In modernen Elektrofahrzeugen sind ausgedehnte Hochvoltnetze mit mehreren hundert Volt Spannung für den Leistungsfluss zwischen den verschiedenen elektrischen Betriebsmitteln installiert. Zu den angeschlossenen Komponenten zählen neben der Batterie und dem Wechselrichter zur Ansteuerung der Drehstrommaschinen auch kleinere Verbraucher wie ein DCDC-Converter, die Batteriekühlung, Wärmepumpe und Fahrzeugheizung. Für den sicheren Betrieb müssen sich DC- und AC-Spannungen sowie alle relevanten physikalischen Parameter von der Temperatur über die Beschleunigung bis zu Kraft und Druck hochvoltsicher messen lassen. Dabei steigen Prüfungsumfang und Komplexität, weil die HV-Infrastruktur bei gehobenen Fahrzeugklassen immer mehr Komfort-Aggregate beinhaltet und schwere Premiumkarossen meist über mehrere leistungsstarke Elektromotoren verfügen.
Spezialkabel für Hochvolt-Messungen
Seit rund einem Jahrzehnt entwickelt und produziert der Spezialkabel-Hersteller SAB Bröckskes Hochvolt-Leitungen für die Elektromobilität und bietet für Messgrößen wie Temperatur, Spannung, Beschleunigung oder DMS spezifizierte Messkabellösungen an. Auch für die Verkabelungen in Prüfständen oder Laboren, um beispielsweise Schaltschränke oder Batterietestsysteme anzuschließen, fertigt das Unternehmen Einzeladern in geschirmter und ungeschirmter Ausführung für Spannungen bis 1,8/3 kV.
Zum Portfolio gehören Anschlusskabel für Beschleunigungssensoren (IEPE) und Dehnungsmesstreifen, um in Hochvolt-Umgebung Beschleunigung und mechanische Spannung zu messen, HV-Messkabel für die DC- und AC-Spannungsmessung sowie hochflexible HV-Leitungen zur Temperaturmessung. Darüber hinaus führt der Hersteller ein- und mehrkanalige HV-Sensoren vom Typ K, HV-Fühler Pt100/Pt1000 und HV-Prüfadapter im Sortiment. HV-Sensoren vom Typ K sind mechanisch robuste Messfühler, die sich optimal zur präzisen Temperaturerfassung an Wechselrichtern, Elektromotoren, Hochvoltbatterien und der Leistungselektronik eignen.
Für hohe Prozesstemperaturen, wie sie etwa bei der thermischen Aushärtung von Isolationsmaterialien in elektrischen Aggregaten oder anderen Hochvoltkomponenten auftreten, sind bei SAB Bröckskes für Umgebungstemperaturen bis 200°C ausgelegte Varianten erhältlich. Abgerundet wird das Angebot durch HV-Widerstandssensoren vom Typ PT100/1000, die aufgrund der vollflächigen Auflage und schlanken Bauform prädestiniert für hochpräzise Messungen bei geringer thermischer Masse und vergleichsweise kurzen Ansprechzeiten sind. Zu den vielfältigen Einsatzbereichen dieses Sensortyps zählt die Temperaturerfassung zwischen einzelnen HV-Batteriezellen.
Modulares Messsystem
Zusammen mit seinem Technologiepartner CSM aus Filderstadt hat SAB Bröckskes ein HV-Messsystem aus Messmodulen, Temperatursensoren und Messkabeln für E-Mobility Hochvolt-Komponenten eingeführt. Das HV-System aus Sensorkabel, Stecker, Buchse und Messmodul ermöglicht den Einsatz von nichtisolierten Sensoren bis 1.000 V DC Arbeitsspannung. Es bietet geprüfte Sicherheit nach DIN EN 61010 und ist für den mobilen Einsatz in Elektro- und Hybridfahrzeugen sowie für stationäre Installationen ausgelegt, um Strom, Spannung und Leistung direkt in Hochvolt-Leitungen zu messen. Das System eignet sich gleichermaßen für HV-Messungen an elektrifizierten Kommunalfahrzeugen sowie an mobilen Forst-, Agrar- und Baumaschinen.
Von SAB Bröckskes eigens auf die Messmodule abgestimmte HV-Sensorleitungen – wie die HV-2-Kanal Analogmesskabel (90 V), HV 4-Kanal Spannungsmesskabel (90V) und 4-Kanal Spannungsmesskabel (1000 V) – sorgen für eine sichere Messkette vom Sensor bis zur Datenerfassung. Auch gängige Sensoren aus dem Niedervolt-Umfeld lassen sich damit in HV-Anwendungen einbinden.
Für das Data Logging und Management von Messwerten aus Hoch- und Niedervolt-Umgebungen hat CSM im Verbund mit Vector Informatik ein skalierbares E-Mobility-Messsystem für Fahrzeug und Prüfstand entworfen. Das dezentrale Messsystem ermöglicht unter anderem die synchrone Erfassung der Messdaten von Messmodulen, Fahrzeug-Bussen und Steuergeräten, die Direktmessung von Strom und Spannung in Hochvolt-Leitungen mit bis zu 1 MHz sowie eine vielkanalige Echtzeit-Leistungsanalyse.
Mehrstufig abgesichert
Die Hochvolt-Prüfsicherheit der Messmodule wird durch ein mehrstufiges Sicherheitskonzept gemäß den Bestimmungen der DIN EN 61010 für elektrische Mess-, Steuer-, Regel- und Laborgeräte gewährleistet. Eine Isolationsbarriere im Messmodul sorgt für eine gesicherte Übertragung der Messdaten und die für den Betrieb des HVMessbereichs erforderliche Leistung. Alle SAB-Sensorleitungen besitzen eine mehrfache Isolierung zum Schutz gegen elektrischen Schlag. Eine als Abnutzungsindikator fungierende blaue Zwischenisolierung signalisiert Beschädigungen des Kabelmantels.
Der speziell entwickelte HV-Stecker des Sensorkabels wird über einen Knickschutz am Messmodul in die HV-Modulbuchse eingesteckt. HV-Stecker und HV-Buchse sind berührsicher ausgeführt. Vor der Auslieferung durchläuft jedes Messmodul eine per Prüfprotokoll dokumentierte Stückprüfung nach DIN EN 61010. Ein akkreditiertes Prüflabor führt Typprüfungen des Gesamtsystems aus Messmodulen und Signalkabeln durch. In weiteren Testverfahren werden die Einheiten auf EMV, Schock- und Vibrationsfestigkeit sowie ihren Schutzgrad von IP65 beziehungsweise IP67 geprüft.
Darüber hinaus empfiehlt CSM, möglichst im jährlichen Turnus HVIsolationstests vorzunehmen, da die Module durch hohe Temperaturen oder starke mechanische Belastung Schaden nehmen können. CSM bietet diese Tests als Serviceleistung an oder liefert die hierzu selbstentwickelte Prüftechnik an Anwender mit hohem Prüfaufkommen zur eigenständigen Isolationsprüfung.
