiun ĉelon. Ĝi parolas al temperatursensiloj disigitaj ĉirkaŭ la pako. Ĝi komunikas kun la veturilo super CAN aŭ iu alia buso. Ĝi kontrolas kontaktilojn. Ĝi kalkulas staton de ŝargo kaj stato de sano uzante algoritmojn kiuj dependas de precizaj mezuradoj.

Preciza estas la ŝlosila vorto. Mezurado de ĉela tensio, kiu drivas je 50 milivoltoj, forĵetas vian SOC-kalkulon. Faru tion tra cent ĉeloj kaj via intervaltakso estas senutila. Drivu ĝin je 100 milivoltoj kaj vi eble troŝarĝos ĉelon aŭ maltrafos subtensian kondiĉon.

La sentaj dratoj estas la malforta punkto. Ili kuras de ĉiu ĉela krano al la BMS-tabulo. En granda pako tio signifas dratojn kurantajn du metrojn aŭ pli tra medio plena de elektromagneta bruo. Ĉiu drato kaptas interferon. Ju pli longa la drato des pli malbona la problemo.

Mi laboris pri busbaterio, kie la sensa jungilaro kuris ĝuste apud la ĉefaj DC-busaj stangoj. La stangoj portis 300 amperojn dum akcelado. La magneta kampo de tiu kurento induktis milivolt-nivelajn signalojn en la sencaj dratoj. La BMS opiniis, ke la ĉeloj saltis supren kaj malsupren. Ĝi iris en protektoreĝimon kaj mortigis la buson sur la aŭtovojo.

Kiam Aferoj Malĝuste

La malsukcesaj reĝimoj estas malbelaj.

Falsaj trotensiaj ekskursetoj estas oftaj. Bruo aldonas al la reala ĉeltensio kaj la BMS opinias, ke la ĉelo estas ĉe 4.3V kiam ĝi estas fakte ĉe 4.1V. Protekto ekfunkcias kaj la sistemo malŝaltas. La funkciigisto vidas erarkodon kiu havas neniun sencon ĉar la ĉeloj estas bonaj.

Falsa subtensio estas pli malbona. La BMS opinias, ke ĉelo estas pli malalta ol ĝi vere estas. Ĝi daŭre malŝarĝas preter la sekura limo. Reala damaĝo okazas.

Komunikaj eraroj fuŝas aferojn alimaniere. Bateria pako povus havi ses aŭ ok monitorajn tabulojn lekante-ĉenigitajn sur isoSPI-buso. Tiu buso funkcias je kelkaj megahercoj. EMI koruptas pakaĵon kaj subite la ĉefa regilo havas malbonajn datumojn por dek ses ĉeloj. Ĉu ĝi fermiĝas? Ĉu ĝi uzas la lastan bonan legadon? Ĉu ĝi interpolas? Ĉiu opcio havas problemojn.

Temperaturmezurado ankaŭ koruptiĝas. NTC-termistoroj produktas etajn signalojn. Kelkaj milivoltoj da bruo aspektas kiel dudekgrada temperatursvingo. La BMS povus ŝalti malvarmigon, kiu ne estas bezonata, aŭ maltrafos termikan forkuriĝon kiu komenciĝas.

La Testa Meso

Reguligaj normoj ekzistas sed ili estas ĥaoso de interkovritaj postuloj.

FCC-Parto 15 kovras emisiojn en Nordameriko. Ĝi fiksas limojn pri kiom da RF-energio via produkto povas ŝprucigi en la aeron. La limoj dependas de ĉu vi vendas al konsumantoj aŭ industriaj uzantoj. Industria pli malstreĉas.

Por veturiloj vi ankaŭ traktas CISPR 25 kaj CISPR 12. Ĉi tiuj estas internaciaj normoj, kiujn la plej multaj landoj adoptas kun etaj tuŝoj. Ili precizigas testajn metodojn kaj limojn por kondukitaj kaj radiaj emisioj de veturiloj kaj veturilkomponentoj.

La eŭropa CE-marko postulas konformecon al la EMC-Directivo. Tio kutime signifas renkonti EN 55032 por emisio kaj EN 55035 por imuneco. Por aŭtomobilaj aferoj vi anstataŭe referencas EN 50498.

Tiam ĉiu aŭto OEM havas siajn proprajn specifojn tavoligitajn supre. Ford havas ilian aferon. GM havas alian. VW havas tutan libron. Ĉi tiuj kutime estas pli striktaj ol la reguligaj minimumoj kaj inkluzivas imunectestojn, kiujn la regularoj apenaŭ tuŝas.

Trapasi ĉiujn ĉi provojn kostas monon kaj tempon. Plena EMC-kvalifiko por aŭtomobila BMS kuras $ 30,000 ĝis $ 50,000 kaj daŭras tri ĝis kvar semajnojn da kamertempo. Se vi malsukcesas, vi reiru kaj riparu aferojn kaj provu denove. Mi vidis programojn bruli ses monatojn kaj $ 200,000 dum EMC-testado antaŭ ol ili ricevis enirpermesilon.

Ripari La Problemojn

Ŝirmado estas la malakra instrumento. Metu metalan skatolon ĉirkaŭ la sentemajn aĵojn kaj la plej multaj interferoj ne povas eniri. La skatolo devas esti kontinua tamen. Kudroj likas. Truoj por konektiloj elfluas. Ventolaj fendoj estas esence fenestroj por RF-energio.

Reala ŝirmado signifas konduktajn gasketojn ĉe ĉiu kudro. Ĝi signifas filtritajn konektilojn aŭ trafluajn kondensiloj ĉe ĉiu drata enirpunkto. Ĝi signifas neniujn fendojn pli longajn ol unu dekonon de ondolongo ĉe via plej alta ofteco de zorgo. Tiu lasta stumblas homojn. Se vi zorgas pri 1 GHz-interfero, viaj fendoj devas esti malpli ol 30 milimetroj. Bonŝancon ricevi malvarmigantan aeron tra tio.

Filtrilaj teniloj faris interferon. Vi metas induktorojn kaj kondensiloj en la ĝustajn lokojn por bloki altfrekvencan bruon dum vi pasigas la signalojn aŭ potencon, kiujn vi efektive volas. Filtrilo de diferenciga reĝimo pritraktas bruon, kiu vojaĝas laŭ unu drato kaj reen la alian. Ofta reĝima ĉokilo pritraktas bruon kiu vojaĝas la saman direkton sur ambaŭ dratoj.

Filtrila dezajno estas malfacila. La impedanco de la fonto kaj ŝarĝo gravas. Filtrilo kiu provas bonege sur la benko povus fari nenion en la fakta sistemo ĉar la impedancoj estas malsamaj. Mi vidis inĝenierojn fiere montri al mi siajn filtrilskemojn kaj tiam scivoli kial la brumezuradoj ne ŝanĝiĝis. Ili desegnis por sistemo de 50 omoj kaj ŝtopis ĝin en ion, kio aspektis kiel 5 omoj ĉe la frekvencoj, pri kiuj ili zorgis.

Baza strategio estas kie la vera voduo vivas. La kuirilaro havas altatensiajn kaj malalttensiajn sekciojn. La HV-flanko inkluzivas la ĉelojn kaj ĉefajn kontaktilojn kaj antaŭŝargan cirkviton. La LV-flanko havas la interfacon BMS kaj CAN kaj foje izolitajn DC-DC-konvertilojn. Ĉi tiuj du grundaj sistemoj devus konektiĝi ĉe ekzakte unu poento. Pli da konektoj kreas buklojn. Bukloj kaptas interferon.

Trovi la ĝustan ununuran punkton estas arto. Ĝi dependas de kie la kurento fluas kaj kie la sentemaj mezuradoj okazas kaj kie la bruofontoj vivas. Ĉiu aranĝo estas malsama. Mi ŝatus doni al vi formulon, sed ne ekzistas.

Aranĝo Gravas

Ene de la BMS la PCB-aranĝo faras aŭ rompas EMC-efikecon.

Tenu altrapidajn ciferecajn aĵojn for de analogaj mezurcirkvitoj. La procesoro kaj CAN-dissendilo kaj iuj ŝanĝantaj reguligistoj ŝprucas bruon. La ĉelaj tensio-enigaĵoj kaj temperaturmezuraj cirkvitoj estas sentemaj. Fizika distanco helpas. Grundaj paŭzoj inter sekcioj helpas pli.

Iru diferencigajn parojn kune kaj tenu ilin mallongaj. La senslinioj de la ĉelaj frapetoj devus eniri la tabulon kiel eble plej proksime al la AFE-blato. Pli longaj spuroj kaptas pli da interfero.

Rigardu viajn revenvojojn. Kurento devas flui en buklo. La signalo eliras sur unu spuron kaj revenas sur alia. Se la revenvojo ne estas evidenta la fluo trovas sian propran vojon kaj tiu vojo povus esti granda buklo kiu radias kiel anteno.

Verŝu kupron. Grandaj grundaviadiloj reduktas impedancon kaj donas al revenfluoj malaltan induktan vojon. Kudritaj vojoj kunligas la aviadilojn kaj reduktas resonancojn.

Reala Monda Ŝraŭbo-Usoj

Kelkajn jarojn antaŭe mi konsultis por ekentrepreno faranta bateriajn pakojn por ŝarĝaŭtoj. Ilia BMS funkciis bonege sur la benko. En la ŝarĝaŭto ĝi freneziĝis. Voltaj legaĵoj saltis ĉirkaŭe. La SOC-kalkulo vagis ĉie.

La ŝarĝaŭto havis grandan DC-motoron kun helikopisto. Ĉiufoje kiam la helikoptero ŝaltis la kurenton en la ĉefaj kabloj ŝanĝiĝis je kelkcent amperoj en kelkaj mikrosekundoj. La magneta kampo de tiu dI/dt kunliĝis en ĉion.

Ilia ripara provo estis aldoni feritajn bidojn sur la senclinioj. Faris nenion. La interfero kunliĝis magnete en la buklojn formitajn per la sensdratoj. Ferritoj blokas kondukitan bruon ne magnetkampan kupladon.

Ni finis kuri la sensan jungilaron tra fleksebla akvokonduktilo kaj direkti ĝin for de la ĉefaj kabloj. Poste ni aldonis torditan paron de ĉiu ĉela krano anstataŭ unuopaj dratoj. Tordado reduktas la buklareon al kiu la magneta kampo povas kunligi. Fine ni malrapidigis la specimenigon sur la AFE-blato, do ĝi integriĝis dum pli da cikloj de la interfero. La bruo averaĝis.

Totala riparo kostis ĉirkaŭ tri dolarojn per pako en kroma drato kaj tubo. Kostus nenion se ili pensis pri tio dum la originala dezajno.

Kion Demandi Vendistojn

Se vi aĉetas kuirilarojn aŭ BMS-tabulojn demandu pri EMC antaŭ ol vi aĉetas.

Al kiuj normoj ili testis? Petu la realajn testajn raportojn ne nur atestilon. La raportoj montras la testan aranĝon kaj la marĝenon ĝis la limo. Produkto kiu apenaŭ pasis estas unu dezajnŝanĝo for de malsukceso.

Por kia elektromagneta medio ili desegnis? BMS signifita por golfĉaro eble ne pluvivas en transitbuso kun tri tirinvetiloj.

Ĉu ili testis la kompletan pakon aŭ nur la tabulon? La loĝejo kaj drataro kaj konektiloj ŝanĝas la EMC-konduton. Provi nudan tabulon diras al vi preskaŭ nenion pri la preta produkto.

Kia filtrado kaj ŝirmado estas enkonstruitaj? Se la respondo estas "ni fidas je la sistemintegranto por trakti tion", vi havas problemon. Vi nun respondecas pri EMC-konformeco kaj vi eble ne havas la kapablojn aŭ buĝeton por fari ĝin ĝuste.

Kien Ĉi tio Iras

Sendrata BMS venas. Anstataŭ kuri sensajn dratojn al ĉiu ĉelo, vi metas malgrandan sendratan modulon ĉe ĉiu ĉela grupo kaj ĝi transdonas la datumojn reen al la ĉefa regilo. Malpli cableado. Pli facile servi.

Sed nun viaj mezurdatenoj flugas tra la aero en radiosignalo. Tiu signalo devas konkuri kun la tuta elektromagneta bruo de la potenca elektroniko. La sendrataj bandoj jam estas plenplenaj. Mi vidis prototipojn kie la sendrata BMS perdis komunikadon dum malmola akcelado ĉar la invetila bruo blokis la ricevilon.

Pli altaj tensioj faras ĉion pli malfacila. La industrio moviĝas al 800V kaj pretere por pli rapida ŝargado kaj pli malgrandaj kabloj. Pli da tensio signifas pli da ŝanĝa energio kaj pli da EMI. La samaj teknikoj ankoraŭ funkcias, sed vi devas plenumi ilin pli bone.

Integriĝo daŭre pliiĝas. La BMS kaj la surŝipa ŝargilo kaj la DC-DC-konvertilo ĉiuj enŝtopiĝis en unu skatolo. Malpli pezo kaj kosto sed pli da ŝancoj por interfero inter funkcioj. La analoga ĉelsentado devas pluvivi en la sama ĉemetaĵo kiel 10 kW ŝanĝanta ŝargilo.

EMC ne foriras. Ĝi plimalboniĝas ĉiujare, ĉar elektroniko fariĝas pli rapida kaj pli densa kaj ni petas ilin labori en pli severaj medioj. La kuirilaro estas la koro de la elektra veturilo kaj konservi ĝin preciza kaj fidinda malgraŭ la elektromagneta ŝtormo ĉirkaŭ ĝi temas pri la laboro de EMC.