emner:
- introduktion
- Tænd for HV-systemet
- Interlock
- Kortslutningssikring
- Permanent isoleringsovervågning
- Diagnose med megohmmeter
Forord:
HV-systemet i køretøjer med elektrificeret eller fuldt elektrisk drev er udstyret med flere beskyttelser. Systemet kan ikke tilkobles, før alle sikkerhedskrav er opfyldt. I det øjeblik en fejl opdages, slukker HV-systemet med det samme. Dette kan ske i følgende situationer:
- En del af HV-anlægget afmonteres, og anlægget tændes.
- På grund af en kollision eller vandskade, kortslutter elektriske dele eller ledninger med hinanden eller med jord.
- Dele er blevet beskadiget på grund af overbelastning.
Billedet nedenfor viser de komponenter, der hører til sikkerhedssystemet. En del af HV-batteriet (1) kan ses i blåt med det orange servicestik (2) til venstre. I midten er der tre relæer (3 til 5), som tændes et efter et af ECU'en (6). Under HV-batteriet er ECU'en (7), som er forbundet til forbrugerne (8), såsom elmotor, varme, klimapumpe, servostyring og ladesystem.
Undertekst:
1. HV batteri
2. Servicestik med sikring
3. Relæ 1
4. Relæ 2
5. Relæ 3
6. ECU af HV batteri
7. ECU af HV-system
8. Elforbrugere
Tænd for HV-systemet:
Føreren aktiverer HV-systemet ved at trykke på startknappen. I det øjeblik meddelelsen "HV klar" vises i displayet, aktiveres HV-systemet. Før HV-systemet er aktivt, er relæerne i HV batteripakke styres til at forbinde batteripakken til forbrugerne.
Når HV-systemet er tændt, styrer ECU'en (6 i figuren nedenfor) HV-relæerne i det positive kredsløb (relæ 4) og jordkredsløbet (relæ 5). Først tændes strømkredsen på plussiden via en modstand. På billedet nedenfor ser vi, at relæ (4) sender strømmen til modstand R1. Modstanden begrænser strømmen, der passerer gennem den, og begrænser dermed startstrømmen. Dette gør det muligt at oplade kondensatorerne i inverteren langsomt. På dette tidspunkt kan systemet udføre et sikkerhedstjek ved en lavere spænding. Efter at spændingen over kondensatorerne i inverteren er omtrent lig med spændingen på HV-batteripakken, lukker relæ 3, og relæ 4 åbner, og påfører fuld spænding til inverteren og andre elektriske komponenter.
Interlock:
Interlock-systemet er det sikkerhedssystem, der giver beskyttelse mod elektrisk kontakt, når der er åbne forbindelser. I hver komponent, der er tilsluttet HV-batteriet, er der mindst én kontakt, der kan lukke HV-systemet ned, når der opstår en afbrydelse. Disse kontakter kan integreres i ledningerne eller indbygges i huset til en komponent som en kontakt.
På billedet nedenfor til venstre ser vi det aktive system: relæ 3 og 5 er lukket, hvilket betyder at spændingen fra HV-batteriet overføres til forbrugerne. Interlock-kredsløbet er farvet blåt fra køretøjets ECU (7). En spænding påføres modstand R2 fra ECU'en. Spærringen føres gennem de elektriske forbrugere (8) som et seriekredsløb. Aflåsningen er forbundet til jord i batteripakken. Der er en gren mellem modstand R2 i ECU'en (7) og udgangen til forbrugerne, hvor spændingen på spærringen måles.
- Interlock OK: spænding efter modstand R2 er 0 volt;
- Interlock afbrudt: Spændingen forbruges ikke i modstanden R2 og er (afhængig af forsyningsspændingen) 5, 12 eller 24 volt.
Spændingen efter modstand R2 overvåges konstant under tilslutning, men også under kørsel.
Afmontering af servicestikket (2) eller nogen af de elektriske komponenter (8) afbryder også spærrekredsløbet. Denne situation kan ses på højre billede ovenfor, hvor servicestikket er flyttet. Både sikringen mellem batterimodulerne og spærrekredsløbet er åben. Fordi spærringen ikke længere er forbundet til køretøjets jord, stiger spændingen efter modstand R2 til værdien af forsyningsspændingen. Køretøjets ECU (7) styrer direkte batteriets ECU (6), så relæerne 3, 4 og 5 ikke længere aktiveres. Derefter slukkes HV-systemet.
På billedet ser vi det orange servicestik med de store kontakter i midten til at forbinde de positive og negative kabler på HV-batteriet, og til venstre en mindre stikforbindelse med to ben. Disse er de to stifter af låsen. Disse tilslutninger finder vi også på stik af HV-komponenter.
Kortslutningsbeskyttelse:
HV-systemet skal beskyttes mod for store strømme, som kan være forårsaget af en kortslutning i ledningerne eller i de elektriske komponenter. Uden beskyttelse kan dette føre til en lysbue, smeltning af rør eller endda brand. En sikring er designet til at beskytte systemet mod disse farer. Sikringen kan sidde i servicestikket, men også andre steder i batteripakken. Køretøjer kan også være udstyret med flere sikringer, hver designet til at beskytte et specifikt kredsløb.
Ud over det faktum, at sikringen beskytter systemet mod for store strømme, sender strømsensoren i HV-batteriets positive eller negative kabel strømmen til ECU'en. ECU'en træffer beslutningen om at slukke for relæerne, når der er en overbelastning.
Permanent isoleringsovervågning:
De positive og negative sider af HV-batteriet kommer ikke i kontakt med hinanden eller med miljøet. Der er flere lag isolering omkring plussiden (fra + batteriet til inverterens +) med en flettet kappe imellem. Men minussiden er også isoleret og kommer ikke i kontakt med komponenternes karrosseri eller hus. Selve køretøjets karrosseri er derimod forbundet med negativen på det indbyggede batteri (12 volt i personbiler). Dette er ikke tilfældet i HV-delen. Årsager til en funktionsfejl kan være:
- Efter en kollision kan der være opstået skade på ledningerne, hvilket får kobberet i de positive og negative ledninger til at komme i kontakt med hinanden eller røre ved køretøjets krop;
- på grund af overbelastning - og derfor overophedning - er isoleringen i en elektrisk komponent svigtet (smeltet), hvilket muliggør kontakt med miljøet;
- Eller der er ledende væske, fordi køretøjet har været i vandet, der er opstået en kortslutning mellem plus og minus på grund af kølevæskelækage i HV-batteripakken Lækage af kølemiddel i den elektriske klimaanlægspumpe kan også forårsage ledning.
I de elektriske komponenter kan dårlig isolering forårsage en forbindelse mellem de positive eller negative kabler fra HV-batteriet og huset. Da huset normalt er monteret på køretøjets karrosseri, kan der opstå en strøm, hvis beskyttelsen er dårlig ved dårlig isolering. Når HV-batteriets plus er forbundet til køretøjets karrosseri via huset som følge af en isolationsfejl, er der højspænding på hundredvis af volt på karrosseriet. Men fordi der ikke er nogen måde at forbinde til det negative på HV-batteriet, vil der ikke ske noget, fordi der ikke vil strømme nogen strøm. Det går kun galt, hvis der er flere isolationsfejl, hvor både plus og minus på HV-batteriet kommer i kontakt med karrosseriet.
På de tre billeder nedenfor ser vi HV-batteripakken (1) med de positive og negative kabler, med køretøjets karrosseri i bunden (2) og to elektriske forbrugere (3 og 4) imellem.
- dårlig isolering af plussiden af komponenten: hvis der er dårlig isolering mellem plus og kabinet i en forbruger (f.eks. en elvarmer), vil huset blive strømførende. Fordi der ikke er nogen forbindelse til det negative på HV-batteriet, flyder der ingen strøm;
- dårlig isolering minus: igen vil der være en (lille) spænding på karrosseriet, men ingen strøm vil flyde;
- dårlig isolering i både plus og minus: i denne situation er der en kortslutning mellem plus og minus på HV-batteriet. Karrosseriet bliver forbindelsen mellem positivt og negativt. Strømmen vil stige hurtigt, indtil sikringen i servicestikket og/eller HV-batteriet springer for at beskytte systemet.
For med dårlig isolering i plus eller minus er der endnu ikke et lukket kredsløb, vil sikringen i servicestikket ikke smelte. Den permanente isoleringsovervågning i elektriske køretøjer registrerer en sådan strømoverførsel og advarer føreren med en fejlmeddelelse. Med en isolationsfejl kan køretøjet stadig fungere, medmindre producenten har deaktiveret det via software.
Nummer 5 i nedenstående figur angiver den komponent, hvor permanent isoleringsovervågning finder sted. I virkeligheden er denne elektriske del naturligvis mere kompleks.
Nummer 6 angiver den målemodstand, over hvilken spændingsfaldet måles parallelt.
De to billeder nedenfor viser de situationer, hvor der er dårlig isolering i plus (venstre) og i minus (højre). Fordi strøm løber gennem målemodstanden, forbruges spænding i modstandskredsløbet. Spændingsfaldet over målemodstanden er et mål for mængden af strøm, der løber gennem modstandene.
Så snart ECU'en registrerer en abnormitet med permanent isolationsovervågning, gemmer den en fejlkode. Mulige beskrivelser af P-koderne (såsom P1AF0 og P1AF4) kunne være: "batterispændingssystemisolering tabt" eller "fejl i batterispændingsisolationskredsløb". Når et køretøj kommer ind på værkstedet med en isolationsfejl, kan mekanikeren måle isolationsmodstanden efter brug af diagnoseudstyret eller manuelt med et Megohmmeter for at kontrollere, om der er en isoleringslækage et sted.
Diagnose med megohmmeter:
Det foregående afsnit forklarede begrebet "isolationsmodstand" og viste, hvordan køretøjet bruger den permanente isolationsovervågning til at kontrollere, om der er en lækage fra de positive eller negative forbindelser fra HV-batteriet til køretøjets krop. I dette afsnit vil vi komme nærmere ind på dette og beskrive, hvordan du som tekniker kan opdage fejlens placering med et Megohmmeter. Som tekniker skal du naturligvis være certificeret til at arbejde på HV-anlæg. Softwaren i en diagnostisk tester kan selv udføre en isolationstest for visse mærker, for eksempel for komponenter, der først viser en isolationsfejl efter at være blevet tændt, såsom elvarme eller el-klimaanlæg.
I andre tilfælde kan vi måle isolationsmodstanden med et megohmmeter. Det er ikke muligt at måle isolationsmodstand med et normalt multimeter, fordi multimeterets indre modstand kan være op til 10 millioner ohm. Den interne modstand er for høj til at måle høje modstandsværdier. Et Megohmmeter er velegnet til dette og udsender en spænding på 50 til 1000 volt for at simulere driftssituationen. Denne højspænding sikrer, at den udsendte strøm finder vej gennem kobberkernen til isoleringen, selv gennem den mindste skade i isoleringen. For at måle med megohmmeteret skal du indstille måleren til samme spænding som HV-batteriet eller et trin højere. Efter at have tilsluttet målekablerne og indstillet måleren korrekt, klikker vi på den orange "isolationstest" knap. Den indstillede spænding (på billedet: 1000 volt) påføres målekablerne og dermed på komponenten, og vi aflæser derefter den ohmske værdi fra displayet.
- En isolationsmodstand større end 550 MΩ (Megaohm, hvilket betyder 550 millioner ohm) er OK. Dette er det maksimale måleområde;
- En værdi lavere end 550 MΩ kan indikere en lækage i isoleringen, men dette behøver ikke nødvendigvis at være tilfældet;
- Ifølge International Electrotechnical Commission (IEC) og Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) skal isolationsmodstanden for en EV være mindst 500 Ω pr. volt. Ved en nominel HV-spænding på 400 volt skal modstanden være (500 Ω * 400 v) = 200.000 Ω.
- Producenter sætter ofte højere kvalitets- og sikkerhedsstandarder, hvilket resulterer i højere minimumsisoleringsmodstande. Derfor skal fabriksanvisningerne altid følges, når der stilles en diagnose.
En producents instruktioner er altid førende.
Fabriksspecifikationerne beskriver trinene, sikkerhedsbestemmelserne og minimumsisoleringsmodstanden.
På det næste billede ser vi et skærmbillede fra en Toyota manual. Minimumsisolationsmodstanden for kablerne til den elektriske motor af den relevante model er vist.
Megaohmmeteret skal indstilles til 500 volt, og minimumsmodstanden af ledningerne (UV og W) til den elektriske motor sammenlignet med huset skal være 100 MΩ (MegaOhm) eller mere.
Isolationsmodstandene på f.eks. den elektriske klimakompressor og varmeelementet kan være forskellige. Ved måling af andre komponenter henvises til den del af fabriksdataene.
1. Isolationsmåling på den negative side (ingen fejl):
Med stikket afbrudt måler vi også den negative side i forhold til køretøjets masse. Figur 1 og 2 viser, hvordan denne måling ser ud i skematisk form og i virkeligheden. Målingen resulterer i en isolationsmodstand på >550 MΩ, hvilket indikerer, at isoleringen er i god stand.
2. Isolationsmåling på plussiden (ingen fejl):
Efter frakobling af stikket, for eksempel fra inverteren, fastgør vi den røde målesonde til stiften i det afmonterede stik (nu i plussiden) og den sorte målesonde til et jordpunkt, der er forbundet med køretøjets karrosseri. Figur 1 viser igen diagrammet fra det foregående afsnit, nummerering af HV-batteriet (1), køretøjets masse (2) og to af forbrugerne (3 og 4). Megohmmeteret er tilsluttet, og den orange "isolationstest" knap er blevet trykket for at måle isolationsmodstanden med den transmitterede spænding på 500 volt. Dette svarer til 133 Megaohm. Isolationsmodstanden er lavere end ved forrige måling. Producentens instruktioner bør konsulteres. Vi overholder minimumsisolationsmodstanden på 100 MΩ specificeret af producenten. Isolationsmodstanden er OK.
3. Isolationsmåling på plussiden (fejl):
Mens vi målte på de samme forbindelser, målte vi en isolationsmodstand på 65 MΩ. Selvom modstandsværdien er højere end de minimum 500 ohm pr. volt, der er indstillet af IEC og IEEE (se det foregående afsnit), afvises ledningerne og/eller komponenten, fordi producenten har specificeret den mindste modstandsværdi på 100 MΩ. Lednings- og/eller stikforbindelserne må ikke repareres, men skal udskiftes fuldstændigt.
4. Isolationsmåling på plussiden (fejl):
Når der måles en isolationsværdi på 0 MΩ, er der en direkte forbindelse (dvs. kortslutning) mellem HV-ledningen og huset. Lednings- og/eller stikforbindelserne må ikke repareres, men skal udskiftes fuldstændigt.
I tilfælde af en isolationsfejl kan andre forbrugeres stik frakobles et efter et for at måle i stikket, som vist i teksten og billederne ovenfor.
Relateret side:
