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La technique de banc d’essai pour l‘avenir

Nouveau dispositif pour essais CEM pour moteurs à cellules de combustible, moteurs électriques et moteurs hybrides : 0 – 1000 V, ± 300 A, 100 kW

Les moteurs à cellules de combustible, les moteurs électriques et les moteurs hybrides dans les automobiles nécessitent de nouveaux dispositifs d'essais afin de garantir la compatibilité électromagnétique. La société Mooser EMC Technik GmbH à Ludwigsburg (Allemagne) a pour cela mis en service le centre d’essai CEM le plus moderne et le plus performant à l’heure actuelle. Il répond à toutes les exigences actuelles et à celles attendues dans les années à venir.

En raison de la forte pression exercée sur les impératifs temporels et financiers dans l’industrie automobile, il est de coutume d'effectuer les essais CEM non pas dans le véhicule, mais le plus tôt possible au niveau des composants. Ceci est également valable pour la nouvelle technologie haute tension pour les moteurs à cellules de combustible, les moteurs électriques et les moteurs hybrides dans lesquels des tensions d’alimentation de plusieurs centaines de volts, des courants de plusieurs centaines d’ampères et des moteurs électriques d’une puissance de 50 kW et plus ne sont actuellement plus chose rare.

Grâce à une plage d'essai allant jusqu‘à 1000 volts, 300 ampères et  d'une puissance de100 kilowatts de l’alimentation haute tension et du moteur frein, le centre d’essai de la société Mooser offre des conditions optimales pour des essais CEM d’onduleurs, de moteurs, de batteries haute tension et de systèmes tout entiers. Des chambres anéchoïque CEM courantes destinées uniquement  à des circuits de bord 12 et 24 volts ne conviennent pas à cette démarche. Étant donné que les manipulations avec des tensions et des courants si élevées – au moins au début – sont quelque peu inhabituelles, les dispositifs sont sécurisés en conséquence et le personnel a suivi une formation toute particulière.

Couplé et quand même découplé
Afin de pouvoir tester les onduleurs, les moteurs, les batteries haute tension et les systèmes tout entiers sous des conditions réelles, un banc d’essai moteur dans la chambre et un moteur externe sont nécessaires en plus de l’alimentation externe en courant (une émulation de batterie avec la possibilité d’alimentation traversière d’énergie électrique). Le moteur externe sert de frein en condition de roulage et d’entraînement en condition de freinage (phase de récupération) pour le dispositif sous mesure. Le système de mise en place du dispositif sous mesure est intentionnellement universel. De plus, un dispositif de refroidissement des liquides externe est présent pour les dispositifs sous mesure. Pour les essais pour lesquels il n’y a pas encore de moteur électrique à disposition, les onduleurs peuvent être testés avec une émulation de charge.

Une exigence importante est le couplage mécanique des deux moteurs sans pour cela mettre en cause l’effet isolant de la chambre CEM. De plus, les vibrations des moteurs doivent être techniquement amorties et les moteurs découplés l’un de l’autre ce qui sera assuré par deux bases moteur séparées ayant un poids total de quelques tonnes.

La chambre anéchoïque pourvue de filtres haute tension et d’équipements haute tension a été construite par  la société Albatross Projects tout comme les  réalisations techniques du moteur 2 (dispositif sous mesure) au moteur 1(dispositif de freinage et d’entraînement). Les exigences à ces réalisations étaient sans précédent. À un régime de plusieurs milliers de tours par minute et un moment de couple allant jusqu’à 300 newton-mètres, un effet isolant de la chambre ≥ 100 dB est conseillé. La conception des filtres et la réalisation spéciale pour l’entraînement empêchent la pénétration des courants ondulés du moteur externe dans la chambre.

Isolation totale
Afin de pouvoir recevoir les ondes radios sans brouillage dans le véhicule, les composants doivent respecter certaines valeurs seuils. Les moteurs électriques émettent une tension continue élevée par découpage d’une tension alternative triphasée à fréquence variable. Il en résulte  des spectres de brouillage haute fréquence très hauts et très larges. Rien qu’en raison des tensions nettement plus élevées, les brouillages sont quelque peu 50 fois (34dB) plus élevés que dans l'électronique automobile courante. Par conséquent, toute la zone haute tension, y compris les connecteurs, est isolée. Le concept d‘isolation fermé est une condition préalable aux essais CEM et entraîne d’autres développements spécifiques telle que l’adaptation de l’impédance des câbles d’alimentation de tension continue HT.

Grâce à une plage d'essai allant jusqu‘à 1000 volts, 300 ampères et  d'une puissance de100 kilowatts de l’alimentation haute tension et du moteur frein, le centre d’essai de la société Mooser offre des conditions optimales pour des essais CEM d’onduleurs, de moteurs, de batteries haute tension et de systèmes tout entiers. Des chambres anéchoïque CEM courantes destinées uniquement  à des circuits de bord 12 et 24 volts ne conviennent pas à cette démarche. Étant donné que les manipulations avec des tensions et des courants si élevées – au moins au début – sont quelque peu inhabituelles, les dispositifs sont sécurisés en conséquence et le personnel a suivi une formation toute particulière.

Couplé et quand même découplé
Afin de pouvoir tester les onduleurs, les moteurs, les batteries haute tension et les systèmes tout entiers sous des conditions réelles, un banc d’essai moteur dans la chambre et un moteur externe sont nécessaires en plus de l’alimentation externe en courant (une émulation de batterie avec la possibilité d’alimentation traversière d’énergie électrique). Le moteur externe sert de frein en condition de roulage et d’entraînement en condition de freinage (phase de récupération) pour le dispositif sous mesure. Le système de mise en place du dispositif sous mesure est intentionnellement universel. De plus, un dispositif de refroidissement des liquides externe est présent pour les dispositifs sous mesure. Pour les essais pour lesquels il n’y a pas encore de moteur électrique à disposition, les onduleurs peuvent être testés avec une émulation de charge.

Une exigence importante est le couplage mécanique des deux moteurs sans pour cela mettre en cause l’effet isolant de la chambre CEM. De plus, les vibrations des moteurs doivent être techniquement amorties et les moteurs découplés l’un de l’autre ce qui sera assuré par deux bases moteur séparées ayant un poids total de quelques tonnes.

La chambre anéchoïque pourvue de filtres haute tension et d’équipements haute tension a été construite par  la société Albatross Projects tout comme les  réalisations techniques du moteur 2 (dispositif sous mesure) au moteur 1(dispositif de freinage et d’entraînement). Les exigences à ces réalisations étaient sans précédent. À un régime de plusieurs milliers de tours par minute et un moment de couple allant jusqu’à 300 newton-mètres, un effet isolant de la chambre ≥ 100 dB est conseillé. La conception des filtres et la réalisation spéciale pour l’entraînement empêchent la pénétration des courants ondulés du moteur externe dans la chambre.

Isolation totale
Afin de pouvoir recevoir les ondes radios sans brouillage dans le véhicule, les composants doivent respecter certaines valeurs seuils. Les moteurs électriques émettent une tension continue élevée par découpage d’une tension alternative triphasée à fréquence variable. Il en résulte  des spectres de brouillage haute fréquence très hauts et très larges. Rien qu’en raison des tensions nettement plus élevées, les brouillages sont quelque peu 50 fois (34dB) plus élevés que dans l'électronique automobile courante. Par conséquent, toute la zone haute tension, y compris les connecteurs, est isolée. Le concept d‘isolation fermé est une condition préalable aux essais CEM et entraîne d’autres développements spécifiques telle que l’adaptation de l’impédance des câbles d’alimentation de tension continue HT.

Il y a, entre le moteur électrique (zone HT) et le circuit de bord 12 volts (zone BT), de nombreuses connexions fonctionnelles qui impliquent que les deux zones doivent être également parfaitement séparées par des écrans et des filtres. Cette séparation fait également partie des essais CEM. Par conséquent, le système tout entier composé des composants HT et BT  est installé lors des essais.  

Ne pas déranger !
Les conditions cadres pour les mesures des perturbations radioélectriques selon CISPR 25 (Comité International Spécial des Perturbations Radioélectriques) sont valables de la même manière pour les procédés de mesure de la résistance au brouillage. Les méthodes de mesure de base pour la résistance des composants de véhicules sont décrites dans la norme ISO 11452. La résistance requise est la plupart du temps entre 100 et 300 volts par mètre, dans certains cas également  600 volts par mètre.

Les méthodes de mesure de principe pour les essais de composants d‘électronique de l’automobile courant sont également décrites dans les normes internationales CISPR 25 (Comité International Spécial des Perturbations Radioélectriques) et les normes ISO 11452. Les dispositifs de mesure du centre d’essai CEM répondent bien entendu à ces exigences. La fixation des moteurs électriques est assurée par une construction en acier massive placée sur un banc de machine avec un poids de plusieurs tonnes. La construction est telle que les résultats de mesure ne sont qu’accessoirement influencés.

Alimentation en énergie
L'alimentation en énergie des dispositifs sous mesure est assurée par un système éprouvé et facile à adapter de la société KRATZER AUTOMATION fournisseur de bancs d'essai de Munich (Allemagne). Les paramètres fondamentaux sont une tension variable allant de 0 à 1000 volts, des courants allant de 0 à 300 ampères et un moteur électrique d'une puissance de 100 kilowatts. Le système alimente les dispositifs sous mesure en énergie et peut absorber l'énergie qui est reconduite lors de la phase de récupération. Des sauts de charges rapides sont également possibles. L'alimentation en énergie, l'ordinateur de pilotage externe et la solution logicielle de la société KRATZER AUTOMATION forment, avec le moteur externe de 100 kilowatts et sa commande de la société ABB, un banc d'essai moteur complet dans une chambre anéchoïque CEM. Les ingénieurs peuvent exécuter les programmes sur le banc d'essai CEM au moyen de l'interface à l'ordinateur de pilotage. 

Parallèlement à la chambre anéchoïque, la société Mooser a mis en place un banc d'essai pour des tests électriques sur les composants haute tension. La résistance aux tensions alternatives résiduelles, les dips et drops et autres éventualités sont testés sur des appareils HT sur ce banc d'essai. Ces essais peuvent être également effectués dans une armoire thermique de 1000 litres avec une plage de température allant de
-45 à +185 °C.

Conclusion
Le nouveau centre d'essai CEM pour moteurs à cellules de combustible, moteurs électriques et moteurs hybrides qu'exploite la société Mooser EMC Technik GmbH est à l'heure actuelle sans aucun doute l'installation la plus moderne et la plus performante de ce type. Grâce à sa conception résolument tournée vers le futur, elle répond à toutes les exigences actuelles et à celles attendues d'un centre d'essai CEM pour dispositifs haute tension pour les années à venir. Les connaissances tirées des essais CEM sur des onduleurs, des moteurs, des batteries haute tension et des systèmes tout entiers sont non seulement intégrées dans les projets conceptuels des clients, mais elles sont également utilisées pour l'évolution des normes nationales et internationales.