Apakah Keserasian Elektromagnet?

Lima belas tahun dalam perniagaan ini dan EMC masih menggigit saya sekurang-kurangnya dua kali setahun.

Musim bunga yang lalu saya telah dipanggil untuk projek untuk sebuah syarikat yang membuat van penghantaran. BMS mereka terus membuang kerosakan voltan lampau sel. Bukan voltan lampau sebenar - sel adalah baik. IC pemantauan sedang membaca sampah. Mereka telah mengejar ini selama tiga bulan. Menggantikan cip AFE dua kali. Diwayar semula abah deria. Tiada apa yang berjaya.

Saya mengambil masa dua hari untuk mencarinya. Pengawal motor mereka terletak lapan belas inci dari pek bateri. Tiada pelindung di antara mereka. Pengawal bertukar pada 8 kHz dan setiap tepi digandingkan terus ke dalam talian deria voltan sel. Wayar itu bertindak seperti antena. Dua puluh milivolt bunyi teraruh pada ukuran yang memerlukan ketepatan milivolt. BMS melihat lonjakan voltan yang tidak wujud dan menutup semuanya.

Itulah EMC. Keserasian elektromagnet. Barangan anda perlu menyelesaikan perkara lain tanpa salah satu mengacaukan yang lain.

EMC terpecah kepada dua bahagian dan anda perlu berurusan dengan kedua-duanya.

Pelepasan bermaksud bunyi yang dikeluarkan oleh peranti anda. Setiap litar pensuisan terpancar. Setiap wayar dengan arus yang berubah-ubah menghasilkan medan magnet. Penukar DC-DC yang berjalan pada 200 kHz menyembur tenaga RF ke seluruh tempat. Jika tenaga itu cukup kuat, ia akan menyekat radio di dalam teksi atau merosakkan mesej bas CAN atau membuatkan pengawal ABS menganggap roda sedang terkunci.

Kecenderungan adalah sisi lain. Berapa banyak omong kosong yang boleh dilakukan oleh peranti anda sebelum ia berhenti berfungsi dengan betul. BMS perlu membaca voltan sel dengan tepat semasa duduk di sebelah penyongsang yang memalu bas DC dengan denyutan 400 amp pada 10 kHz. Litar penderiaan perlu mengabaikan semua itu dan masih mengukur voltan sel sebenar.

Kebanyakan jurutera yang saya temui memikirkan tentang pelepasan kerana itulah yang difokuskan oleh ujian kawal selia. Mereka lupa kerentanan sehingga produk gagal di lapangan. Kemudian semua orang panik.

Bateri asid plumbum-lama sahaja. Anda mengikatnya dan menyambungkan dua kabel. Mungkin anda mempunyai shunt untuk pengukuran semasa. Itu sahaja.

Pek litium mempunyai elektronik di mana-mana sahaja. BMS memantau setiap sel. Ia bercakap dengan penderia suhu yang bertaburan di sekeliling pek. Ia berkomunikasi dengan kenderaan melalui CAN atau bas lain. Ia mengawal kontaktor. Ia mengira keadaan caj dan keadaan kesihatan menggunakan algoritma yang bergantung pada ukuran yang tepat.

Tepat adalah kata kuncinya. Pengukuran voltan sel yang hanyut sebanyak 50 milivolt membatalkan pengiraan SOC anda. Lakukan itu merentasi seratus sel dan anggaran julat anda tidak berguna. Hanyutkannya sebanyak 100 milivolt dan anda mungkin mengecas sel secara berlebihan atau terlepas keadaan undervoltage.

Wayar penderiaan adalah titik lemah. Ia dijalankan dari setiap ketukan sel ke papan BMS. Dalam pek besar yang bermaksud wayar berjalan dua meter atau lebih melalui persekitaran yang penuh dengan bunyi elektromagnet. Setiap wayar mengambil gangguan. Semakin panjang wayar semakin teruk masalahnya.

Saya bekerja pada pek bateri bas di mana abah-abah deria berjalan betul-betul di sebelah bar bas utama DC. Bar membawa 300 amp semasa pecutan. Medan magnet daripada arus itu menyebabkan isyarat tahap-milivolt dalam wayar deria. BMS menyangka sel-sel itu melantun ke atas dan ke bawah. Ia memasuki mod perlindungan dan membunuh bas di lebuh raya.

Electromagnetic Compatibility

Mod kegagalan adalah hodoh.

Perjalanan voltan lampau palsu adalah perkara biasa. Kebisingan menambah voltan sel sebenar dan BMS berpendapat sel berada pada 4.3V apabila ia sebenarnya pada 4.1V. Perlindungan bermula dan sistem dimatikan. Pengendali melihat kod kesalahan yang tidak masuk akal kerana selnya baik.

Undervoltage palsu lebih teruk. BMS berpendapat sel adalah lebih rendah daripada yang sebenarnya. Ia terus menyahcas melepasi had selamat. Kerosakan sebenar berlaku.

Ralat komunikasi mengacaukan keadaan secara berbeza. Pek bateri mungkin mempunyai enam atau lapan papan pemantauan daisy-dirantai pada bas isoSPI. Bas itu berjalan pada beberapa megahertz. EMI merosakkan paket dan tiba-tiba pengawal utama mempunyai data buruk untuk enam belas sel. Adakah ia ditutup? Adakah ia menggunakan bacaan baik terakhir? Adakah ia interpolasi? Setiap pilihan ada masalah.

Pengukuran suhu juga akan rosak. Termistor NTC menghasilkan isyarat kecil. Beberapa milivolt bunyi kelihatan seperti ayunan suhu dua puluh darjah. BMS mungkin menghidupkan penyejukan yang tidak diperlukan atau terlepas larian haba yang sedang bermula.

Piawaian kawal selia wujud tetapi ia adalah kekacauan keperluan yang bertindih.

FCC Bahagian 15 meliputi pelepasan di Amerika Utara. Ia menetapkan had pada berapa banyak tenaga RF produk anda boleh menyembur ke udara. Had bergantung pada sama ada anda menjual kepada pengguna atau pengguna industri. Perindustrian menjadi lebih kendur.

Untuk kenderaan, anda juga berurusan dengan CISPR 25 dan CISPR 12. Ini adalah piawaian antarabangsa yang kebanyakan negara pakai dengan tweak kecil. Mereka menentukan kaedah ujian dan had untuk pelepasan yang dikendalikan dan dipancarkan daripada kenderaan dan komponen kenderaan.

Tanda CE Eropah memerlukan pematuhan dengan Arahan EMC. Ini biasanya bermakna memenuhi EN 55032 untuk pelepasan dan EN 55035 untuk imuniti. Untuk barangan automotif anda merujuk EN 50498 sebaliknya.

Kemudian setiap OEM kereta mempunyai spesifikasi mereka sendiri berlapis di atas. Ford mempunyai perkara mereka. GM ada yang lain. VW mempunyai keseluruhan buku. Ini biasanya lebih ketat daripada minimum kawal selia dan termasuk ujian imuniti yang jarang disentuh oleh peraturan.

Melewati semua ujian ini memerlukan wang dan masa. Kelayakan EMC penuh untuk BMS automotif berharga $30,000 hingga $50,000 dan mengambil masa tiga hingga empat minggu dalam bilik. Jika anda gagal, anda kembali dan perbaiki perkara dan uji semula. Saya telah melihat program membakar enam bulan dan $200,000 pada ujian EMC sebelum mereka mendapat lulus.

Electromagnetic Compatibility

Perisai ialah alat tumpul. Letakkan kotak logam di sekeliling bahan sensitif dan kebanyakan gangguan tidak boleh masuk. Kotak itu perlu berterusan walaupun. Jahitan bocor. Lubang untuk penyambung bocor. Slot pengudaraan pada asasnya adalah tingkap untuk tenaga RF.

Perisai sebenar bermaksud gasket konduktif pada setiap jahitan. Ia bermaksud penyambung ditapis atau kapasitor suapan pada setiap titik masuk wayar. Ini bermakna tiada slot yang lebih panjang daripada satu persepuluh panjang gelombang pada frekuensi kebimbangan tertinggi anda. Yang terakhir itu membingungkan orang. Jika anda mengambil berat tentang gangguan 1 GHz, slot anda mestilah kurang daripada 30 milimeter. Nasib baik mendapat udara penyejuk melalui itu.

Penapisan mengendalikan gangguan yang dijalankan. Anda meletakkan induktor dan kapasitor di tempat yang betul untuk menyekat hingar frekuensi tinggi semasa menghantar isyarat atau kuasa yang anda mahukan. Penapis mod pembezaan mengendalikan bunyi yang mengalir ke bawah satu wayar dan membelakangkan wayar yang lain. Tercekik mod biasa mengendalikan bunyi yang bergerak ke arah yang sama pada kedua-dua wayar.

Reka bentuk penapis adalah rumit. Impedans punca dan beban penting. Penapis yang menguji hebat di bangku simpanan mungkin tidak melakukan apa-apa dalam sistem sebenar kerana impedans adalah berbeza. Saya telah melihat jurutera dengan bangga menunjukkan kepada saya skema penapis mereka dan kemudian tertanya-tanya mengapa ukuran hingar tidak berubah. Mereka direka untuk sistem 50 ohm dan memasangkannya pada sesuatu yang kelihatan seperti 5 ohm pada frekuensi yang mereka ambil berat.

Strategi asas ialah tempat tinggal voodoo sebenar. Pek bateri mempunyai bahagian voltan tinggi dan voltan rendah. Bahagian HV termasuk sel dan penyentuh utama serta litar pracas. Bahagian LV mempunyai antara muka BMS dan CAN dan kadangkala terpencil-penukar DC. Kedua-dua sistem tanah ini harus bersambung tepat pada satu titik. Lebih banyak sambungan mencipta gelung. Gelung mengambil gangguan.

Mencari titik tunggal yang betul adalah satu seni. Ia bergantung pada tempat arus mengalir dan tempat pengukuran sensitif berlaku dan tempat sumber hingar hidup. Setiap susun atur adalah berbeza. Saya harap saya boleh memberi anda formula tetapi tidak ada satu pun.

Di dalam BMS susun atur PCB membuat atau memecahkan prestasi EMC.

Jauhkan barangan digital berkelajuan tinggi daripada litar pengukuran analog. Pemproses dan transceiver CAN dan mana-mana pengawal selia pensuisan menyembur bunyi. Input voltan sel dan litar pengukuran suhu adalah sensitif. Jarak fizikal membantu. Rehat pesawat darat antara bahagian lebih membantu.

Halakan pasangan pembezaan bersama-sama dan pastikan ia pendek. Garis deria dari pili sel harus memasuki papan sedekat mungkin dengan cip AFE. Jejak yang lebih panjang membawa lebih banyak gangguan.

Perhatikan laluan pulang anda. Arus perlu mengalir dalam gelung. Isyarat padam pada satu jejak dan kembali pada jejak yang lain. Jika laluan kembali tidak jelas, arus mencari jalannya sendiri dan cara itu mungkin gelung besar yang memancar seperti antena.

Tuangkan tembaga. Satah tanah yang besar mengurangkan impedans dan memberikan arus balik laluan kearuhan yang rendah. Jahitan vias mengikat satah dan mengurangkan resonans.

Beberapa tahun lalu saya berunding untuk permulaan membuat pek bateri untuk forklift. BMS mereka berfungsi hebat di bangku simpanan. Dalam forklift ia menjadi gila. Bacaan voltan melonjak-lonjak. Pengiraan SOC merayau-rayau.

Forklift itu mempunyai motor DC yang besar dengan pemacu pencincang. Setiap kali pencincang menukar arus dalam kabel utama berubah sebanyak beberapa ratus amp dalam beberapa mikrosaat. Medan magnet daripada dI/dt itu digabungkan ke dalam segala-galanya.

Percubaan membaiki mereka ialah menambah manik ferit pada garis deria. tidak melakukan apa-apa. Gangguan itu digandingkan secara magnetik ke dalam gelung yang dibentuk oleh wayar deria. Bongkah ferit dijalankan hingar bukan gandingan medan magnet.

Kami akhirnya menjalankan abah-abah deria melalui saluran fleksibel dan menghalakannya dari kabel utama. Kemudian kami menambah pasangan terpiuh dari setiap pili sel dan bukannya wayar tunggal. Memusing mengurangkan kawasan gelung yang boleh digabungkan oleh medan magnet. Akhirnya kami memperlahankan pensampelan pada cip AFE supaya ia disepadukan dalam lebih banyak kitaran gangguan. Purata bunyi bising.

Jumlah kos pembaikan kira-kira tiga dolar setiap pek dalam wayar dan saluran tambahan. Tidak ada kos jika mereka memikirkannya semasa reka bentuk asal.

Electromagnetic Compatibility

Jika anda membeli pek bateri atau papan BMS tanya tentang EMC sebelum anda membeli.

Piawaian apa yang mereka uji? Minta laporan ujian sebenar bukan sekadar sijil. Laporan menunjukkan persediaan ujian dan margin kepada had. Produk yang hampir tidak lulus adalah satu perubahan reka bentuk daripada gagal.

Apakah persekitaran elektromagnet yang mereka reka bentuk? BMS yang dimaksudkan untuk kereta golf mungkin tidak dapat bertahan dalam bas transit dengan tiga penyongsang daya tarikan.

Adakah mereka menguji pek lengkap atau hanya papan? Perumah dan pendawaian serta penyambung mengubah tingkah laku EMC. Menguji papan kosong memberitahu anda hampir tiada apa-apa tentang produk siap.

Apakah jenis penapisan dan perisai yang terbina dalam? Jika jawapannya ialah "kami bergantung pada penyepadu sistem untuk mengendalikannya" anda menghadapi masalah. Anda kini bertanggungjawab untuk pematuhan EMC dan anda mungkin tidak mempunyai kemahiran atau belanjawan untuk melakukannya dengan betul.

BMS tanpa wayar akan datang. Daripada menjalankan wayar deria ke setiap sel, anda meletakkan modul wayarles kecil pada setiap kumpulan sel dan ia menghantar data kembali ke pengawal utama. Kurang pendawaian. Lebih mudah untuk diservis.

Tetapi kini data pengukuran anda terbang melalui udara dalam isyarat radio. Isyarat itu harus bersaing dengan semua bunyi elektromagnet dari elektronik kuasa. Jalur wayarles sudah ramai. Saya telah melihat prototaip di mana BMS wayarles kehilangan komunikasi semasa pecutan keras kerana bunyi penyongsang menyekat penerima.

Voltan yang lebih tinggi menjadikan segala-galanya lebih sukar. Industri ini beralih kepada 800V dan seterusnya untuk pengecasan yang lebih pantas dan kabel yang lebih kecil. Lebih banyak voltan bermakna lebih banyak tenaga pensuisan dan lebih banyak EMI. Teknik yang sama masih berfungsi tetapi anda perlu melaksanakannya dengan lebih baik.

Integrasi terus meningkat. BMS dan pengecas onboard serta penukar DC-DC semuanya dihimpit ke dalam satu kotak. Kurang berat dan kos tetapi lebih banyak peluang untuk gangguan antara fungsi. Penderiaan sel analog perlu bertahan dalam kepungan yang sama dengan pengecas pensuisan 10 kW.

EMC tidak akan hilang. Ia menjadi lebih teruk setiap tahun apabila elektronik menjadi lebih pantas dan padat dan kami meminta mereka bekerja dalam persekitaran yang lebih keras. Pek bateri adalah nadi kenderaan elektrik dan memastikan ia tepat dan boleh dipercayai walaupun ribut elektromagnet di sekelilingnya adalah maksud kerja EMC.