CAN-Repeater und -Bridge für Reichweitenverlängerung in Batterietestsystemen

Ein starkes Duo: Glasfaser-CAN-Repeater und CAN-Bridge sorgen in Batterietestsystemen für zuverlässige Datenkommunikation.

Hintergrund

Im dynamischen Umfeld der Elektromobilität sind präzise und zuverlässige Batterietests entscheidend, um die Leistung und Sicherheit von Batteriesystemen sicherzustellen. Ein führendes Technologieunternehmen für Batterietestsysteme stand dabei vor der Herausforderung, dass elektromagnetische Störungen die Kommunikation zwischen dem Test-PC und dem Batterieemulator beeinträchtigen. Diese Störungen führen zu konstanten Fehlerbildern (zerstörte CAN-Frames) auf der CAN-Leitung, was zu einer Verlängerung der Messdauer und zu Ungenauigkeiten beim Testen führt. Dieser Anwenderbericht erläutert, wie die Herausforderung durch die Kombination von CAN-Repeatern, Glasfaserkabel als Busmedium und CAN-Bridges gelöst werden konnte. Das Ergebnis: Eine leistungsstarke und zuverlässige Datenkommunikation zwischen allen Systemteilnehmern innerhalb der Batterietestanlage.

Nach dem Produktionsvorgang werden Batteriemodule an Batterieemulatoren und Test-PCs angeschlossen, um ihre Funktionsfähigkeit unter Volllast zu prüfen.

Die Herausforderung: Zerstörte CAN-Frames durch EM-Störungen und große Distanzen 

Jedes Batterietestsystem besteht aus mehreren Einzelkomponenten: Ein Test-PC, auf dem die Diagnose- und Prüfapplikationen laufen, ist das Gehirn der Anlage. Dort werden Ladezyklen, Spannungen, Temperaturen und viele Parameter zur Qualitätssicherung mehr gemessen. Damit verbunden ist ein so genannter Batterieemulator. Er ermöglicht es, realistische Batterielade- und Entladevorgänge zu simulieren und kann dabei dynamische Lastprofile erstellen. Als hochstabile Spannungsquelle unterstützt er somit Tests, die zur schnelleren Charakterisierung und Zuverlässigkeit von E-Antriebskomponenten führen. Der Emulator ist schließlich direkt mit der zu prüfenden Batterie verbunden. Die technischen Herausforderungen des Unternehmens manifestieren sich in Form von zerstörten CAN-Nachrichten auf der Leitung zwischen Test-PC und Batterieemulator. 

Da der Test-PC an einem anderen Ort platziert wird als der Emulator, muss eine Distanz von 15 Metern per CAN-Leitung überbrückt werden. Auf der Leitung werden hohe Datenübertragungsraten von 1 Mbit/s benötigt. 
Ausgelöst werden die zerstörten CAN-Nachrichten durch elektromagnetische Störungen des Batterieemulators, der insbesondere beim Testen von Batteriezellen und E-Motoren unter hohen Stromlasten arbeitet und somit große Störstrahlung verursacht. Die dadurch zerstörten CAN-Frames auf dem Feldbus verlangsamen so die Testverfahren und sorgen für ungültige Ergebnisse.

Eine starke Kombination: Glasfaser-CAN-Repeater und Bridge sorgen für Stabilität

Um die elektromagnetischen Störungen zu überwinden, implementierte das Unternehmen eine Kombination aus zwei CAN-Repeatern und einer CAN-Bridge. Der Einsatz der Glasfaser-CAN-Repeater behebt die Störungen durch die elektromagnetische Strahlung des Emulators, indem sie die Signale zuverlässig und ohne Qualitätsverlust über größere Distanzen übertragen. Aufgrund der hohen Datenrate und der Notwendigkeit von gleich zwei Glasfaser-CAN-Repeatern, wurde die maximale Buslänge erreicht. Hier konnte eine weitere Komponente Abhilfe schaffen: Hinter der ersten Übertragungslinie sorgt eine CAN-Bridge für die Verdoppelung der maximalen Buslänge, was die Flexibilität und Effizienz des Netzwerks erhöht.

Im Unterschied zu CAN-Repeatern, arbeiten Bridges auf Telegrammebene. Die Telegramme werden an einem Gerät vollständig empfangen, weiterverarbeitet und an ein oder mehrere Interfaces gesendet. Die interne Weiterverarbeitung ermöglicht es unter anderem, Netzwerke mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten zu verbinden, Telegramme zu filtern, zu vervielfältigen, oder auch Information aus Telegrammen abzuleiten. Repeater dagegen arbeiten auf Bitebene, also auf rein elektrischer Basis, und leiten Telegramme somit unverändert weiter.

Technische Features im Detail: CAN-CR210/FO und CANbridge NT 200

Der CAN-CR210/FO-CAN-Repeater ist speziell für den Einsatz in Umgebungen mit hohen elektromagnetischen Einflüssen konzipiert. Er wandelt CAN-Signale von einem Kupferkabel auf Glasfaserkabel um und umgekehrt. Das nicht leitfähige Glasfaserkabel bietet den Vorteil einer nahezu unendlich hohen galvanischen Isolation und umgeht zudem die bei herkömmlichen Kupferkabeln auftretenden elektromagnetischen Störungen. Der Repeater ist besonders effektiv bei der Minimierung von Signalverlusten über größere Distanzen hinweg und bietet damit eine robuste Lösung für komplexe industrielle Testsysteme. Die CANbridge NT 200 spielt in diesem Fall eine entscheidende Rolle bei der Erweiterung der Buslänge. Sie kann die maximale Buslänge verdoppeln und ermöglicht somit eine größere Flexibilität bei der Platzierung von Testgeräten und PCs – auch über größere Distanzen. Zusätzlich bietet sie fortgeschrittene Funktionen wie Datenfilterung und Routing, welche die Netzwerkleistung optimieren und die Administration vereinfachen.

Die Kombination aus Glasfaser-CAN-Repeater und der Bridge hat sich als effektive Lösung erwiesen, um die Störungen der Datenkommunikation im Batterietest zu überwinden. Durch den Einsatz dieser Technologien konnte das Unternehmen die Anzahl der Testwiederholungen reduzieren und somit die Kosten signifikant senken.