Μαθήματα:
- Εισαγωγή
- Ενεργοποίηση του συστήματος HV
- Συναρμόζω
- Προστασία από βραχυκύκλωμα
- Μόνιμη παρακολούθηση μόνωσης
- Διάγνωση με το Megohmmeter
Εισαγωγή:
Το σύστημα HV σε οχήματα με ηλεκτροκίνηση ή πλήρως ηλεκτρική κίνηση είναι εξοπλισμένο με πολλαπλές προστασίες. Το σύστημα δεν μπορεί να οπλιστεί εάν δεν πληρούνται όλες οι απαιτήσεις ασφαλείας. Μόλις εντοπιστεί ένα σφάλμα, το σύστημα HV απενεργοποιείται αμέσως. Αυτό μπορεί να συμβεί στις ακόλουθες περιπτώσεις:
- Ένα μέρος του συστήματος HV αποσυναρμολογείται και το σύστημα είναι ενεργοποιημένο.
- Λόγω σύγκρουσης ή ζημιάς από το νερό, τα ηλεκτρικά μέρη ή η καλωδίωση βραχυκυκλώνονται μεταξύ τους ή με τη γείωση.
- Εξαρτήματα έχουν καταστραφεί λόγω υπερφόρτωσης.
Η παρακάτω εικόνα δείχνει τα στοιχεία που ανήκουν στο σύστημα ασφαλείας. Μέρος της μπαταρίας HV (1) φαίνεται μπλε, με το πορτοκαλί βύσμα σέρβις (2) στα αριστερά. Στη μέση υπάρχουν τρία ρελέ (3 έως 5), τα οποία ανάβουν ένα προς ένα από την ECU (6). Κάτω από την μπαταρία HV βρίσκεται η ECU (7), η οποία συνδέεται με τους καταναλωτές (8), όπως ο ηλεκτροκινητήρας, η θέρμανση, η αντλία κλιματισμού, το υδραυλικό τιμόνι και το σύστημα φόρτισης.
Υπόμνημα:
1. Μπαταρία HV
2. Βύσμα σέρβις με ασφάλεια
3. Ρελέ 1
4. Ρελέ 2
5. Ρελέ 3
6. ECU μπαταρίας HV
7. ECU συστήματος HV
8. Ηλεκτρικοί καταναλωτές
Ενεργοποίηση του συστήματος HV:
Ο οδηγός ενεργοποιεί το σύστημα HV πατώντας το κουμπί εκκίνησης. Τη στιγμή που εμφανίζεται το μήνυμα «HV ready» στην οθόνη, το σύστημα HV ενεργοποιείται. Πριν ενεργοποιηθεί το σύστημα HV, τα ρελέ στο Πακέτο μπαταριών HV ελεγχόμενη για τη σύνδεση της μπαταρίας στους καταναλωτές.
Όταν το σύστημα HV είναι ενεργοποιημένο, η ECU (6 στο παρακάτω σχήμα) ελέγχει τα ρελέ HV στο θετικό κύκλωμα (ρελέ 4) και το κύκλωμα γείωσης (ρελέ 5). Πρώτον, το κύκλωμα ρεύματος στη θετική πλευρά ενεργοποιείται μέσω μιας αντίστασης. Στην παρακάτω εικόνα βλέπουμε ότι το ρελέ (4) περνάει το ρεύμα στην αντίσταση R1. Η αντίσταση περιορίζει το ρεύμα που διέρχεται από αυτήν, περιορίζοντας έτσι το ρεύμα εισόδου. Αυτό επιτρέπει στους πυκνωτές του μετατροπέα να φορτίζονται αργά. Αυτή τη στιγμή το σύστημα μπορεί να πραγματοποιήσει έλεγχο ασφαλείας σε χαμηλότερη τάση. Αφού η τάση στους πυκνωτές του μετατροπέα είναι περίπου ίση με την τάση της μπαταρίας HV, το ρελέ 3 κλείνει και το ρελέ 4 ανοίγει, εφαρμόζοντας πλήρη τάση στον μετατροπέα και σε άλλα ηλεκτρικά εξαρτήματα.
Αλληλοσυνδέομαι:
Το σύστημα κλειδώματος είναι το σύστημα ασφαλείας που παρέχει προστασία από την ηλεκτρική επαφή όταν υπάρχουν ανοιχτές συνδέσεις. Σε κάθε εξάρτημα που είναι συνδεδεμένο στην μπαταρία HV υπάρχει τουλάχιστον μία επαφή που μπορεί να απενεργοποιήσει το σύστημα HV όταν παρουσιαστεί διακοπή. Αυτές οι επαφές μπορούν να ενσωματωθούν στην καλωδίωση ή να ενσωματωθούν στο περίβλημα ενός εξαρτήματος ως διακόπτης.
Στην εικόνα κάτω αριστερά βλέπουμε το ενεργό σύστημα: τα ρελέ 3 και 5 είναι κλειστά, πράγμα που σημαίνει ότι η τάση από την μπαταρία HV μεταφέρεται στους καταναλωτές. Το κύκλωμα κλειδώματος έχει μπλε χρώμα από την ECU του οχήματος (7). Εφαρμόζεται τάση στην αντίσταση R2 από την ECU. Η ασφάλιση δρομολογείται μέσω των ηλεκτρικών καταναλωτών (8) ως κύκλωμα σειράς. Η κλειδαριά είναι συνδεδεμένη στη γείωση της μπαταρίας. Υπάρχει μια διακλάδωση μεταξύ της αντίστασης R2 στην ECU (7) και της εξόδου προς τους καταναλωτές όπου μετράται η τάση στο κλείδωμα.
- Interlock ΟΚ: η τάση μετά την αντίσταση R2 είναι 0 βολτ.
- Διακοπή κλειδώματος: η τάση δεν καταναλώνεται στην αντίσταση R2 και είναι (ανάλογα με την τάση τροφοδοσίας) 5, 12 ή 24 βολτ.
Η τάση μετά την αντίσταση R2 παρακολουθείται συνεχώς κατά την ενεργοποίηση, αλλά και κατά την οδήγηση.
Η αποσυναρμολόγηση του βύσματος σέρβις (2) ή οποιουδήποτε από τα ηλεκτρικά εξαρτήματα (8) σπάει επίσης το κύκλωμα ασφάλισης. Αυτή η κατάσταση φαίνεται στη δεξιά εικόνα παραπάνω, όπου το βύσμα σέρβις έχει μετατοπιστεί. Τόσο η ασφάλεια μεταξύ των μονάδων μπαταρίας όσο και το κύκλωμα ασφάλισης είναι ανοιχτά. Επειδή η ασφάλιση δεν είναι πλέον συνδεδεμένη με τη γείωση του οχήματος, η τάση μετά την αντίσταση R2 αυξάνεται στην τιμή της τάσης τροφοδοσίας. Η ECU του οχήματος (7) ελέγχει απευθείας την ECU της μπαταρίας (6), έτσι ώστε τα ρελέ 3, 4 και 5 να μην είναι πλέον ενεργοποιημένα. Στη συνέχεια, το σύστημα HV απενεργοποιείται.
Στην εικόνα βλέπουμε το πορτοκαλί βύσμα σέρβις με τις μεγάλες επαφές στη μέση για τη σύνδεση των θετικών και αρνητικών καλωδίων της μπαταρίας HV, και στα αριστερά μια μικρότερη σύνδεση βύσματος με δύο ακίδες. Αυτοί είναι οι δύο πείροι της κλειδαριάς. Βρίσκουμε επίσης αυτές τις συνδέσεις σε βύσματα εξαρτημάτων HV.
Προστασία βραχυκυκλώματος:
Το σύστημα HV πρέπει να προστατεύεται από υπερβολικά ρεύματα, τα οποία μπορεί να προκληθούν από βραχυκύκλωμα στην καλωδίωση ή στα ηλεκτρικά εξαρτήματα. Χωρίς προστασία, αυτό μπορεί να οδηγήσει σε λάμψη τόξου, τήξη σωλήνων ή ακόμα και φωτιά. Μια ασφάλεια έχει σχεδιαστεί για να προστατεύει το σύστημα από αυτούς τους κινδύνους. Η ασφάλεια μπορεί να βρίσκεται στο βύσμα σέρβις, αλλά και σε άλλο σημείο της μπαταρίας. Τα οχήματα μπορεί επίσης να είναι εξοπλισμένα με πολλαπλές ασφάλειες, καθεμία σχεδιασμένη για την προστασία ενός συγκεκριμένου κυκλώματος.
Εκτός από το γεγονός ότι η ασφάλεια προστατεύει το σύστημα από υπερβολικά ρεύματα, ο αισθητήρας ρεύματος στο θετικό ή αρνητικό καλώδιο της μπαταρίας HV μεταδίδει το ρεύμα στην ECU. Η ECU αποφασίζει να απενεργοποιήσει τα ρελέ όταν υπάρχει υπερφόρτωση.
Μόνιμη παρακολούθηση μόνωσης:
Η θετική και η αρνητική πλευρά της μπαταρίας HV δεν έρχονται σε επαφή μεταξύ τους, ούτε με το περιβάλλον. Υπάρχουν πολλά στρώματα μόνωσης γύρω από τη θετική πλευρά (από την + μπαταρία έως το + του μετατροπέα) με ένα πλεγμένο περίβλημα ενδιάμεσα. Αλλά η μείον πλευρά είναι επίσης μονωμένη και δεν έρχεται σε επαφή με το αμάξωμα ή το περίβλημα των εξαρτημάτων. Το ίδιο το αμάξωμα του οχήματος, από την άλλη, συνδέεται με το αρνητικό της μπαταρίας του οχήματος (12 volt στα επιβατικά αυτοκίνητα). Αυτό δεν συμβαίνει στο τμήμα HV. Οι αιτίες μιας δυσλειτουργίας μπορεί να είναι:
- Μετά από σύγκρουση, μπορεί να έχει προκληθεί ζημιά στην καλωδίωση, με αποτέλεσμα ο χαλκός των θετικών και αρνητικών καλωδίων να έρθουν σε επαφή μεταξύ τους ή να αγγίξουν το σώμα του οχήματος.
- λόγω υπερφόρτωσης - και επομένως υπερθέρμανσης - η μόνωση σε ένα ηλεκτρικό εξάρτημα έχει αποτύχει (λιώσει), επιτρέποντας την επαφή με το περιβάλλον.
- Ή υπάρχει αγώγιμο υγρό επειδή το όχημα βρισκόταν στο νερό, προέκυψε βραχυκύκλωμα μεταξύ του θετικού και του πλην λόγω διαρροής ψυκτικού στη μπαταρία HV. Η διαρροή ψυκτικού στην ηλεκτρική αντλία κλιματισμού μπορεί επίσης να προκαλέσει αγωγιμότητα.
Στα ηλεκτρικά εξαρτήματα, η κακή μόνωση μπορεί να προκαλέσει σύνδεση μεταξύ των θετικών ή αρνητικών καλωδίων από την μπαταρία HV και το περίβλημα. Δεδομένου ότι το περίβλημα τοποθετείται συνήθως στο αμάξωμα του οχήματος, μπορεί να προκύψει ρεύμα εάν η προστασία είναι κακή σε περίπτωση κακής μόνωσης. Όταν το πλεονέκτημα της μπαταρίας HV συνδέεται με το σώμα του οχήματος μέσω του περιβλήματος ως αποτέλεσμα μιας αστοχίας μόνωσης, υπάρχει υψηλή τάση εκατοντάδων βολτ στο αμάξωμα. Ωστόσο, επειδή δεν υπάρχει τρόπος σύνδεσης στο αρνητικό της μπαταρίας HV, δεν θα συμβεί τίποτα γιατί δεν θα ρέει ρεύμα. Τα πράγματα θα πάνε στραβά μόνο εάν υπάρχουν πολλαπλές αστοχίες μόνωσης, όπου τόσο τα θετικά όσο και τα πλην της μπαταρίας HV έρχονται σε επαφή με το αμάξωμα.
Στις τρεις παρακάτω εικόνες βλέπουμε το πακέτο μπαταριών HV (1) με τα θετικά και αρνητικά καλώδια, με το σώμα του οχήματος στο κάτω μέρος (2) και δύο ηλεκτρικούς καταναλωτές (3 και 4) ενδιάμεσα.
- κακή μόνωση της θετικής πλευράς του εξαρτήματος: εάν υπάρχει κακή μόνωση μεταξύ του συν και του περιβλήματος σε έναν καταναλωτή (για παράδειγμα μια ηλεκτρική θερμάστρα), το περίβλημα θα γίνει ενεργό. Επειδή δεν υπάρχει σύνδεση με το αρνητικό της μπαταρίας HV, δεν ρέει ρεύμα.
- κακή μόνωση μείον: και πάλι θα υπάρχει μια (μικρή) τάση στο αμάξωμα, αλλά δεν θα ρέει ρεύμα.
- κακή μόνωση τόσο στα θετικά όσο και στα πλην: σε αυτήν την κατάσταση υπάρχει βραχυκύκλωμα μεταξύ του συν και του πλην της μπαταρίας HV. Το αμάξωμα γίνεται η σύνδεση μεταξύ θετικού και αρνητικού. Το ρεύμα θα αυξηθεί γρήγορα μέχρι να καεί η ασφάλεια στο βύσμα σέρβις ή/και η μπαταρία HV για προστασία του συστήματος.
Επειδή με κακή μόνωση στα συν ή πλην δεν υπάρχει ακόμα κλειστό κύκλωμα, η ασφάλεια στο βύσμα σέρβις δεν θα λιώσει. Η μόνιμη παρακολούθηση μόνωσης στα ηλεκτρικά οχήματα ανιχνεύει τέτοια μεταφορά ρεύματος, προειδοποιώντας τον οδηγό με ένα μήνυμα σφάλματος. Με ένα σφάλμα μόνωσης, το όχημα μπορεί να συνεχίσει να λειτουργεί, εκτός εάν ο κατασκευαστής το έχει απενεργοποιήσει μέσω λογισμικού.
Ο αριθμός 5 στο παρακάτω σχήμα δείχνει το εξάρτημα όπου πραγματοποιείται μόνιμη παρακολούθηση μόνωσης. Στην πραγματικότητα, αυτό το ηλεκτρικό μέρος είναι φυσικά πιο περίπλοκο.
Ο αριθμός 6 υποδεικνύει την αντίσταση μέτρησης πάνω από την οποία μετράται παράλληλα η πτώση τάσης.
Οι δύο παρακάτω εικόνες δείχνουν τις καταστάσεις όπου υπάρχει κακή μόνωση στο συν (αριστερά) και στο μείον (δεξιά). Επειδή το ρεύμα ρέει μέσω της αντίστασης μέτρησης, η τάση καταναλώνεται στο κύκλωμα αντίστασης. Η πτώση τάσης στην αντίσταση μέτρησης είναι ένα μέτρο της ποσότητας ρεύματος που ρέει μέσα από τις αντιστάσεις.
Μόλις η ECU εντοπίσει μια ανωμαλία με μόνιμη παρακολούθηση μόνωσης, αποθηκεύει έναν κωδικό σφάλματος. Πιθανές περιγραφές των κωδικών P (όπως P1AF0 και P1AF4) θα μπορούσαν να είναι: «Χάθηκε η απομόνωση του συστήματος τάσης μπαταρίας» ή «δυσλειτουργία κυκλώματος απομόνωσης τάσης μπαταρίας». Όταν ένα όχημα εισέρχεται στο συνεργείο με σφάλμα μόνωσης, ο μηχανικός μπορεί να μετρήσει τις αντιστάσεις μόνωσης μετά τη χρήση του διαγνωστικού εξοπλισμού ή χειροκίνητα με ένα Megohmmeter, για να ελέγξει εάν υπάρχει κάπου διαρροή μόνωσης.
Διάγνωση με το Megohmmeter:
Η προηγούμενη ενότητα εξήγησε την έννοια της «αντίστασης μόνωσης» και έδειξε πώς το όχημα χρησιμοποιεί τη μόνιμη παρακολούθηση μόνωσης για να ελέγξει εάν υπάρχει διαρροή από τις θετικές ή αρνητικές συνδέσεις από την μπαταρία HV στο σώμα του οχήματος. Σε αυτή την ενότητα θα το συζητήσουμε λεπτομερέστερα και θα περιγράψουμε πώς εσείς, ως τεχνικός, μπορείτε να εντοπίσετε τη θέση του σφάλματος με ένα Μεγοχόμετρο. Φυσικά, ως τεχνικός πρέπει να έχετε πιστοποίηση για να εργάζεστε σε συστήματα HV. Το λογισμικό σε ένα διαγνωστικό ελεγκτή μπορεί να εκτελέσει μόνο του μια δοκιμή μόνωσης για ορισμένες μάρκες, για παράδειγμα για εξαρτήματα που εμφανίζουν σφάλμα μόνωσης μόνο μετά την ενεργοποίηση, όπως ηλεκτρική θέρμανση ή ηλεκτρικό κλιματισμό.
Σε άλλες περιπτώσεις μπορούμε να μετρήσουμε την αντίσταση μόνωσης με Μεγοχόμετρο. Δεν είναι δυνατή η μέτρηση της αντίστασης μόνωσης με ένα κανονικό πολύμετρο, επειδή η εσωτερική αντίσταση του πολύμετρου μπορεί να είναι έως και 10 εκατομμύρια ohms. Η εσωτερική αντίσταση είναι πολύ υψηλή για να μετρηθούν οι υψηλές τιμές αντίστασης. Ένα Megohmmeter είναι κατάλληλο για αυτό και εξάγει τάση 50 έως 1000 volt για να προσομοιώσει την κατάσταση λειτουργίας. Αυτή η υψηλή τάση διασφαλίζει ότι το εκπεμπόμενο ρεύμα βρίσκει το δρόμο του μέσω του χάλκινου πυρήνα προς τη μόνωση, ακόμη και μέσω της μικρότερης ζημιάς στη μόνωση. Για μέτρηση με το Megohmmeter, ρυθμίστε το μετρητή στην ίδια τάση με αυτή της μπαταρίας HV ή ένα βήμα παραπάνω. Αφού συνδέσουμε τα καλώδια μέτρησης και ρυθμίσουμε σωστά τον μετρητή, κάνουμε κλικ στο πορτοκαλί κουμπί «δοκιμή μόνωσης». Η ρυθμισμένη τάση (στην εικόνα: 1000 βολτ) εφαρμόζεται στα καλώδια μέτρησης και επομένως στο εξάρτημα και στη συνέχεια διαβάζουμε την ωμική τιμή από την οθόνη.
- Αντίσταση μόνωσης μεγαλύτερη από 550 MΩ (Megaohm, που σημαίνει 550 εκατομμύρια ohms) είναι εντάξει. Αυτό είναι το μέγιστο εύρος μέτρησης.
- Μια τιμή μικρότερη από 550 MΩ μπορεί να υποδηλώνει διαρροή στη μόνωση, αλλά αυτό δεν χρειάζεται απαραίτητα να συμβαίνει.
- Σύμφωνα με τη Διεθνή Ηλεκτροτεχνική Επιτροπή (IEC) και το Ινστιτούτο Ηλεκτρολόγων και Ηλεκτρονικών Μηχανικών (IEEE), η αντίσταση μόνωσης ενός EV πρέπει να είναι τουλάχιστον 500 Ω ανά βολτ. Σε ονομαστική τάση HV 400 βολτ, η αντίσταση πρέπει να είναι (500 Ω * 400 v) = 200.000 Ω.
- Οι κατασκευαστές συχνά θέτουν υψηλότερα πρότυπα ποιότητας και ασφάλειας, με αποτέλεσμα υψηλότερες ελάχιστες αντιστάσεις μόνωσης. Για το λόγο αυτό, κατά τη διάγνωση πρέπει πάντα να τηρούνται οι οδηγίες του εργοστασίου.
Οι οδηγίες ενός κατασκευαστή είναι πάντα κορυφαίες.
Οι εργοστασιακές προδιαγραφές περιγράφουν τα βήματα, τους κανονισμούς ασφαλείας και τις ελάχιστες αντιστάσεις μόνωσης.
Στην επόμενη εικόνα βλέπουμε ένα στιγμιότυπο από ένα εγχειρίδιο της Toyota. Εμφανίζονται οι ελάχιστες αντιστάσεις μόνωσης των καλωδίων στον ηλεκτροκινητήρα του αντίστοιχου μοντέλου.
Το megohmmeter θα πρέπει να ρυθμιστεί στα 500 volt και η ελάχιστη αντίσταση της καλωδίωσης (UV και W) στον ηλεκτροκινητήρα σε σύγκριση με το περίβλημα πρέπει να είναι 100 MΩ (MegaOhm) ή μεγαλύτερη.
Οι αντιστάσεις μόνωσης, για παράδειγμα, του ηλεκτρικού συμπιεστή κλιματισμού και του στοιχείου θέρμανσης μπορεί να είναι διαφορετικές. Όταν μετράτε άλλα εξαρτήματα, ανατρέξτε σε αυτό το μέρος των εργοστασιακών δεδομένων.
1. Μέτρηση μόνωσης στην αρνητική πλευρά (χωρίς σφάλμα):
Με το φις αποσυνδεδεμένο μετράμε και την αρνητική πλευρά σε σύγκριση με τη μάζα του οχήματος. Τα σχήματα 1 και 2 δείχνουν πώς φαίνεται αυτή η μέτρηση σε σχηματική μορφή και στην πραγματικότητα. Η μέτρηση έχει ως αποτέλεσμα αντίσταση μόνωσης >550 MΩ, γεγονός που δείχνει ότι η μόνωση είναι σε καλή κατάσταση.
2. Μέτρηση μόνωσης στη θετική πλευρά (χωρίς σφάλμα):
Αφού αποσυνδέσουμε το βύσμα, για παράδειγμα από τον μετατροπέα, συνδέουμε τον κόκκινο αισθητήρα μέτρησης στον πείρο του αποσυναρμολογημένου βύσματος (τώρα στη θετική πλευρά) και τον μαύρο αισθητήρα μέτρησης σε ένα σημείο γείωσης συνδεδεμένο με το σώμα του οχήματος. Το σχήμα 1 εμφανίζει ξανά το διάγραμμα από την προηγούμενη ενότητα, αριθμώντας την μπαταρία HV (1), τη μάζα του οχήματος (2) και δύο από τους καταναλωτές (3 και 4). Το Megohmmeter είναι συνδεδεμένο και το πορτοκαλί κουμπί «δοκιμή μόνωσης» έχει πατηθεί για να μετρηθεί η αντίσταση μόνωσης με την τάση εκπομπής των 500 volt. Αυτό ανέρχεται σε 133 Megaohm. Η αντίσταση μόνωσης είναι χαμηλότερη από την προηγούμενη μέτρηση. Θα πρέπει να συμβουλευτείτε τις οδηγίες του κατασκευαστή. Τηρούμε την ελάχιστη αντίσταση μόνωσης των 100 MΩ που καθορίζεται από τον κατασκευαστή. Η αντίσταση μόνωσης είναι εντάξει.
3. Μέτρηση μόνωσης στη θετική πλευρά (σφάλμα):
Κατά τη μέτρηση στις ίδιες συνδέσεις μετρήσαμε αντίσταση μόνωσης 65 MΩ. Αν και η τιμή αντίστασης είναι υψηλότερη από τα ελάχιστα 500 ohms ανά βολτ που έχουν οριστεί από το IEC και το IEEE (δείτε την προηγούμενη παράγραφο), η καλωδίωση και/ή το εξάρτημα απορρίπτονται επειδή ο κατασκευαστής έχει καθορίσει την ελάχιστη τιμή αντίστασης των 100 MΩ. Οι συνδέσεις καλωδίωσης και/ή βύσματος ενδέχεται να μην επισκευαστούν, αλλά πρέπει να αντικατασταθούν πλήρως.
4. Μέτρηση μόνωσης στη θετική πλευρά (σφάλμα):
Όταν μετράται μια τιμή μόνωσης 0 MΩ, υπάρχει άμεση σύνδεση (δηλαδή βραχυκύκλωμα) μεταξύ του καλωδίου HV και του περιβλήματος. Οι συνδέσεις καλωδίωσης και/ή βύσματος ενδέχεται να μην επισκευαστούν, αλλά πρέπει να αντικατασταθούν πλήρως.
Σε περίπτωση βλάβης μόνωσης, τα βύσματα άλλων καταναλωτών μπορούν να αποσυνδεθούν ένα προς ένα για να μετρηθεί η πρίζα, όπως φαίνεται στο κείμενο και στις εικόνες παραπάνω.
Σχετική σελίδα:
