▲Leo Huang, Vorsitzender von Chroma, sagte: „Chroma ist nahezu 40 Jahre im Geschäft. Die ganze Zeit hindurch gehörte die Prüfung von Leistungselektronik immer zum wichtigsten und erfolgreichsten Entwicklungsbereich von Chroma.“

Chroma ATE Inc. (Chroma) veranstaltete kürzlich ein Seminar über die Elektrofahrzeuge (EV) und Technologien zur Prüfung von Energiespeichern. Bezüglich der Trends in der Industrie und Messtechniken sagte Leo Huang, Vorsitzender von Chroma: „Chroma ist nahezu 40 Jahre im Geschäft. Die ganze Zeit hindurch gehörte die Prüfung von Leistungselektronik immer zum wichtigsten und erfolgreichsten Entwicklungsbereich von Chroma. Von der Leistungsprüfung für Produkte der Informations- und Kommunikationstechnologie (ICT) bis hin zu Produkten, die zur Luftfahrt gehören, sind Chromas Instrumente in der Lage, ein breites Gerätespektrum zu prüfen. Vor etwa 15 Jahren eröffnete unsere Zusammenarbeit mit einem namhaften amerikanischen Herstellen von Elektrofahrzeugen der Zugang für Chroma, mit dem sich das Unternehmen Eintritt in die Industrie der Elektrofahrzeuge verschaffte.“ Mit zunehmender Wichtigkeit von Netto-Null-Kohlendioxid-Emissionen und dank proaktiver Bemühungen von Regierungen weltweit wurden Elektrofahrzeuge zu einem wichtigen Anwendungsbereich, der in diesem Jahr weiter anwächst. Wie bei den herkömmlichen Verbrennerfahrzeugen gehört der Sicherheitsschutz von Insassen und Fahrern von Elektrofahrzeugen zum obersten Anliegen. Dieses Bedürfnis nach Sicherheit macht die Prüfung von Elektrofahrzeugen umso wichtiger, wodurch sich Chroma veranlasst fühlte, eine umfassende Reihe von Testlösungen für Elektrofahrzeuge zu entwickeln.

Zur Erfüllung von sich ändernden Anforderungen an Ladevorgänge bieten Chroma und ITRI eine umfassende Testlösung an

Jason Chen, leitender Manager bei Chroma, führte weiter aus, dass der funktionale Sicherheitsstandard ISO 26262 der bekannteste Standard auf dem Markt ist und jetzt schon seit geraumer Zeit vorliegt. Dieser Standard gilt auch für Verbrennerfahrzeuge und er wird immer wichtiger werden, während die Welt die Epoche der Elektrofahrzeuge einläutet. In diesem Zusammenhang erwähnt Herr Chen insbesondere das Konzept von PHIL (Leistungshardware in the Loop). PHIL ist im Grunde ein Semi-Simulationssystem, das für die Prüfung elektronischer Steuergeräte (ECU) von Elektrofahrzeugen ziemlich gut geeignet ist. Obgleich es in der Vergangenheit kaum Bedarf an Prüfungen des Hochleistungssystems von Verbrennerfahrzeugen gab, hat sich dies mit der Einführung von Elektrofahrzeugen geändert. Aus diesem Grund nutzt Chroma Prüfgeräte zur Simulation des Verhaltens von Hochleistungsein-/-ausgängen in Bezug zum gesamten Fahrzeug, sodass sich praktische Tests mit Hochspannungen und Starkströmen durchführen lassen. Neben der Prüfung von Batteriemodulen bietet Chroma Testsysteme für einen breiten Anwendungsbereich, von AC/DC-Ladestationen, Motorantrieben, OBC/DC-DC-Wandler bis sogar zum eigentlichen Batteriepack. Diese Systeme lassen sich alle auf unterschiedliche Prüfbedingungen, die auf bestimmten Anforderungen basieren, anpassen.

Im Einklang mit den Ausführungen von Herrn Chen gewährte Steve Cheng, stellvertretender Produktmanager bei Chroma, weitere Einblicke in die Ladespezifikationen von Elektrofahrzeugen. Den Untersuchungen von Herrn Cheng nach wird sich das Design von integrierten Ladegeräten (OBCs) in Richtung bidirektionaler Lade-/Entladeeigenschaften entwickeln. Außerdem wird aufgrund künftiger Nachfragen die Ladeleistung von Wechselstrom (AC) mit Spannungen höher als 600 Volt von den etablierten 11 kW auf 22 kW aufgerüstet werden. Der Leistungsbereich von Gleichstrom (DC) wird in drei unterschiedliche Stufen unterteilt, nämlich 240 kW, 360 kW und 480 kW.

Dr. Kao-Hone Chu vom Industrial Technology Research Institute (ITRI) erklärte die Wichtigkeit der Kommunikation bei Ladevorgängen, indem er den DC-Ladeablauf von Elektrofahrzeugen und das entsprechende Protokoll, das Combined Charging System (CCS), näher ausführte. Dr. Chu analysierte die Gründe, warum die Kommunikation bei Ladevorgängen so wichtig ist. Erstens ist es für das Stromversorgungssystem unbedingt erforderlich, dass der Empfänger als Elektrofahrzeug identifiziert wird. Demzufolge ist die Kommunikation für gegenseitige Verifizierung erforderlich. Zweitens sind die marktgängigen Ladesysteme sehr verschiedenartig, sodass jedes einzelne System eine maßgebliche Betriebsflexibilität besitzen muss. Mittels Kommunikation können die Parameter der Ladeinfrastruktur und des Elektrofahrzeugs entsprechend angepasst werden, um eine effiziente Ladefunktionalität zu erzielen. Nicht zuletzt hilft die Kommunikation der Ladevorgänge dabei, unnötige Unfälle zu vermeiden.

Bei den Prüfungen erwies sich die Kompatibilitätsprüfung mit mehreren Marken und Herstellern als eine ziemliche Herausforderung. In den Anfängen der Entwicklung eines Marktes für Elektrofahrzeuge wurde weniger Zeit für die Kompatibilitätsprüfung aufgebracht, da es schlicht weniger Modelle und Marken gab. Da sich die Anzahl an Fahrzeugen und Marken zwischenzeitlich erhöht hat, bleibt dieser Prozess zeitaufwändig, trotz Einsatz kommunikativer Kompatibilitätsprüfung. Folglich ist der Einsatz von automatisierten Prüfungen eine effizientere Vorgehensweise. Darum ersuchte ITRI bei der Entwicklung eines automatisierten Testsystems Chroma um Beistand. Bei dieser Lösung entfällt die Notwendigkeit einer physikalischen Fahrzeugprüfung. Außerdem gestattet sie die Einführung unterschiedlicher anomaler Bedingungen für die Validierung, die derzeit ein übliches Szenario in der Zusammenarbeit zwischen ITRI und Chroma darstellt.

Für eine forcierte Entwicklung von Batteriemanagementsystemen ist Testautomatisierung unvermeidlich

Jason Lin, stellvertretender Produktmanager bei Chroma, führte aus, dass sich die Prüfung des Batteriepacks in Elektrofahrzeugen nach zu prüfenden Komponenten unterteilen lässt: Der eigentliche Batteriepack, die Batteriemanagementeinheit (BMU), die Batteriemodule und -zellen, die Batterietrenneinheit (BDU) und das Thermomanagementsystem. Den Untersuchungen von Chroma nach wird die Entwicklung des Batteriemanagementsystems (BMS) in Elektrofahrzeugen hauptsächlich von Herstellern von Elektrofahrzeugen angeführt, da Batteriehersteller und BMS-Lieferanten sich generell nach den Anforderungen richten müssen, die von den Herstellern von Elektrofahrzeugen festgelegt werden.

Herr Lin erwähnte zudem, dass die Nutzung von Unified Diagnostic Services (UDS) auf dem Markt vorkommt, nicht nur in Elektrofahrzeugen, sondern auch in anderen Produkten, wie Elektroscootern. Dieser Dienst ermöglicht Herstellern von Elektrofahrzeugen die Bereitstellung eines praktischeren Kundendienstes. Bezüglich des Batteriepackdesigns legen herkömmliche Vorgehensweisen den Hauptfokus auf vorbeugende Maßnahmen, wie z. B. Verwaltung von Parametern wie Spannung und Temperatur oder Optimierung der Leistung bei der Wärmeableitung. In den letzten Jahren wurden jedoch Designs zur Flammhemmung und Schadensminderung eingesetzt, um zu gewährleisten, dass der Batteriepack nicht Feuer fängt. Flammhemmende Materialien werden zwischen den Batteriezellen installiert, damit das thermische Durchgehen einer Zelle nicht auf die anderen Zellen übergreift. Als Mechanismen zur Schadensminderung werden Vorrichtungen zur Brandbekämpfung installiert, die ein Feuer im Falle eines Zellenausfalls direkt löschen können. Unterdessen werden die Insassen auch aufgefordert, unverzüglich aus dem Fahrzeug auszusteigen.

Hinsichtlich der Analyse von Entwicklungstrends in der Testpraxis erwähnte Sharman Chang, leitender Produktspezialist bei Chroma, dass Elektrofahrzeuge hochgerechnet ein jährliches Wachstum von ungefähr 20 % zwischen 2020 und 2030 verzeichnen werden. Dies bedeutet eine größere Nachfrage nach Batterien auf dem Markt, die wiederum dafür sorgt, dass sich Automatisierungslösungen und intelligente Lösungen bei der Herstellung und den Prüfungen abzeichnen werden. Zu den Vorteilen der Automatisierung gehören die Aufrechterhaltung einer konsistenten Qualität und die Optimierung des Durchsatzes in der gesamten Fertigungsstraße gemäß den Produktionszielen unterschiedlicher Fabriken. Durch Standardisierung und Digitalisierung des Testablaufs verringert die Automatisierung den Bedarf an körperlicher Arbeit und steigert die Produktivität der Arbeit. Nach einer automatisierten Prüfung können die Daten in die Produktionsleitsysteme (MES) integriert und in die Cloud hochgeladen werden, damit das Produktentwicklungsteam eine Rückmeldung erhält. Derartige Eingliederungen erleichtern Produktkorrekturen und beschleunigen den Entwicklungsprozess.

Zum Thema der elektrischen Sicherheit machte Kenny Ni, Produktleiter bei Chroma, darauf aufmerksam, dass die generelle Prüfung der elektrischen Sicherheit zur Verhütung von Körperverletzungen 4 Prüfpunkte enthält, nämlich HiPot/Spannungsfestigkeit, Isolationswiderstand, Schutzleiterwiderstand und Verluststrom. Zu den elektrischen Sicherheitsstandards, die sich auf Elektrofahrzeuge beziehen, gehören GB 18384, UL 2580, IEC 61982, IEC 62133, IEC 62660, UL 2251, IEC 62196, UL 2202, UL 2594, IEC61851-1 und UL 9540. Die wichtigsten Prüfpunkte liegen: (1) zwischen gefährlichen Spannungskreisen und dem Gehäuse des Prüflings (DUT), (2) zwischen gefährlichen Spannungskreisen und zugänglichen, nicht unter Spannung stehenden leitfähigen Teilen oder Niederspannungskreisen des Prüflings (DUT), (3) zwischen dem gefährlichen Ladestromkreis und den Ladeanschlüssen, (4) zwischen gefährlichen Spannungskreisen und allen zugänglichen Teilen, (5) zwischen den leitfähigen Teilen und der Metallfolie, die in Kontakt mit den zugänglichen Teilen steht, sowie (6) zwischen dem positiven/negativen Anschluss und den zugänglichen, nicht unter Spannung stehenden leitfähigen Teilen usw. Chroma verfügt über ein Prüfgerät, Chroma 19032-P genannt, das alle oben genannten Prüfpunkte der elektrischen Sicherheit bewältigen kann. Unterschiedliche Testkarten sind zur Anpassung an veränderliche Testanforderungen erhältlich. Werden weitere Prüfpunkte oder komplexere Systemprüfungen benötigt, kann Chroma 19032-P auch in automatisierte Testsysteme integriert werden, um eine noch umfassendere Lösung zu liefern.

Im Großen und Ganzen entwickelte Chroma umfassende Testlösungen für Batterien und Ladevorgänge von Elektrofahrzeugen, die sich auf die weltweite Marktnachfrage ausrichten lassen. Diese Lösungen helfen Kunden bei der zeit- und kostensparenden Durchführung von automatisierten Prüfungen gemäß verschiedenartigen Bestimmungen. Auf diese Weise ist Chroma in einer guten Position, die immensen Geschäftsmöglichkeiten in der Industrie der Elektrofahrzeuge wahrzunehmen.

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