Cossa xe ła conpatibiłità ełetromagnetica?

Quindese ani in sto laoro e EMC me morsega ancora in tel cul almanco do volte a l’ano.

Ła primavera scorsa i me ga ciamà pa un progeto pa na dita che ła fa furgoni pa ła consegna. El so BMS el ga continuà a butar guasti de sovratension dełe cełułe. No xe sovratension vera - łe cełułe łe jera ben. L’IC de monitorajo el jera drìo lèzare ła spazatura. I jera drìo sercarlo par tre mexi. Sostituì i chip AFE do volte. Ricablà l'arnese del senso. No ga funsionà gnente.

Me xe vołui do giorni pa catarlo. El so controło del motor el jera a disdoto polsi dała bataria. Nisun schermo tra de łori. El controłor el jera drìo canbiar a 8 kHz e ogni bordo el jera cołegà drito ałe linee de rilevamento deła tension deła cełuła. I fili i faséa come antene. Vinti milivolt de rumore indoto su na misurasion che ga bisogno de precision de milivolt. El BMS el ga visto pichi de tension che no ghe jera e el ga spento tuto.

Cioè EMC. Compatibiłità ełetromagnetica. La tua roba ga da lavorar intorno a altre robe senza che una una rovina l'altra.

EMC el se spaca in do tochi e te ghè da vérghe a che far co tuti e do.

Emissioni vol dir el rumore che el dispositivo el fa. Ogni circuito de comutasion el se irradia. Ogni fiło co corente che canbia el crea un canpo magnetico. Un convertitor DC-DC che funsiona a 200 kHz el spruxa energia RF dapartuto. Se l’energia ła xe bastansa forte ła bloca ła radio inte ła cabina o ła rovina i mesaji del bus CAN o ła fa pensar al controłor ABS che łe rode łe se bloca.

Ła susetibiłità ła xe l’altra parte. Quanta porcaria pol ciapar el vostro dispositivo prima de smetter de funsionar ben. Un BMS el ga da lèzare łe tension dełe cełułe co precision mentre el xe sentà visin a un inverter che el sbate el bus DC co impulsi de 400 amp a 10 kHz. I circuiti de rilevamento i ga da ignorar tuto e mixurare ła tension reałe deła cełuła.

Tanti ingegneri che incontro i pensa ałe emision parché xe queło che i test normativi i se consentra. I se desmentega deła susetibiłità fin che el prodoto no’l va in canpo. Po’ tuti i va in panico.

Łe vecie batèrie a piombo-acidi łe xe restàe lì. Te li ga mesi drento e te ghe ga cołegà do cavi. Magari te gavevi un shunt pa ła misurasion deła corente. Xe stà cusì.

I pacheti al litio i ga ełetronega dapartuto. El BMS el monitora ogni cełuła. El parla co sensori de tenperadura sparsi intorno al pacheto. Comunica col veicolo tramite CAN o qualche altro bus. El controła i contatori. El calcoła el stato de carga e el stato de sałute doparando algoritmi che i dipende da mixurasion juste.

Preciso xe ła paroła ciave. Na mixurasion de tension de ła cełuła che ła va de 50 milivolt ła buta fora el calcoło SOC. Falo su sento cełułe e ła stima de ła distansa ła xe inutiłe. Sbasa de 100 milivolt e te podarìa sovracaricar na cełuła o no vér na condision de sototension.

I fili de rilevamento i xe el punto debołe. I va da ogni toco deła cełuła ała scheda BMS. In un pacco grande che significa fili che correno due metri o più attraverso un ambiente pieno de rumori eletromagnetici. Ogni fiło el ciapa łe interferense. Pì el fiło el xe longo, pì el problema el xe pezo.

Go lavorà su un pacheto de batarie de bus indove che ła imbragadura ła coreva drio łe bare principałi del bus DC. Łe bare łe portava 300 amperi durante l’acełerasion. El canpo magnetico da queła corente el ga indoto segnałi a liveło de milivolt- nei fili del senso. El BMS el pensava che łe cełułe łe fuse drìo rimbalsar su e zo. El xe ndà in modo protesion e el ga copà el bus suła strada.

Electromagnetic Compatibility

I modalità de guasto i xe bruti.

I s-ciopi de sovratension falsi i xe comuni. El rumore el xonta a ła tension reałe deła cełuła e el BMS el pensa che ła cełuła ła sia a 4,3V quando in realtà ła xe a 4,1V. Ła protesion ła scominsia e el sistema el se spegne. L’operatore el vede un codice de eror che no ga senso parché łe cełułe łe xe bone.

Ła falsa sototension ła xe pezo. El BMS el pensa che na cełuła ła sia pì basa de queło che ła xe veramente. El continua a scaricar oltre el limite sicuro. Sucede un vero dano.

I erori de comunicasion i rovina łe robe in modo difarente. Un pacheto de bataria el pol vér sie o oto schede de monitorajo incatenàe su un bus isoSPI. Quel bus el va a qualche megahertz. EMI el rovina un pacheto e de colpo el controłor prinsipałe el ga dati bruti pa sedexe cełułe. Se spegne? El dopara l'ultima bona letura? Se interpola? Ogni opsion ła ga problemi.

Anca ła mixurasion deła tenperadura ła vien rovinà. I termistor NTC i produxe segnałi picołi. Qualche milivolt de rumore el someja a na osciłasion de tenperadura de vinti gradi. El BMS el pol inpisàr un rafredamento che no xe necesario o mancar un fuga termica che xe drìo scominsiar.

I standard normativi i esiste ma i xe un casin de recuisiti che se sorapone.

Ła parte 15 deła FCC ła parla dełe emision in Nord America. El mete limiti a cuanta energia RF el prodoto el pol spruxar in aria. I limiti dipende da se si vende a consumadori o a utenti industriali. L’industriałe el deventa pì slanso.

Pa i veicołi te ghè anca da far co CISPR 25 e CISPR 12. Sti qua i xe stàndar internasionałi che tanti paexi i adota co picołi canbiamenti. I spesifega i metodi de prova e i limiti pa łe emision fate e irradiae da veicołi e conponenti del veicoło.

El marco europeo CE el ga bisogno de rispetar ła diretiva EMC. De sołito vol dir rispetar el EN 55032 pa łe emision e el EN 55035 pa l’imunità. Per la roba automobilistica si riferi invece al EN 50498.

Po’ ogni OEM de machine el ga łe so carateristiche sora. Ford el ga ła so roba. GM ne ga un altro. VW ga un libro intiero. De sołito i xe pì severi dei minimi normativi e i include test de imunità che i regołamenti no i toca pena.

Par pasar par tuti sti test el costa schei e tenpo. Na cualificasion EMC conpleta pa un BMS automobiłistico ła costa da 30.000 a 50.000 dołari e ła ciapa da tre a quatro setimane de tenpo. Se no te rivi te torni indrìo e te risolvi łe robe e te testi da novo. Go visto programi che i costava sie mesi e 200.000 dołari co i test EMC prima de ciapàr un aceso.

Electromagnetic Compatibility

El schermo el xe el strumento smusà. Mèti na scatoa de metało intorno ała roba sensìbiłe e ła major parte dełe interferense no łe pol entrar. Ła scatoa ła ga da esar continua. Łe cuciture łe perde. I fori per i conectori perde. Łe fessure de ventilasion łe xe praticamente finestre pa l’energia RF.

El schermo vero vol dir guarnision condutive a ogni cucitura. Vol dir conetori filtrài o condensatori de alimentasion in ogni ponto de entrata del fiło. Vol dir che no ghe xe posti pì longhi de un decimo de na longhesa d’onda ała frecuénsa pì alta de preocupasion. Quel ultimo el fa s-ciopar ła xente. Se te ghe frega dełe interferense de 1 GHz, łe fessure łe ga da esar manco de 30 miłimetri. Bona fortuna a ciapàr aria de rafredamento.

El filtro el ga fato interferense. Te meti indutori e condensatori nei posti giusti pa blocar el rumore de alta frecuénsa mentre te passi i segnałi o ła potensa che te vol. Un filtro in modo diferensiałe el gestise el rumore che va zo pa un fiło e indrìo da chealtro. Un choke in modo comune el gestise el rumore che el va neła stesa diresion su tuti e do i fili.

El progeto del filtro el xe difisiłe. L’inpedensa deła fonte e del carico conta. Un filtro che el va ben suła panchina el pol no far gnente nel sistema parché łe inpedense łe xe difarenti. Go visto ingegneri mostrarme co orgojo i so schemi dei filtri e dopo i se ga domandà parché łe mixurasion del rumore no łe xe canbiae. I ga progetà un sistema da 50 ohm e i lo ga tacà a calcossa che somejava a 5 ohm ałe frecuense che ghe interesava.

Ła stratexia de tera xe dove che vive el vero vudù. El pacheto de bataria el ga sesion de alta tension e basa tension. El lato HV el ga łe cełułe e i contatori prinsipałi e el circuito de precarica. El lato LV el ga l’interfacia BMS e CAN e dełe volte convertitori DC-DC ixołai. Sti do sistemi de tera i dovarìa cołigarse in un punto. Pì conesion łe crea cicli. I cicli i ciapa łe interferense.

Trovar el punto giusto xe un'arte. El dipende da dove che ła corente ła va e da dove che łe mixurasion sensibiłi łe sucede e da dove che vive łe fonti de rumore. Ogni layout el xe difarente. Vorrei darti una formula ma non c'è una.

Drento el BMS el layout del PCB el fa o el rompe ła prestasion de l’EMC.

Tegner lontan ła roba digitałe a vełocità alta dai circuiti de mixurasion anałogiche. El procesor e el trasceiver CAN e tuti i regołatori de comutasion i spruxa rumore. I input deła tension deła cełuła e i circuiti de mixurasion deła tenperadura i xe sensibiłi. Ła distansa fisica ła juta. Łe roture del piano de tera tra łe sesion łe juta de pi.

Meti insieme łe copie diferensiałi e tegnìłe curte. Łe łinee de senso dai rubineti deła cełuła łe ga da entrar neła scheda el pì visin posibiłe al chip AFE. Trase pì longhe łe ciapa pì interferense.

Varda i percorsi de ritorno. Ła corente ła ga da ndar in un ciclo. El segnal el se spegne su na trasa e el torna su n’altra. Se el percorso de ritorno no l’è ciaro ła corente ła cata ła so strada e ła strada ła pol esar un gran ciclo che el radia come na antena.

Versare el rame. I grandi piani a tera i sbasa l’inpedensa e i ghe dà ałe corenti de ritorno un percorso de basa indusion. Łe via de cucitura łe liga i piani insieme e łe sbasa łe risonanse.

Un fià de ani fa go consultà na startup che ła faséa baterie pa carrelli elevatori. El so BMS el ga funsionà ben in panchina. Nel carrello elevatore è andato pazzo. Łe leture deła tension łe xe saltà in giro. El calcoło SOC el xe ndà dapartuto.

El carreło elevatore el gaveva un gran motor DC co na trasmision de elicotter. Ogni volta che el chopper el canbiava ła corente nei cavi prinsipałi ła canbiava de qualche sentenaro de anpère in pochi microsecóndi. El canpo magnetico da chel dI/dt el se ga acopià in tuto.

El so tentativo de sistemar el jera de zontar perle de ferrite sułe righe de senso. No ga fato gnente. L’interferensa ła jera drìo cołegarse magneticamente nei cicli formài dai fili de senso. Łe ferite łe bloca el rumore condoto e no l’acopiamento del canpo magnetico.

Gavemo finìo par far ndar l’imbragadura atraverso un condoto flesibiłe e spostarlo via dai cavi prinsipałi. Po’ gavemo zontà un paro storto da ogni rubinéto de cełuła invese de fili singołi. Ła torsion ła sbasa l’area del ciclo in cui el canpo magnetico el pol cołigarse. A ła fine gavemo rałentà el canpionamento sul chip AFE cussì el se integrase su pì cicli de interferensa. El rumore el xe cresùo in media.

El costo totałe de ła giustasión de tre dołari par pacheto in fiło e condoto in pì. No gavarìa costà gnente se i ghe gavese pensà durante el progeto orixinałe.

Electromagnetic Compatibility

Se te stà conprando batèrie o schede BMS, prima de conpràrło, domandi de EMC.

A che standard i ga fato el test? Chiedi i raporti dei test, no soło un certificato. I raporti i mostra ła configurasion del test e el margine al limite. Un prodoto che xe pena pasà xe un canbiamento de design lontan dal fałimento.

Par che anbiente eletromagnetico i ga progetà? Un BMS fato pa un golf cart no’l pol sopravivere in un bus de transito co tre inverter de trasion.

I ga testà el pacheto conpleto o soło ła scheda? El posto e i cavi e i conetori i canbia el conportamento de l’EMC. Provar na scheda nuda no te dise quasi gnente del prodoto finìo.

Che tipo de filtro e schermo ghe xe drénto? Se ła risposta ła xe "se fidamo de l’integrador de sistema pa gestire questo" te ghè un problema. Adesso te si responsabiłe deła conformità EMC e te podarìa no vér łe abiłità o el budget pa farlo ben.

BMS sensa fiłi el xe drìo rivàr. Invese de far ndar i fili de senso a ogni cełuła te meti un moduło sensa fiłi a ogni grupo de cełułe e el trasmete i dati indrio al controłor prinsipałe. Manco cablaggio. Pì façiłe da servir.

Ma deso i dati de mixurasion i xe drìo vołar par aria co un segnałe radio. Quel segnałe el ga da conpetir co tuti i rumori eletromagnetici de l’ełetronega. Le bande wireless sono già affollate. Go visto prototipi indove el BMS sensa fiłi el ga perso ła comunicasion durante l’acełerasion forte parché el rumore de l’inverter el ga blocà el ricevitore.

Tension pi alte łe rende tuto pi duro. L’industria ła xe drìo ndar a 800V e oltre pa na ricarica pì vełose e cavi pì picołi. Pì tension vol dir pì energia de comutasion e pì EMI. Le stesse tecniche funzionano ancora ma bisogna eseguirle meglio.

L’integrasion ła continua a crésar. El BMS e el caricator a bordo e el convertitor DC-DC i xe tuti inpienài in te na scatoa. Manco peso e costo ma pì oportunità de interferensa tra funsión. El rilevamento de łe cełułe anałogiche el ga da sopravivere inte ła stesa recinsion de un caricator de 10 kW.

EMC no ła va via. El deventa pezo ogni ano co l’ełetronega ła deventa pì vełose e densa e ghe domandemo de laorar in anbienti pì duri. Ła bataria ła xe el cuor del veicoło ełètrico e tegnerla precisa e afidabiłe nonostante ła tenpesta ełetromagnetica intorno xe queło che vol dir el laoro EMC.