800 Voltos hajtásláncok új hibajelenségei és diagnosztikai kihívásai

A nagyfeszültségű rendszerekben a kábelek szigetelésvizsgálata kritikus, mert megakadályozza az elektromos kisülést és garantálja az elektromos rendszerek biztonságát és megbízhatóságát. A szigetelés hibái vagy gyengeségei rövidzárlatot, túlmelegedést, vagy akár tüzet okozhatnak, ami veszélyezteti az utasok biztonságát és az autó teljesítményét. A szigetelésvizsgálat segít időben azonosítani ezeket a problémákat, megelőzve a károsodást és a váratlan meghibásodásokat, így növelve az elektromos járművek hosszú élettartamát.

A FEV kifejlesztette a megoldást a nagyfeszültségű elektromos meghajtóegységek részleges kisülésének korai észlelésére és megelőzésére. Az autóipari innovátor PD-HVX (Partial Discharge – High Voltage X) diagnosztikai megoldása elektromágneses frekvenciaelemzést alkalmaz, amely egy precíz és megbízható módszer a nagyfeszültségű rendszerek elektromágneses mezőinek mérésére.

A PD a részleges kisülés

A részleges kisülés (PD - partial discharge) olyan helyi elektromos átütés, amely gyakran jelentkezik nagyfeszültségű rendszerekben, legtöbbször kis hibák vagy szennyeződések miatt a szigetelőanyagokban. Ez a jelenség lassan károsíthatja a szigetelést, ami végül a jármű meghibásodásához vezethet. A PD azonosítása és kezelése létfontosságú az elektromos járművek biztonságának és megbízhatóságának biztosítása érdekében. A részleges kisülés egyfajta helyi elektromos szikragyújtás, amely általában 600 voltnál nagyobb feszültségeknél jelentkezik. Az uralkodó nagy elektromos térerősség miatt az egyszeres töltéshordozók képesek áthatolni a szigetelőrétegen. A jelenség nem függ attól, hogy a szigetelőanyag szilárd, folyékony vagy gáz halmazállapotú.

A PD régóta ismert jelenség az elektromos rendszertervezés és a nagyfeszültségű átviteli hálózatok területén. Az autóiparban azonban még mindig viszonylag ismeretlen, bár a 800 V-os üzemifeszültségű hajtásláncok terjedésével egyre nagyobb figyelmet kap. A részleges kisülést kisebb hibák vagy inhomogenitások is okozhatják, mint például a szigetelőanyag levegő- vagy porzárványai, valamint felületi szennyeződések. Ezek lehetnek mikrorepedések vagy más hasonló problémák, amelyek gyártási folyamat kisebb hibáiból is eredhetnek.

Ha a PD észrevétlen marad és ismétlődően előfordul, a szigetelés fokozatosan károsodik. Az elektromos meghajtóegységek (EDU) belső részeiben a PD rövidzárlatot okozhat, ami végül a hajtás idő előtti meghibásodásához és a jármű leállásához vezethet.

Az autóiparban a PD szerepe növekszik, különösen a 800 V-os technológia elterjedésével. A magasabb feszültség miatt az elektromos meghajtóegységek, különösen az elektromos motorok, különösen sérülékenyek lehetnek a PD szempontjából. Ennek megfelelően kiemelt figyelmet kell fordítani az ellenőrzésekre és a megfelelő kezelésre az elektromos járművek gyártása és karbantartása során.

A megoldás

A FEV frekvenciaelemzéses módszere az elektromágneses mezők frekvenciajának mérésével és elemzésével azonosítja a részleges kisüléseket elektromos rendszerekben. Az elektromágneses frekvenciaelemzés során speciális érzékelőket használnak a nagyfeszültségű elektromos rendszerek körül lévő elektromágneses mezők mérésére. Ezek az érzékelők képesek észlelni a részleges kisülés okozta apró, jellegzetes változásokat az elektromágneses mező frekvenciaspektrumában. Az elemzés során az adatokat összehasonlítják a normál működési paraméterekkel, és az eltérések alapján azonosítják a potenciális problémákat. Ezáltal még a látható jelek vagy károsodások megjelenése előtt fel lehet ismerni a részleges kisüléseket.

A PD-HVX az első és jelenleg az egyetlen kereskedelmi forgalomban kapható megoldás a részleges kisülések észlelésére az autóiparban. A módszer elektromágneses mezőket mér a vizsgált meghajtóegység körül, és elektromágneses frekvenciaelemzést alkalmaz, ami az elektromos meghajtások vizsgálatának legpontosabb és legmegbízhatóbb módszere. A modern inverter-alapú elektromos meghajtások mérhető elektromágneses mezőt generálnak a PWM-en keresztül. A PD-HVX megbízhatóan szűri ezeket a zavarjeleket, növelve a mérés érzékenységét. A szoftver a mérések eredményeit használja a részleges kisülések észlelésére működés közben.

A FEV szerint a szolgáltatáscsomag a járműgyártóknak és a beszállítóknak optimális, a tesztberendezés lehetővé teszi a PD korai felismerését és megelőzését, növelve a modern járművek nagyfeszültségű elektromos meghajtóegységeinek megbízhatóságát és élettartamát.

Dr. Michael Stapelbroek, a FEV elektromos hajtásláncáért felelős alelnöke elmondta: „Az autóiparban a részleges kisülés jelensége a 800 V-os akkumulátorok növekvő elterjedésével egyre inkább előtérbe kerül. Az EDU-k fejlesztésében szerzett sokéves szakértelmünknek köszönhetően a PD-HVX immár  dedikált megoldást kínál ügyfeleinknek.”

Forrás: FEV, researchgate.net