Předměty:
- Úvod
- Zapínání VN systému
- proplést
- Ochrana proti zkratu
- Trvalé sledování izolace
- Diagnostika pomocí megaohmmetru
Předmluva:
Systém HV ve vozidlech s elektrifikovaným nebo plně elektrickým pohonem je vybaven vícenásobnými ochranami. Systém nelze aktivovat, dokud nejsou splněny všechny bezpečnostní požadavky. V okamžiku zjištění chyby se HV systém okamžitě vypne. To se může stát v následujících situacích:
- Část VN systému se demontuje a systém se zapne.
- Kvůli kolizi nebo poškození vodou dojde ke zkratu elektrických částí nebo kabeláže mezi sebou nebo se zemí.
- Díly byly poškozeny v důsledku přetížení.
Níže uvedený obrázek ukazuje součásti, které patří do bezpečnostního systému. Část HV baterie (1) je vidět modře, s oranžovou servisní zástrčkou (2) vlevo. Uprostřed jsou tři relé (3 až 5), která jsou postupně spínána ECU (6). Pod akumulátorem hybridního pohonu je ECU (7), která je připojena ke spotřebičům (8), jako je elektromotor, topení, čerpadlo klimatizace, posilovač řízení a nabíjecí systém.
Legenda:
1. HV baterie
2. Servisní zástrčka s pojistkou
3. Relé 1
4. Relé 2
5. Relé 3
6. ECU HV baterie
7. ECU VN systému
8. Elektrické spotřebiče
Zapnutí VN systému:
Řidič aktivuje HV systém stisknutím startovacího tlačítka. V okamžiku, kdy se na displeji objeví zpráva „HV ready“, je systém HV aktivován. Před aktivací VN systému jsou relé v HV baterie ovládané pro připojení bateriového bloku ke spotřebitelům.
Když je VN systém zapnutý, ECU (6 na obrázku níže) ovládá VN relé v kladném obvodu (relé 4) a zemnicím obvodu (relé 5). Nejprve se přes rezistor sepne proudový obvod na straně plus. Na obrázku níže vidíme, že relé (4) propouští proud do rezistoru R1. Rezistor omezuje proud, který jím prochází, a tím omezuje zapínací proud. To umožňuje pomalé nabíjení kondenzátorů ve střídači. V tomto okamžiku může systém provést bezpečnostní kontrolu při nižším napětí. Poté, co se napětí na kondenzátorech ve střídači přibližně rovná napětí akumulátorové sady hybridního pohonu, relé 3 se sepne a relé 4 rozepne a přivede plné napětí na střídač a další elektrické komponenty.
Blokování:
Blokovací systém je bezpečnostní systém, který poskytuje ochranu proti elektrickému kontaktu, když jsou otevřená spojení. V každém komponentu připojeném k HV baterii je alespoň jeden kontakt, který může vypnout HV systém, když dojde k přerušení. Tyto kontakty mohou být integrovány do kabeláže nebo zabudovány do pouzdra součásti jako spínač.
Na obrázku dole vlevo vidíme aktivní systém: relé 3 a 5 jsou sepnutá, což znamená, že napětí z HV baterie se přenáší na spotřebiče. Blokovací obvod je zbarven modře od ECU vozidla (7). Na rezistor R2 je přivedeno napětí z ECU. Blokování je vedeno přes elektrické spotřebiče (8) jako sériový obvod. Blokování je spojeno se zemí v bateriovém bloku. Mezi rezistorem R2 v ECU (7) a výstupem ke spotřebičům je odbočka, kde se měří napětí na blokování.
- Blokování OK: napětí za rezistorem R2 je 0 voltů;
- Blokování přerušeno: napětí se nespotřebovává v rezistoru R2 a je (v závislosti na napájecím napětí) 5, 12 nebo 24 voltů.
Napětí za rezistorem R2 je neustále sledováno při zapínání, ale i při jízdě.
Demontáž servisní zástrčky (2) nebo jakékoli elektrické součásti (8) také přeruší blokovací obvod. Tuto situaci lze vidět na pravém obrázku výše, kde se posunula servisní zástrčka. Pojistka mezi bateriovými moduly a blokovací obvod jsou přerušené. Protože blokování již není spojeno se zemí vozidla, vzroste napětí za rezistorem R2 na hodnotu napájecího napětí. ECU vozidla (7) přímo ovládá ECU baterie (6), takže relé 3, 4 a 5 již nejsou aktivována. Poté se VN systém vypne.
Na obrázku vidíme oranžovou servisní zástrčku s velkými kontakty uprostřed pro připojení kladného a záporného kabelu HV baterie a vlevo menší zástrčku se dvěma kolíky. Toto jsou dva kolíky blokování. Tyto spoje najdeme i na zástrčkách VN součástek.
Ochrana proti zkratu:
VN soustava musí být chráněna proti nadměrným proudům, které mohou být způsobeny zkratem v elektroinstalaci nebo v elektrických součástech. Bez ochrany to může vést k výboji oblouku, roztavení potrubí nebo dokonce požáru. Pojistka je navržena tak, aby chránila systém před těmito nebezpečími. Pojistka může být umístěna v servisní zástrčce, ale také jinde v akumulátoru. Vozidla mohou být také vybavena více pojistkami, z nichž každá je určena k ochraně určitého obvodu.
Kromě toho, že pojistka chrání systém před nadměrnými proudy, proudový snímač v kladném nebo záporném kabelu HV baterie přenáší proud do ECU. ECU se rozhodne vypnout relé, když dojde k přetížení.
Trvalé sledování izolace:
Kladná a záporná strana HV baterie nepřichází do vzájemného kontaktu ani do kontaktu s prostředím. Kolem plusové strany je několik vrstev izolace (od + baterie po + střídače) s opleteným pláštěm mezi nimi. Mínusová strana je však také izolovaná a nedochází ke kontaktu s karoserií nebo pouzdrem součástí. Samotná karoserie vozidla je naopak připojena k záporu palubní baterie (12 voltů u osobních automobilů). V části HV tomu tak není. Příčiny poruchy mohou být:
- Po srážce mohlo dojít k poškození kabeláže, což způsobilo, že měď kladného a záporného vodiče přišla do vzájemného kontaktu nebo se dotkla karoserie vozidla;
- v důsledku přetížení – a tedy přehřátí – selhala (roztavila se) izolace v elektrické součástce, což umožňuje kontakt s okolím;
- Nebo je tam vodivá kapalina, protože vozidlo bylo ve vodě, došlo ke zkratu mezi plusem a mínusem kvůli úniku chladicí kapaliny z akumulátorové sady hybridního pohonu Únik chladiva v elektrickém čerpadle klimatizace může také způsobit vedení.
V elektrických součástech může špatná izolace způsobit spojení mezi kladným nebo záporným kabelem z HV baterie a pouzdrem. Vzhledem k tomu, že pouzdro je obvykle namontováno na karoserii vozidla, může v případě špatné izolace vzniknout proud, pokud je ochrana špatná. Když je plus akumulátoru hybridního pohonu připojeno ke karoserii vozidla přes skříň v důsledku poruchy izolace, je na karoserii vysoké napětí v řádu stovek voltů. Protože však neexistuje způsob, jak se připojit k záporu HV baterie, nic se nestane, protože nebude téct proud. Věci se pokazí pouze v případě, že dojde k vícenásobným poruchám izolace, kdy plus i mínus HV baterie přicházejí do kontaktu s karoserií.
Na třech obrázcích níže vidíme akumulátorovou sadu hybridního pohonu (1) s kladným a záporným kabelem, s karoserií vozidla dole (2) a dvěma elektrickými spotřebiči (3 a 4) mezi nimi.
- špatná izolace kladné strany součásti: pokud je špatná izolace mezi kladkou a pouzdrem spotřebiče (např. elektrický ohřívač), pouzdro bude pod napětím. Protože zde není žádné spojení se záporem HV baterie, neteče žádný proud;
- špatná izolace mínus: opět bude na karoserii (malé) napětí, ale nebude téct proud;
- špatná izolace v plusu i mínusu: v této situaci dochází ke zkratu mezi plusem a mínusem HV baterie. Karoserie se stává spojením mezi pozitivním a negativním. Proud se bude rychle zvyšovat, dokud se nepřepálí pojistka v servisní zástrčce a/nebo akumulátor hybridního pohonu, aby byl systém chráněn.
Protože při špatné izolaci v plusu nebo mínusu ještě není uzavřený okruh, pojistka v servisní zástrčce se neroztaví. Trvalý monitoring izolace u elektrických vozidel takový přenos proudu detekuje a varuje řidiče chybovou zprávou. V případě poruchy izolace může vozidlo stále fungovat, pokud jej výrobce softwarově nevyřadil.
Číslo 5 na obrázku níže označuje součást, kde probíhá trvalé monitorování izolace. Ve skutečnosti je tato elektrická část samozřejmě složitější.
Číslo 6 označuje měřicí rezistor, na kterém se paralelně měří úbytek napětí.
Dva obrázky níže ukazují situace, kdy je špatná izolace v plusu (vlevo) a v mínusu (vpravo). Protože měřicím rezistorem protéká proud, v odporovém obvodu se spotřebovává napětí. Úbytek napětí na měřicím rezistoru je mírou velikosti proudu protékajícího rezistory.
Jakmile ECU detekuje abnormalitu pomocí trvalého monitorování izolace, uloží chybový kód. Možné popisy kódů P (jako jsou P1AF0 a P1AF4) by mohly být: „ztráta izolace napětí baterie“ nebo „porucha obvodu izolace napětí baterie“. Když do dílny vjede vozidlo s poruchou izolace, může mechanik změřit izolační odpory pomocí diagnostického zařízení nebo ručně pomocí megaohmmetru, aby zkontroloval, zda někde nedochází k úniku izolace.
Diagnostika pomocí megaohmmetru:
Předchozí část vysvětlila pojem „izolační odpor“ a ukázala, jak vozidlo využívá permanentní monitorování izolace ke kontrole, zda nedochází k úniku z kladných nebo záporných spojů z HV baterie do karoserie vozidla. V této části to probereme podrobněji a popíšeme, jak můžete jako technik zjistit místo poruchy pomocí megaohmmetru. Jako technik samozřejmě musíte mít certifikaci pro práci na VN systémech. Software v diagnostickém testeru dokáže sám provést test izolace u určitých značek, například u komponentů, které až po zapnutí vykazují poruchu izolace, jako je elektrické topení nebo elektrická klimatizace.
V ostatních případech můžeme izolační odpor změřit megaohmmetrem. Běžným multimetrem není možné měřit izolační odpor, protože vnitřní odpor multimetru může být až 10 milionů ohmů. Vnitřní odpor je příliš vysoký na měření vysokých hodnot odporu. K tomu je vhodný megaohmmetr a na výstupu je napětí 50 až 1000 voltů pro simulaci provozní situace. Toto vysoké napětí zajišťuje, že si emitovaný proud najde cestu přes měděné jádro do izolace i přes sebemenší poškození izolace. Chcete-li měřit pomocí megaohmmetru, nastavte měřidlo na stejné napětí, jako je napětí HV baterie, nebo o jeden stupeň vyšší. Po připojení měřicích kabelů a správném nastavení měřiče klikneme na oranžové tlačítko „test izolace“. Nastavené napětí (na obrázku: 1000 voltů) je přivedeno na měřicí kabely a tedy i na součástku a z displeje pak odečítáme ohmickou hodnotu.
- Izolační odpor větší než 550 MΩ (Megaohm, což znamená 550 milionů ohmů) je v pořádku. Toto je maximální rozsah měření;
- Hodnota nižší než 550 MΩ může znamenat netěsnost izolace, ale nemusí tomu tak být;
- Podle Mezinárodní elektrotechnické komise (IEC) a Institutu elektrických a elektronických inženýrů (IEEE) musí být izolační odpor EV alespoň 500 Ω na volt. Při jmenovitém napětí VN 400 voltů by měl být odpor (500 Ω * 400 v) = 200.000 XNUMX Ω.
- Výrobci často nastavují vyšší standardy kvality a bezpečnosti, což má za následek vyšší minimální izolační odpory. Z tohoto důvodu je třeba při stanovení diagnózy vždy dodržovat pokyny výrobce.
Pokyny výrobce vždy vedou.
Tovární specifikace popisují kroky, bezpečnostní předpisy a minimální izolační odpory.
Na dalším obrázku vidíme screenshot z manuálu Toyota. Jsou uvedeny minimální izolační odpory kabelů k elektromotoru příslušného modelu.
Megohmetr by měl být nastaven na 500 voltů a minimální odpor kabeláže (UV a W) k elektromotoru ve srovnání s pouzdrem by měl být 100 MΩ (MegaOhm) nebo více.
Izolační odpory například kompresoru elektrické klimatizace a topného tělesa mohou být různé. Při měření jiných součástí se řiďte touto částí továrních dat.
1. Měření izolace na záporné straně (bez závady):
Při odpojené zástrčce měříme také zápornou stranu v porovnání s hmotností vozidla. Obrázky 1 a 2 ukazují, jak toto měření vypadá ve schematické podobě a ve skutečnosti. Výsledkem měření je izolační odpor >550 MΩ, což znamená, že izolace je v dobrém stavu.
2. Měření izolace na straně plus (bez závady):
Po odpojení zástrčky např. z měniče připevníme červený měřící kolík na kolík v demontované zástrčce (nyní na straně plus) a černý měřící kolík na zemnící bod připojený ke karoserii vozidla. Obrázek 1 znovu zobrazuje schéma z předchozí části s očíslováním HV baterie (1), hmotnosti vozidla (2) a dvou spotřebičů (3 a 4). Megohmetr je připojen a bylo stisknuto oranžové tlačítko „insulation test“ pro měření izolačního odporu s přenášeným napětím 500 voltů. To činí 133 megaohmů. Izolační odpor je nižší než u předchozího měření. Je třeba konzultovat pokyny výrobce. Dodržujeme výrobcem udávaný minimální izolační odpor 100 MΩ. Izolační odpor je v pořádku.
3. Měření izolace na straně plus (chyba):
Při měření na stejných spojích jsme naměřili izolační odpor 65 MΩ. Přestože je hodnota odporu vyšší než minimální hodnota 500 ohmů na volt stanovená IEC a IEEE (viz předchozí odstavec), kabeláž a/nebo součástka je zamítnuta, protože výrobce stanovil minimální hodnotu odporu 100 MΩ. Kabeláž a/nebo zástrčkové spoje se nesmí opravovat, ale musí být kompletně vyměněny.
4. Měření izolace na straně plus (chyba):
Když je naměřena hodnota izolace 0 MΩ, existuje přímé spojení (tj. zkrat) mezi VN vodičem a pouzdrem. Kabeláž a/nebo zástrčkové spoje se nesmí opravovat, ale musí být kompletně vyměněny.
V případě poruchy izolace mohou být zástrčky ostatních spotřebičů odpojeny jeden po druhém, aby bylo možné měřit v zástrčce, jak je znázorněno v textu a na obrázcích výše.
Související stránka:
