इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक सुसंगतता म्हणजे काय?

या व्यवसायात पंधरा वर्षे आणि ईएमसी अजूनही वर्षातून किमान दोनदा मला गांडात चावते.

गेल्या वसंत ऋतूमध्ये मला डिलिव्हरी व्हॅन बनवणाऱ्या कंपनीच्या प्रकल्पासाठी बोलावण्यात आले. त्यांचे BMS सेल ओव्हरव्होल्टेज फॉल्ट फेकत राहिले. वास्तविक ओव्हरव्होल्टेज नाही - पेशी ठीक होत्या. मॉनिटरिंग आयसी कचरा वाचत होता. तीन महिन्यांपासून ते यासाठी पाठलाग करत होते. AFE चिप्स दोनदा बदलल्या. सेन्स हार्नेस रिवायर केला. काहीही काम झाले नाही.

ते शोधण्यासाठी मला दोन दिवस लागले. त्यांचा मोटर कंट्रोलर बॅटरी पॅकपासून अठरा इंचांवर बसला. त्यांच्यामध्ये ढाल नाही. कंट्रोलर 8 kHz वर स्विच करत होता आणि प्रत्येक धार थेट सेल व्होल्टेज सेन्स लाईन्समध्ये जोडली जात होती. तारा अँटेनाप्रमाणे काम करत होत्या. मिलिव्होल्ट अचूकतेची आवश्यकता असलेल्या मोजमापावर वीस मिलिव्होल्ट प्रेरित आवाज. बीएमएसने व्होल्टेज स्पाइक पाहिले जे अस्तित्वात नव्हते आणि सर्वकाही बंद केले.

ते म्हणजे EMC. इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक सुसंगतता. तुमची सामग्री एकतर दुसऱ्याला न लावता इतर सामग्रीभोवती काम करायची आहे.

EMC दोन तुकड्यांमध्ये मोडते आणि तुम्हाला दोन्हीचा सामना करावा लागेल.

उत्सर्जन म्हणजे तुमचे डिव्हाइस बाहेर काढत असलेला आवाज. प्रत्येक स्विचिंग सर्किट पसरते. बदलत्या करंटसह प्रत्येक वायर चुंबकीय क्षेत्र तयार करते. 200 kHz वर चालणारा DC-DC कनव्हर्टर सर्वत्र RF ऊर्जा फवारतो. जर ती ऊर्जा पुरेशी मजबूत असेल तर ती कॅबमधील रेडिओ जॅम करते किंवा CAN बस संदेश खराब करते किंवा ABS कंट्रोलरला चाके लॉक होत आहेत असे वाटायला लावते.

संवेदनशीलता ही दुसरी बाजू आहे. तुमचे डिव्हाइस नीट काम करण्यापूर्वी किती बकवास घेऊ शकते. 10 kHz वर 400 amp पल्ससह DC बसला हातोडा मारणाऱ्या इन्व्हर्टरच्या शेजारी बसून BMS ला सेल व्होल्टेज अचूकपणे वाचावे लागतात. सेन्सिंग सर्किट्सना या सर्व गोष्टींकडे दुर्लक्ष करणे आवश्यक आहे आणि तरीही वास्तविक सेल व्होल्टेज मोजणे आवश्यक आहे.

मला भेटणारे बहुतेक अभियंते उत्सर्जनाबद्दल विचार करतात कारण नियामक चाचण्या यावर लक्ष केंद्रित करतात. उत्पादन शेतात अयशस्वी होईपर्यंत ते संवेदनशीलता विसरतात. मग सगळे घाबरतात.

जुन्या लीड-ॲसिड बॅटरी तिथेच बसल्या. तुम्ही त्यांना बोल्ड केले आणि दोन केबल्स जोडल्या. कदाचित तुम्हाला वर्तमान मोजमापासाठी शंट होता. तेच होते.

लिथियम पॅकमध्ये सर्वत्र इलेक्ट्रॉनिक्स आहेत. BMS प्रत्येक पेशीचे निरीक्षण करते. हे पॅकभोवती विखुरलेल्या तापमान सेन्सर्सशी बोलते. हे CAN किंवा इतर बसवरून वाहनाशी संवाद साधते. हे कॉन्टॅक्टर्स नियंत्रित करते. हे अचूक मोजमापांवर अवलंबून असलेल्या अल्गोरिदम वापरून शुल्काची स्थिती आणि आरोग्य स्थितीची गणना करते.

अचूक हा मुख्य शब्द आहे. सेल व्होल्टेज मापन जे 50 मिलीव्होल्ट्सने वाहते ते तुमची SOC गणना बंद करते. ते शंभर सेलमध्ये करा आणि तुमचा रेंज अंदाज निरुपयोगी आहे. ते 100 मिलिव्होल्ट्सने वळवा आणि तुम्ही सेल ओव्हरचार्ज करू शकता किंवा अंडरव्होल्टेज स्थिती चुकवू शकता.

सेन्सिंग वायर हा कमकुवत बिंदू आहे. ते प्रत्येक सेल टॅपपासून बीएमएस बोर्डापर्यंत धावतात. एका मोठ्या पॅकमध्ये म्हणजे इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक आवाजाने भरलेल्या वातावरणातून दोन मीटर किंवा त्याहून अधिक अंतरावर चालणाऱ्या तारा. प्रत्येक वायर हस्तक्षेप करते. वायर जितकी लांब तितकी समस्या अधिक गंभीर.

मी बस बॅटरी पॅकवर काम केले जेथे सेन्स हार्नेस मुख्य DC बस बारच्या बाजूने चालत असे. प्रवेग दरम्यान बार 300 amps वाहून नेले. त्या वर्तमान प्रेरित मिलिव्होल्टचे चुंबकीय क्षेत्र सेन्स वायर्समध्ये-पातळीचे सिग्नल. BMS ला वाटले की पेशी वर-खाली होत आहेत. ते संरक्षण मोडमध्ये गेले आणि महामार्गावर बसचा मृत्यू झाला.

Electromagnetic Compatibility

अपयश मोड कुरुप आहेत.

खोट्या ओव्हरव्होल्टेज ट्रिप सामान्य आहेत. आवाज वास्तविक सेल व्होल्टेजमध्ये जोडतो आणि BMS ला वाटते की सेल 4.3V वर आहे जेव्हा तो 4.1V वर असतो. संरक्षण सुरू होते आणि सिस्टम बंद होते. ऑपरेटरला एक फॉल्ट कोड दिसतो ज्याचा अर्थ नाही कारण सेल ठीक आहेत.

खोटे अंडरव्होल्टेज वाईट आहे. BMS ला वाटते की सेल खरोखर आहे त्यापेक्षा कमी आहे. ते सुरक्षित मर्यादा ओलांडत राहते. खरे नुकसान होते.

संप्रेषण त्रुटी गोष्टी वेगळ्या प्रकारे गोंधळतात. बॅटरी पॅकमध्ये सहा किंवा आठ मॉनिटरिंग बोर्ड डेझी-आयएसओएसपीआय बसवर जखडलेले असू शकतात. ती बस काही मेगाहर्ट्झवर धावते. EMI एक पॅकेट करप्ट करते आणि अचानक मुख्य कंट्रोलरकडे सोळा सेलसाठी खराब डेटा असतो. ते बंद होते का? हे शेवटचे चांगले वाचन वापरते का? ते प्रक्षेपित करते का? प्रत्येक पर्यायामध्ये समस्या आहेत.

तापमान मोजमाप देखील खराब होते. NTC थर्मिस्टर्स लहान सिग्नल तयार करतात. काही मिलिव्होल्टचा आवाज वीस अंश तापमानाच्या स्विंगसारखा दिसतो. BMS आवश्यक नसलेले कूलिंग चालू करू शकते किंवा सुरू होणारी थर्मल रनअवे चुकवू शकते.

नियामक मानके अस्तित्त्वात आहेत परंतु ते आच्छादित आवश्यकतांचा गोंधळ आहेत.

FCC भाग 15 उत्तर अमेरिकेतील उत्सर्जन कव्हर करतो. तुमचे उत्पादन हवेत किती RF ऊर्जा फवारू शकते यावर ते मर्यादा सेट करते. तुम्ही ग्राहकांना किंवा औद्योगिक वापरकर्त्यांना विक्री करत आहात यावर मर्यादा अवलंबून असतात. उद्योगधंदे अधिक सुस्त होतात.

वाहनांसाठी तुम्ही CISPR 25 आणि CISPR 12 शी देखील व्यवहार करता. ही आंतरराष्ट्रीय मानके आहेत जी बहुतेक देश किरकोळ बदलांसह स्वीकारतात. ते वाहने आणि वाहनांच्या घटकांमधून आयोजित आणि रेडिएटेड उत्सर्जनासाठी चाचणी पद्धती आणि मर्यादा निर्दिष्ट करतात.

युरोपियन CE चिन्हासाठी EMC निर्देशांचे पालन करणे आवश्यक आहे. याचा अर्थ सामान्यतः उत्सर्जनासाठी EN 55032 आणि प्रतिकारशक्तीसाठी EN 55035 पूर्ण करणे होय. ऑटोमोटिव्ह सामग्रीसाठी तुम्ही त्याऐवजी EN 50498 चा संदर्भ देता.

मग प्रत्येक कार OEM चे स्वतःचे चष्मा शीर्षस्थानी असतात. फोर्डकडे त्यांची गोष्ट आहे. जीएमकडे आणखी एक आहे. VW कडे संपूर्ण पुस्तक आहे. हे सामान्यत: नियामक किमानांपेक्षा कठोर असतात आणि त्यामध्ये रोग प्रतिकारशक्ती चाचण्यांचा समावेश असतो ज्यांना नियमांना स्पर्श होत नाही.

या सर्व चाचणीतून जाण्यासाठी पैसा आणि वेळ खर्च होतो. ऑटोमोटिव्ह BMS साठी पूर्ण EMC पात्रता $30,000 ते $50,000 चालते आणि तीन ते चार आठवडे चेंबर वेळ घेते. तुम्ही अयशस्वी झाल्यास तुम्ही परत जा आणि गोष्टी दुरुस्त करा आणि पुन्हा चाचणी करा. मी प्रोग्रॅम्सना पास मिळण्यापूर्वी सहा महिने आणि $200,000 EMC चाचणीवर बर्न केलेले पाहिले आहे.

Electromagnetic Compatibility

ढाल हे बोथट साधन आहे. संवेदनशील वस्तूभोवती एक धातूचा बॉक्स ठेवा आणि बहुतेक हस्तक्षेप होऊ शकत नाही. तरीही बॉक्स सतत असावा. Seams गळती. कनेक्टरसाठी छिद्रे गळती. वेंटिलेशन स्लॉट हे मुळात आरएफ उर्जेसाठी खिडक्या आहेत.

वास्तविक शिल्डिंग म्हणजे प्रत्येक सीमवर प्रवाहकीय गॅस्केट. याचा अर्थ प्रत्येक वायर एंट्री पॉइंटवर फिल्टर केलेले कनेक्टर किंवा फीडथ्रू कॅपेसिटर. याचा अर्थ तुमच्या चिंतेच्या सर्वोच्च वारंवारतेवर तरंगलांबीच्या एक दशांशपेक्षा जास्त स्लॉट नाहीत. ती शेवटची ट्रिप लोकांना वर आणते. जर तुम्हाला 1 GHz हस्तक्षेपाची काळजी असेल तर तुमचे स्लॉट 30 मिलीमीटरपेक्षा कमी असणे आवश्यक आहे. त्यातून गार हवा मिळावी ही शुभेच्छा.

फिल्टरिंग हाताळणी हस्तक्षेप आयोजित. तुम्हाला हवे असलेले सिग्नल किंवा पॉवर पास करताना तुम्ही उच्च फ्रिक्वेंसी आवाज रोखण्यासाठी योग्य ठिकाणी इंडक्टर्स आणि कॅपेसिटर ठेवता. एक विभेदक मोड फिल्टर आवाज हाताळतो जो एका वायरच्या खाली जातो आणि दुसऱ्या वायरच्या मागे जातो. कॉमन मोड चोक दोन्ही तारांवर एकाच दिशेने प्रवास करणारा आवाज हाताळतो.

फिल्टर डिझाइन अवघड आहे. स्त्रोत आणि भाराचा प्रतिबाधा महत्त्वाचा आहे. बेंचवर उत्कृष्ट चाचणी करणारा फिल्टर वास्तविक प्रणालीमध्ये काहीही करू शकत नाही कारण अवरोध भिन्न आहेत. मी अभियंत्यांना अभिमानाने त्यांचे फिल्टर स्कीमॅटिक्स दाखवताना पाहिले आहे आणि मग आवाजाचे मापन का बदलले नाही याचे आश्चर्य वाटते. त्यांनी 50 ohm सिस्टीमसाठी डिझाइन केले आणि ते 5 ohm सारखे दिसणाऱ्या फ्रिक्वेन्सीवर प्लग केले.

ग्राउंडिंग स्ट्रॅटेजी म्हणजे जिथे खरा वूडू राहतो. बॅटरी पॅकमध्ये उच्च व्होल्टेज आणि कमी व्होल्टेज विभाग आहेत. HV बाजूला पेशी आणि मुख्य संपर्क आणि प्रीचार्ज सर्किट समाविष्ट आहेत. LV बाजूला BMS आणि CAN इंटरफेस आणि काहीवेळा DC-DC कन्व्हर्टर वेगळे केले जातात. या दोन ग्राउंड सिस्टम्स अगदी एका बिंदूवर जोडल्या पाहिजेत. अधिक कनेक्शन लूप तयार करतात. लूप हस्तक्षेप उचलतात.

योग्य एकच बिंदू शोधणे ही एक कला आहे. हे विद्युत प्रवाह कोठे वाहते आणि संवेदनशील मोजमाप कुठे होते आणि आवाजाचे स्रोत कोठे राहतात यावर अवलंबून असते. प्रत्येक मांडणी वेगळी असते. माझी इच्छा आहे की मी तुम्हाला एक फॉर्म्युला देऊ शकतो पण एक नाही.

BMS च्या आत PCB लेआउट EMC कार्यप्रदर्शन बनवते किंवा खंडित करते.

हाय स्पीड डिजिटल सामग्री ॲनालॉग मापन सर्किट्सपासून दूर ठेवा. प्रोसेसर आणि CAN ट्रान्सीव्हर आणि कोणतेही स्विचिंग रेग्युलेटर आवाज फवारतात. सेल व्होल्टेज इनपुट आणि तापमान मापन सर्किट संवेदनशील आहेत. शारीरिक अंतर मदत करते. विभागांमधील ग्राउंड प्लेन ब्रेक अधिक मदत करतात.

विभेदक जोड्या एकत्र करा आणि त्या लहान ठेवा. सेल टॅपमधील सेन्स लाइन्स एएफई चिपच्या शक्य तितक्या जवळ बोर्डमध्ये प्रवेश केल्या पाहिजेत. लांब ट्रेस अधिक हस्तक्षेप घेतात.

तुमचे परतीचे मार्ग पहा. करंट लूपमध्ये वाहावा लागतो. सिग्नल एका ट्रेसवर जातो आणि दुसऱ्या ट्रेसवर परत येतो. जर परतीचा मार्ग स्पष्ट नसेल तर प्रवाह स्वतःचा मार्ग शोधतो आणि तो मार्ग एक मोठा लूप असू शकतो जो अँटेनाप्रमाणे पसरतो.

तांबे घाला. मोठे ग्राउंड प्लेन प्रतिबाधा कमी करतात आणि रिटर्न करंट्सला कमी इंडक्टन्स मार्ग देतात. स्टिचिंग वायस विमाने एकत्र बांधतात आणि अनुनाद कमी करतात.

काही वर्षांपूर्वी मी फोर्कलिफ्टसाठी बॅटरी पॅक बनवणाऱ्या स्टार्टअपचा सल्ला घेतला. त्यांच्या बीएमएसने बेंचवर छान काम केले. फोर्कलिफ्टमध्ये तो वेडा झाला. व्होल्टेज वाचन सुमारे उडी मारली. SOC हिशोब सगळीकडे फिरला.

फोर्कलिफ्टमध्ये हेलिकॉप्टर ड्राइव्हसह एक मोठी डीसी मोटर होती. प्रत्येक वेळी हेलिकॉप्टरने मुख्य केबल्समधील विद्युतप्रवाह काही मायक्रोसेकंदमध्ये काही शंभर amps ने बदलला. त्या dI/dt चे चुंबकीय क्षेत्र प्रत्येक गोष्टीत जोडले जाते.

इंद्रिय रेषांवर फेराइट मणी जोडण्याचा त्यांचा निश्चित प्रयत्न होता. काही केले नाही. सेन्स वायर्सने तयार केलेल्या लूपमध्ये हस्तक्षेप चुंबकीयपणे जोडला जात होता. चुंबकीय क्षेत्र जोडणी नसून फेराइट्स ब्लॉक आयोजित आवाज.

आम्ही सेन्स हार्नेस लवचिक कंड्युटमधून चालवणे आणि मुख्य केबल्सपासून दूर नेले. मग आम्ही प्रत्येक सेल टॅपमधून सिंगल वायरच्या ऐवजी एक वळलेली जोडी जोडली. ट्विस्टिंगमुळे चुंबकीय क्षेत्र जोडू शकणारे लूप क्षेत्र कमी होते. शेवटी आम्ही एएफई चिपवरील सॅम्पलिंग धीमा केले जेणेकरून ते हस्तक्षेपाच्या अधिक चक्रांमध्ये एकत्रित झाले. आवाज सरासरी बाहेर.

अतिरिक्त वायर आणि कंड्युटमध्ये प्रति पॅक सुमारे तीन डॉलर्स एकूण निश्चित खर्च. मूळ डिझाईनच्या वेळी त्यांनी याचा विचार केला असता तर काहीच खर्च आला नसता.

Electromagnetic Compatibility

तुम्ही बॅटरी पॅक किंवा BMS बोर्ड खरेदी करत असाल तर तुम्ही खरेदी करण्यापूर्वी EMC बद्दल विचारा.

त्यांनी कोणत्या मानकांची चाचणी घेतली? केवळ प्रमाणपत्र नाही तर प्रत्यक्ष चाचणी अहवाल मागवा. अहवाल चाचणी सेटअप आणि मर्यादेपर्यंत मार्जिन दर्शवतात. जे उत्पादन जेमतेम उत्तीर्ण होते ते एक डिझाइन बदल अयशस्वी होण्यापासून दूर आहे.

त्यांनी कोणत्या इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक वातावरणासाठी डिझाइन केले? गोल्फ कार्टसाठी असलेली बीएमएस तीन ट्रॅक्शन इनव्हर्टर असलेल्या ट्रान्झिट बसमध्ये टिकू शकत नाही.

त्यांनी संपूर्ण पॅक किंवा फक्त बोर्ड चाचणी केली? गृहनिर्माण आणि वायरिंग आणि कनेक्टर EMC वर्तन बदलतात. बेअर बोर्डची चाचणी केल्याने तुम्हाला तयार उत्पादनाबद्दल जवळजवळ काहीही सांगता येत नाही.

कोणत्या प्रकारचे फिल्टरिंग आणि शिल्डिंग बांधले आहे? "आम्ही ते हाताळण्यासाठी सिस्टम इंटिग्रेटरवर अवलंबून आहोत" असे उत्तर असल्यास, तुम्हाला समस्या आहे. तुम्ही आता EMC अनुपालनासाठी जबाबदार आहात आणि ते योग्यरित्या करण्यासाठी तुमच्याकडे कौशल्ये किंवा बजेट नसेल.

वायरलेस BMS येत आहे. प्रत्येक सेलमध्ये सेन्स वायर्स चालवण्याऐवजी तुम्ही प्रत्येक सेल ग्रुपमध्ये थोडेसे वायरलेस मॉड्यूल टाकता आणि ते डेटा परत मुख्य कंट्रोलरकडे पाठवते. कमी वायरिंग. सेवा करणे सोपे.

पण आता तुमचा मापन डेटा रेडिओ सिग्नलमध्ये हवेतून उडत आहे. त्या सिग्नलला पॉवर इलेक्ट्रॉनिक्सच्या सर्व इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक आवाजाशी स्पर्धा करावी लागते. वायरलेस बँडवर आधीच गर्दी आहे. मी असे प्रोटोटाइप पाहिले आहेत जिथे वायरलेस BMS ने हार्ड प्रवेग दरम्यान संप्रेषण गमावले कारण इन्व्हर्टरच्या आवाजाने रिसीव्हर जाम होतो.

उच्च व्होल्टेज सर्वकाही कठीण करतात. जलद चार्जिंग आणि लहान केबल्ससाठी उद्योग 800V आणि त्याहून पुढे जात आहे. अधिक व्होल्टेज म्हणजे अधिक स्विचिंग ऊर्जा आणि अधिक EMI. समान तंत्रे अद्याप कार्य करतात परंतु आपल्याला ते अधिक चांगले कार्यान्वित करावे लागतील.

एकात्मता वाढत राहते. BMS आणि ऑनबोर्ड चार्जर आणि DC-डीसी कन्व्हर्टर सर्व एकाच बॉक्समध्ये क्रॅम केले आहेत. कमी वजन आणि खर्च परंतु फंक्शन्समध्ये हस्तक्षेप करण्याच्या अधिक संधी. ॲनालॉग सेल सेन्सिंगला 10 kW स्विचिंग चार्जर सारख्याच बंदिस्तात टिकून राहावे लागते.

EMC दूर जात नाही. इलेक्ट्रॉनिक्स जलद आणि घनतेमुळे दरवर्षी ते आणखी वाईट होत जाते आणि आम्ही त्यांना कठोर वातावरणात काम करण्यास सांगतो. बॅटरी पॅक हे इलेक्ट्रिक वाहनाचे हृदय आहे आणि त्याच्या आजूबाजूला इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक वादळ असूनही ते अचूक आणि विश्वासार्ह ठेवणे हे EMC चे काम आहे.