Messung der Batterie- und Motortemperaturen an einem Elektrofahrzeug mit Thermoelementen
Kurz zusammengefasst
Die Thermoelemente vom Typ K an den Zellen des Batterieblocks werden von MicroTC-Messverstärkern ausgelesen: ein Thermoelement-Stecker mit integriertem Messverstärker und Kaltstellenkompensation, 3,9 g, der einen linearen Ausgang von 5 mV/°C von −25 bis 400 °C liefert. Jedes Thermoelement hat seinen eigenen MicroTC, der am Block platziert ist, sodass das Signal als Spannung hohen Pegels den Schreiber erreicht. Am Motor werden Thermoelemente an rotierenden Teilen auf dem Rotor verstärkt und über einen Schleifring oder per Telemetrie ausgeführt.
- 5 mV/°C
- linearer Ausgang des MicroTC, von −25 bis 400 °C
- 3.9 g
- MicroTC, Stecker und Messverstärker in einem
- ± 2 °C
- typischer Messfehler, ± 3 °C max
Signalpfad
Ein Thermoelement liefert eine Spannung im Millivoltbereich, proportional zur Temperaturdifferenz zwischen seiner Lötstelle und der Kaltstelle. In einem gemessenen Beispiel bei 25 °C lag etwa 1 mV Typ-K-Signal in etwa 30 mV Rauschen. Am Sensor verstärkt ergab dieselbe Messung etwa 125 mV bei etwa 25 mV Rauschen.
Der MicroTC verstärkt am Thermoelement-Stecker. Ein standardmäßiger Miniatur-Stecker vom Typ K (männlich) wird darauf aufgesteckt; er übernimmt die Kaltstellenkompensation und gibt 5 mV/°C aus, linear von −25 bis 400 °C. Das Handbuch nennt Polynome, die den Bereich auf −200 bis 970 °C erweitern. Versorgung und Signal werden an drei Klemmen auf der Rückseite gelötet, V, G und S, und das Signal wird am besten gegen eine zweite gemeinsame Leitung gemessen, die vom Messverstärker ausgeht.
Messverstärker
| Modell | MicroTC, ein Typ-K-Thermoelement an einem Miniaturstecker |
|---|---|
| Ausgang | 5 mV/°C, −0,77 bis 4,92 V |
| Linearer Messbereich | −25 bis 400 °C; −200 bis 970 °C mit Polynomen zur Nachverarbeitung |
| Fehler | ± 2 °C typisch, ± 3 °C max. |
| Bandbreite | 2,35 kHz, höher auf Anfrage |
| Versorgung | +7 bis +16 V DC, 3,25 mA max. |
| Abmessungen und Gewicht | 32,0 × 17,4 × 8,2 mm, 3,9 g; Betriebstemperatur −40 bis 100 °C |
| Montage | Durchgangsloch in der Mitte; verklebt, verschraubt oder angebunden am zugehörigen Stecker |
Vorgehen
- 01
Thermoelemente befestigen
Typ-K-Thermoelemente an den Zellen und den zu überwachenden Teilen, deren Leitungen an einem Miniaturstecker enden.
- 02
Je ein MicroTC pro Thermoelement anschließen
Der Messverstärker nimmt den Thermoelement-Stecker direkt auf. Er wird am Pack im vorhandenen Bauraum platziert.
MicroTC Thermoelement-Messverstärker - 03
Messverstärker versorgen
7 bis 16 V DC an den Klemmen V und G. Eine Messverstärker-Steuereinheit von Michigan Scientific kann sie versorgen, mit eingeschaltetem Brückenspeisungs-Schalter.
- 04
Aufzeichnen
5 mV/°C pro Kanal, gegen die gemeinsame Leitung des Messverstärkers. Ein offenes Thermoelement führt den Ausgang auf die Versorgungsspannung.
Motor und rotierende Teile
Die Motortemperatur zeigt, wo Leistung als Wärme verloren geht. An rotierenden Teilen werden die Thermoelemente auf dem Rotor verstärkt, und das Signal läuft als Spannung auf hohem Niveau über einen Schleifring: der AMP-TCN-X2 sitzt auf dem Rotor eines Schleifrings der Baureihe SR, mit ein bis neun Kanälen mit Kaltstellenkompensation pro Modul und einem Ausgang von 10 mV/°C.
Wo kein Schleifring montiert werden kann, digitalisiert ein Telemetrie-Sender die Thermoelement-Signale auf der Welle. Der TEL-SC Spaltkranz lässt sich um Wellen ab 23 mm schließen, mit Dehnungsmessstreifen- oder Thermoelement-Kanälen, und wird per Induktion aus einer feststehenden Spule versorgt.
Ergebnis
Batterie- und Motortemperaturen als Spannungen auf hohem Niveau mit Kaltstellenkompensation, 5 mV/°C linear von jedem MicroTC und 10 mV/°C von den Messverstärkern auf dem Rotor. Die Daten dienen der Entwicklung und der Überwachung des Thermomanagementsystems.
Häufige Fragen
Welchen Messbereich in Temperatur deckt der MicroTC an einer Traktionsbatterie ab?
5 mV/°C linear von −25 bis 400 °C. Mit den Polynomen des Handbuchs von −200 bis 970 °C.
Benötigt ein Thermoelement in einem Batteriepack einen separaten Messverstärker?
Nein. Der MicroTC ist ein Thermoelement-Steckverbinder mit integriertem Messverstärker und Kaltstellenkompensation, 3,9 g, versorgt mit 7 bis 16 V DC.
Wie misst man die Temperatur der rotierenden Teile des Motors?
Die Thermoelemente werden auf dem Rotor verstärkt, durch einen AMP-TCN-X2 auf einem Schleifring der Baureihe SR, und das Signal passiert die Ringe mit 10 mV/°C. Wo kein Schleifring montiert werden kann, überträgt ein Spaltkragen TEL-SC die Signale per Telemetrie.
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