Hvat er elektromagnetiskt samsvar?

Fimtan ár í hesi vinnuni og EMC bítur meg framvegis í rassin minst tvær ferðir um árið.

Í fjør vár fekk eg innkallað eina verkætlan til eina fyritøku, sum gjørdi avhendingarbilar. Teirra BMS helt fram at kasta kyknuyvirspenningsfeilir. Ikki verulig yvirspenningur - kyknurnar vóru í lagi. Eftirlits IC las rusk. Teir høvdu elt hetta í tríggjar mánaðir. Skiftaði AFE-flísarnar tvær ferðir. Umsæla vit nýta. Einki riggaði.

Tók mær tveir dagar at finna tað. Motorstýringin hjá teimum sat átjan tummar úr battarípakkanum. Ongin vernd teirra millum. Stýringin var í ferð við at skifta við 8 kHz og hvør kantur koplaði beint inn í kyknuspenningin sansalinjur. Tráðirnir virkaðu sum antennur. Tjúgu millivoltir av induseraðum larmi á eini máting, sum hevur tørv á millivolt neyvleika. BMS sá spenningspíkar, sum ikki vóru til og stongja alt.

Tað er EMC. Elektromagnetisk samsvar. Títt ting mugu arbeiða runt um annað uttan hvørki at skrúva upp á hitt.

EMC brýtur inn í tvey stykki og tú skalt fáast við bæði.

Útlát merkir larmin, sum tín eind setur út. Hvør skiftisrás útstrálar. Hvør tráður við skiftandi streymi skapar eitt magnetfelt. A DC-DC umformari koyrandi við 200 kHz spray RF orku um alt landið. Um tann orkan er nóg sterk, so snýtir hon útvarpið í førarahúsinum ella spillir CAN-bussboðini ella fær ABS-stýringina at halda, at hjólini eru læst upp.

Viðkvæmi er hin síðan. Hvussu nógv skitið kann tín eind taka, áðrenn hon steðgar upp at virka rætt. Eitt BMS skal lesa kyknuspenningar nágreiniliga, meðan hann situr við síðuna av einum invertara, sum hamrar DC-bussin við 400 amppulsum við 10 kHz. Sensing rásirnar hava brúk fyri at ignorera alt tað og máta framvegis sjálva kyknuspenningin.

Flestu verkfrøðingar, sum eg møti, hugsa um útlát, tí tað er tað, sum reguleringsroyndirnar fokusera á. Tey gloyma viðkvæmi, til vøran miseydnast á økinum. Síðani ræðast øll.

Gamla leið-acid battarí sótu bara har. Tú boltaði tey inn og knýtti tveir kaðalar saman. Kanska hevði tú eina shunt til streymmáting. Tað var tað.

Litiumpakkar hava elektronikk allastaðni. BMS hevur eftirlit við hvørjari kyknu. Tað tosar við hitasensorar, sum eru spreittir um pakkan. Tað samskiftir við akfarið yvir CAN ella onkran annan buss. Tað stýrir kontaktum. Tað roknar út løðingstilstand og heilsutilstand við at nýta algoritmur, sum eru treytaðar av nágreiniligum mátingum.

Nágreiniligt er lyklaorðið. Ein kyknuspenningsmáting, sum rekur við 50 millivoltum, kastar tína SOC-útrokning av. Ger tað tvørtur um hundrað kyknur og tín økismeting er ónýtilig. Drift tað við 100 millivolum og tú kanst yvirhála eina kyknu ella sakna eina undirspenningstilstand.

Sensingtráðirnir eru tað veika punktið. Teir koyra frá hvørjum kyknukrana til BMS-kortið. Í einum stórum pakka, sum merkir tráðir, sum koyra tveir metrar ella meira gjøgnum eitt umhvørvi fullt av elektromagnetiskum larmi. Hvør tráður tekur upp inntriv. Jú longri tráðurin jú verri er trupulleikin.

Eg arbeiddi við einum bussbattarípakka har vit harness rann beint við høvuðs DC bussbarrini. Strikurnar høvdu 300 ampur við akseleratiónini. Magnetfeltið frá tí streyminum induseraði millivolt-}støði signal í sansa tráðunum. BMS helt, at kyknurnar hoppaðu upp og niður. Tað fór í verndarhátt og drap bussin á motorvegnum.

Electromagnetic Compatibility

Brekháttarnir eru ljótir.

Falskir yvirspenningstúrar eru vanligir. Larm leggur afturat veruligu kyknuspenninginum og BMS heldur, at kyknan er við 4,3V tá hon faktiskt er við 4,1V. Vernd sparkar inn og skipanin stongdi. Operatørurin sær eina feilkotu, sum ikki gevur meining, tí kyknurnar eru í lagi.

Falsk undirspenningur er verri. BMS heldur, at ein kykna er lægri enn hon veruliga er. Tað heldur fram at røkja framvið trygga markinum. Veruligur skaði hendir.

Samskiftisfeilur rudda tingini upp øðrvísi. Ein battarípakki kann hava seks ella átta eftirlitsborð daisy-kettað á einum issoSPI bussi. Hasin bussurin koyrir við nøkrum megahertz. EMI spillir ein pakka og knappliga hevur høvuðsstýringin ringar dátur til sekstán kyknur. Sløkkir tað? Brúkar tað seinasta góða lesturin? Interpolerar tað? Hvør møguleiki hevur trupulleikar.

Hitamátingin fær eisini skeivt. NTC termistar framleiða smá signal. Nakrar fáar millivoltir av larmi sær út sum ein tjúgu stig hitasveiggj. BMS kann kanska tendra køling, sum ikki er neyðug ella sleppa undan einum termiskum runway, sum byrjar.

Reguleringsnormar eru til, men teir eru eitt rumbul av yvirlappandi krøvum.

FCC 15. partur fevnir um útlátið í Norðuramerika. Tað setur mørk fyri, hvussu nógva RF-orku tín vøra kann sproyta í luftina. Mørkini eru treytað av, um tú selur til brúkarar ella vinnubrúkarar. Ídnaðarliga fær meira slakk.

Fyri akfør viðger tú eisini CISPR 25 og CISPR 12. Hetta eru altjóða standardir, sum flestu lond taka til sín við smáum tillagingum. Tey tilskila royndarhættir og mørk fyri gjørdum og útrýmdum útláti frá akførum og akfarslutum.

Evropeiska CE-merkið krevur, at EMC-skipanin verður hildin. Tað merkir vanliga at møta EN 55032 fyri útlát og EN 55035 fyri immunitet. Fyri billutir vísir tú til EN 50498 ístaðin.

Síðani hevur hvør bilur OEM sínar egnu specs lagt omaná. Ford hevur sítt. GM hevur eitt annað. VW hevur eina heila bók. Hesar eru vanliga strangari enn reguleringsminstamarkið og fevna um immunitetsroyndir, sum reglugerðin næstan ikki nerta við.

At koma ígjøgnum alla hesa royndina kostar pengar og tíð. Ein full EMC-útbúgving fyri ein bil BMS koyrir $30.000 til $ 50.000 og tekur tríggjar til fýra vikur av kamarstíð. Um tú miseydnast fert tú aftur og rætta tingini og roynir aftur. Eg havi sæð forrit brenna seks mánaðir og $200.000 á EMC royndum áðrenn tey fingu pass.

Electromagnetic Compatibility

Verjing er tað blunt ljóðførið. Set ein metal kassa um tað viðkvæma tingið og flestu inntrivir kunnu ikki sleppa inn.Kassin skal tó vera samfeldur. Seamur lekur. Hol til stikk leka. Ventilatiónspláss eru í grundini vindeygu til RF-orku.

Verulig vernd merkir leiðandi pakningar við hvørja seymi. Tað merkir filtrerað stikk ella føðikondensatorar á hvørjum tráðinngongd. Tað merkir ikki, at slots longri enn ein tíggjundapartur av bylgjulongd við tínum hægsta títtleika av stúran. Tað seinasta túrar fólk upp. Um tú hevur umsorgan fyri 1 GHz inntrivum mugu tíni pláss vera minni enn 30 millimetrar. Góða eydnu at fáa kølandi luft ígjøgnum tað.

Filtreringshandtøk gjørdu inntriv. Tú setur induktorar og kondensatorar á røttu støðunum fyri at blokera háfrekventan larm, meðan tú fert framvið teimum signalum ella kraft, sum tú faktiskt ynskir. Eitt differential modefiltur handfarar larm, sum ferðast niðan á ein tráð og aftur hin. Ein vanligur háttur choke handfarar larm, sum ferðast somu ætlan á báðum tráðunum.

Filtursniðgeving er ørkymlandi. Impedansan í keldu- og lastmálinum hevur týdning. Eitt filtur, sum roynir væl á beinkinum, kundi einki gjørt í sjálvari skipanini, tí impedansurnar eru ymiskar. Eg havi sæð verkfrøðingar stolt vísa mær teirra filturskipan og undrast síðani á, hví larmmátingarnar ikki broyttust. Teir gjørdu til eina 50 ohm skipan og settu hana í okkurt, sum sá út sum 5 ohm við frekvensunum, sum teir høvdu umsorgan fyri.

Grounding strategi er har tann veruliga voodoo býr. Battarípakkin hevur háspennings- og lágspenningspartar. HV-síðan fevnir um kyknurnar og høvuðskontaktarnar og forløðingarrásina. LV-síðan hevur BMS og CAN-grunnflatuna og onkuntíð isoleraðar DC-DC-umformarar. Hesar báðar jarðskipanir skulu binda saman júst eitt punkt. Fleiri sambond gera lykkjur. Lykkjur taka upp inntriv.

At finna rætta einkulta punktið er ein list. Tað veldst um, hvar streymurin rennur og hvar tær viðkvæmu mátingarnar henda og hvar larmkeldurnar liva. Hvør uppseting er ymisk. Eg vildi ynskt at eg kundi givið tær ein formula men tað er ikki ein.

Inni í BMS ger PCB uppsetingin ella brýtur EMC avrikið.

Halt háferð talgild ting burtur frá analogum mátingarrásum. Prosessarin og CAN-transceiver og møguligir skiftisregulatorar sproyta larm. Frumuspenningsinntøkurnar og hitamátingarrásirnar eru viðkvæmar. Kropslig frástøða hjálpir. Grundflogfarsbrot millum partar hjálpa meira.

Route differential parar saman og halda tey stutt. Vit linjur frá kyknukranunum skulu koma inn á borðið so tætt sum gjørligt til AFE-flísina. Longri spor taka meira inntriv upp.

Hygg eftir tínum afturlatingarleiðum. Streymur skal renna í lykkju. Signalið fer út á eitt spor og kemur aftur á eitt annað. Um afturvendandi leiðin ikki er týðilig, so finnur streymurin sín egna veg og tann hátturin kundi verið ein stór lykkja, sum útstrálar sum ein antenna.

Koyr kopar. Stórar jørðflogfør minka um impedansina og geva avkaststreyminum eina lága induktansuleið. Samanseyming vias binda flogførini saman og minka um resonansur.

Fyri nøkrum árum síðani ráðførdi eg meg við til ein startup at gera battarípakkar til gaffiltrukkar. Teirra BMS virkaði sera væl á beinkinum. Í gaffiltrukkinum gekk tað ørkymlandi. Spenningsavlesingar hoppaðu runt. SOC-útrokningin reikaði um alt.

gaffiltræið hevði ein stóran DC motor við einum chopper-drivi. Hvørja ferð chopper skifti streymin í høvuðskaðalunum, sum vóru broyttir við nøkrum hundrað forsterkarum í nøkrum fáum mikrosekundum. Magnetfeltið frá tí dI/dt koplað inn í alt.

Teirra fix roynd var at leggja ferrit perlur á sansalinjurnar. Gjørdi einki. Inntrivið var at koppa magnetiskt inn í lykkjurnar, sum eru myndaðar av sansavráðunum. Ferrites blokkur gjørdi larm ikki magnetfeltskopling.

Vit endaðu við at koyra vit harness gjøgnum fleksibla leiðslu og leiða hana burtur frá høvuðskaðalunum. Síðani løgdu vit eitt snúð par úr hvørjum kyknukrana ístaðin fyri einkultar tráðir. Snúning minkar um lykkjuøkið, sum magnetfeltið kann para seg inn í. At enda bremsaðu vit sýnistøkuni á AFE chipinum so tað integreraði yvir fleiri ringrásir av inntrivinum. Larmurin var í miðal.

Samlað fix kostaði umleið tríggjar dollarar fyri hvønn pakka í eyka tráð og leiðslu. Hevði einki kostað, um tey høvdu hugsað um tað undir upprunaliga sniðgevingini.

Electromagnetic Compatibility

Um tú keypir battarípakkar ella BMS-kort spyrja um EMC áðrenn tú keypir.

Hvørjar standardir royndu tey? Bið um sjálvar royndarfrágreiðingarnar ikki bara eitt prógv. Frágreiðingarnar vísa royndaruppsetingina og marginalin til markið. Ein vøra, sum næstan ikki gongur, er ein sniðgevingarbroyting burtur frá at miseydnast.

Hvat elektromagnetiskt umhvørvi sniðgaðu tey til? Eitt BMS, sum er ætlað einum golfvogni, kann ikki yvirliva í einum samferðslubussi við trimum traktiónsinvertørum.

Royndu tey fullkomna pakkan ella bara borðið? Bústaðar- og leiðslu- og stikkini broyta EMC-atferðina. At royna eitt berað borð sigur tær næstan einki um lidnu vøruna.

Hvat slag av filtrering og verju er innbygt? Um svarið er "vit stóla á skipanina integrator at handfara tað" hevur tú ein trupulleika. Tú hevur nú ábyrgdina av EMC-fylgjuni og tú hevur kanska ikki førleikar ella fíggjarætlan til at gera tað rætt.

Tráðleyst BMS kemur. Ístaðin fyri at koyra vit tráðir til hvørja kyknu setur tú eitt sindur av tráðleysum moduli á hvønn kyknubólk og hon sendir dáturnar aftur til høvuðsstýringina. Minni leiðslur. Lættari at tæna.

Men nú flúgva tíni mátidátur ígjøgnum luftina í einum radiosignali. Tað signalið skal kappast við allan elektromagnetiska larmin frá kraftelektronikkinum. Tráðleysu bandini eru longu fullsett. Eg havi sæð prototypur har tráðleysa BMS misti samskiftið undir harðari akseleratión tí inverter larmurin jammaði móttakaran.

Hægri spenningar gera alt harðari. Vinnan flytur til 800V og harumframt til skjótari løðing og smærri kaðalar. Meira spenningur merkir meira skiftisorka og meira EMI. Somu teknikkir virka enn men tú mást útføra teir betur.

Integratiónin heldur fram at vaksa. BMS og løðarin umborð og DC-DC-umformarin øll tjúkkað í ein kassa. Minni vekt og kostnaður men fleiri møguleikar fyri inntrivum millum funktiónir. Analogkyknufølingin skal yvirliva í sama høli sum ein 10 kW skiftiløðari.

EMC fer ikki burtur. Tað gerst verri hvørt ár, so hvørt sum elektronikkur gerst skjótari og tættari og vit biðja tey arbeiða í harðari umhvørvi. Battarípakkin er hjartað í el-akfarinum og heldur hann nágreiniligan og álítandi hóast elektromagnetiska ódnina rundan um hann er tað, sum EMC arbeiðir snýr seg um.