Thèmes:
- Préface
- Mise en marche du système HT
- Interlock
- Protection de court circuit
- Surveillance permanente de l'isolation
- Diagnostic avec le mégohmmètre
Préface:
Le système HT des véhicules à propulsion électrifiée ou entièrement électrique est équipé de multiples protections. Le système ne peut pas être armé tant que toutes les exigences de sécurité n'ont pas été respectées. Dès qu'une erreur est détectée, le système HT s'éteint immédiatement. Cela peut se produire dans les situations suivantes :
- Une partie du système HT est démontée et le système est remis en marche.
- En raison d'une collision ou d'un dégât des eaux, des pièces électriques ou des câbles sont en court-circuit entre eux ou avec la terre.
- Des pièces ont été endommagées en raison d'une surcharge.
L'image ci-dessous montre les composants appartenant au système de sécurité. Une partie de la batterie HV (1) est visible en bleu, avec la fiche de service orange (2) à gauche. Au milieu se trouvent trois relais (3 à 5), qui sont activés un par un par l'ECU (6). Sous la batterie HV se trouve l'ECU (7), qui est connecté aux consommateurs (8), tels que le moteur électrique, le chauffage, la pompe de climatisation, la direction assistée et le système de charge.
Légende:
1. Batterie HT
2. Prise de service avec fusible
3. Relais 1
4. Relais 2
5. Relais 3
6. ECU de batterie HV
7. ECU du système HT
8. Consommateurs électriques
Mise en marche du système HT :
Le conducteur active le système HV en appuyant sur le bouton de démarrage. Dès que le message « HT prêt » apparaît sur l'écran, le système HT est activé. Avant que le système HT ne soit actif, les relais du Pack batterie HT contrôlé pour connecter la batterie aux consommateurs.
Lorsque le système HT est allumé, l'ECU (6 dans la figure ci-dessous) contrôle les relais HT du circuit positif (relais 4) et du circuit de masse (relais 5). Tout d'abord, le circuit de courant du côté positif est activé via une résistance. Dans l'image ci-dessous, nous voyons que le relais (4) fait passer le courant à la résistance R1. La résistance limite le courant qui la traverse, limitant ainsi le courant d'appel. Cela permet aux condensateurs de l'onduleur de se charger lentement. Le système peut alors effectuer un contrôle de sécurité à une tension inférieure. Une fois que la tension aux bornes des condensateurs de l'onduleur est approximativement égale à la tension de la batterie HV, le relais 3 se ferme et le relais 4 s'ouvre, appliquant la pleine tension à l'onduleur et aux autres composants électriques.
Verrouillage :
Le système de verrouillage est le système de sécurité qui offre une protection contre les contacts électriques en cas de connexions ouvertes. Dans chaque composant connecté à la batterie HT, il y a au moins un contact qui peut arrêter le système HT en cas d'interruption. Ces contacts peuvent être intégrés au câblage ou incorporés dans le boîtier d'un composant comme interrupteur.
Dans l'image ci-dessous à gauche, nous voyons le système actif : les relais 3 et 5 sont fermés, ce qui signifie que la tension de la batterie HT est transférée aux consommateurs. Le circuit de verrouillage est coloré en bleu à partir de l'ECU du véhicule (7). Une tension est appliquée à la résistance R2 depuis l'ECU. Le verrouillage est acheminé à travers les consommateurs électriques (8) sous la forme d'un circuit en série. Le verrouillage est connecté à la masse dans le bloc-batterie. Il y a une dérivation entre la résistance R2 dans l'ECU (7) et la sortie vers les consommateurs où la tension sur le verrouillage est mesurée.
- Interlock OK : la tension après la résistance R2 est de 0 volt ;
- Verrouillage interrompu : la tension n'est pas consommée dans la résistance R2 et est (selon la tension d'alimentation) de 5, 12 ou 24 volts.
La tension après la résistance R2 est surveillée en permanence lors de la mise sous tension, mais aussi pendant la conduite.
Le démontage de la fiche de service (2) ou de l'un des composants électriques (8) interrompt également le circuit de verrouillage. Cette situation est visible sur l'image de droite ci-dessus, où la prise de service s'est déplacée. Le fusible entre les modules de batterie et le circuit de verrouillage sont ouverts. Le verrouillage n'étant plus connecté à la masse du véhicule, la tension après la résistance R2 augmente jusqu'à la valeur de la tension d'alimentation. Le calculateur du véhicule (7) contrôle directement le calculateur de batterie (6), de sorte que les relais 3, 4 et 5 ne sont plus activés. Le système HT est alors arrêté.
Sur l'image, nous voyons la fiche de service orange avec les grands contacts au milieu pour connecter les câbles positifs et négatifs de la batterie HV, et à gauche une fiche de connexion plus petite avec deux broches. Ce sont les deux broches du verrouillage. On retrouve également ces connexions sur les fiches des composants HT.
Protection de court circuit:
Le système HT doit être protégé contre les courants excessifs, qui peuvent être provoqués par un court-circuit dans le câblage ou dans les composants électriques. Sans protection, cela peut entraîner un arc électrique, la fonte des tuyaux ou même un incendie. Un fusible est conçu pour protéger le système contre ces dangers. Le fusible peut être situé dans la fiche de service, mais également ailleurs dans la batterie. Les véhicules peuvent également être équipés de plusieurs fusibles, chacun étant conçu pour protéger un circuit spécifique.
Outre le fait que le fusible protège le système contre les courants excessifs, le capteur de courant présent dans le câble positif ou négatif de la batterie HT transmet le courant au calculateur. L'ECU prend la décision de désactiver les relais en cas de surcharge.
Surveillance permanente de l'isolation :
Les côtés positifs et négatifs de la batterie HV n’entrent pas en contact entre eux ni avec l’environnement. Il y a plusieurs couches d'isolation autour du côté positif (du + de la batterie au + de l'onduleur) avec une gaine tressée entre les deux. Mais le côté négatif est également isolé et n'entre pas en contact avec la carrosserie ou le boîtier des composants. La carrosserie du véhicule elle-même, en revanche, est reliée au négatif de la batterie de bord (12 volts dans les voitures particulières). Ce n'est pas le cas dans la partie HT. Les causes d'un dysfonctionnement peuvent être :
- Après une collision, des dommages ont pu survenir au niveau du câblage, provoquant le contact du cuivre des fils positif et négatif ou le contact avec la carrosserie du véhicule ;
- en raison d'une surcharge - et donc d'une surchauffe - l'isolation d'un composant électrique s'est rompue (fondue), permettant ainsi le contact avec l'environnement ;
- Ou bien il y a du liquide conducteur parce que le véhicule a été dans l'eau, un court-circuit s'est produit entre le plus et le moins en raison d'une fuite de liquide de refroidissement dans la batterie HV. Une fuite de réfrigérant dans la pompe électrique de climatisation peut également provoquer une conduction.
Au niveau des composants électriques, une mauvaise isolation peut provoquer une connexion entre les câbles positifs ou négatifs de la batterie HT et le boîtier. Le boîtier étant généralement monté sur la carrosserie du véhicule, un courant pourrait apparaître si la protection est mauvaise en cas de mauvaise isolation. Lorsque le plus de la batterie HT est connecté à la carrosserie du véhicule via le boîtier en raison d'un défaut d'isolation, une haute tension de plusieurs centaines de volts est présente sur la carrosserie. Cependant, comme il n’y a aucun moyen de se connecter au négatif de la batterie HV, rien ne se passera car aucun courant ne circulera. Les choses ne se gâteront qu'en cas de multiples défauts d'isolation, où le plus et le moins de la batterie HV entrent en contact avec la carrosserie.
Dans les trois images ci-dessous, nous voyons la batterie HV (1) avec les câbles positif et négatif, avec la carrosserie du véhicule en bas (2) et deux consommateurs électriques (3 et 4) entre les deux.
- mauvaise isolation du côté positif du composant : s'il y a une mauvaise isolation entre le plus et le boîtier d'un consommateur (par exemple un radiateur électrique), le boîtier deviendra sous tension. Puisqu’il n’y a pas de connexion au négatif de la batterie HV, aucun courant ne circule ;
- mauvaise isolation moins : là encore il y aura une (petite) tension sur la carrosserie, mais aucun courant ne circulera ;
- mauvaise isolation aussi bien en plus qu'en moins : dans cette situation il y a un court-circuit entre le plus et le moins de la batterie HT. La carrosserie devient le lien entre le positif et le négatif. Le courant augmentera rapidement jusqu'à ce que le fusible de la prise de service et/ou la batterie HV saute pour protéger le système.
Parce qu'en cas de mauvaise isolation dans le plus ou le moins, il n'y a pas encore de circuit fermé, le fusible de la fiche de service ne fondra pas. La surveillance permanente de l'isolation des véhicules électriques détecte un tel transfert de courant et avertit le conducteur par un message d'erreur. En cas de défaut d'isolement, le véhicule peut toujours fonctionner, sauf si le constructeur le désactive via un logiciel.
Le numéro 5 dans la figure ci-dessous indique le composant sur lequel s'effectue la surveillance permanente de l'isolation. En réalité, cette partie électrique est bien entendu plus complexe.
Le numéro 6 indique la résistance de mesure sur laquelle la chute de tension est mesurée en parallèle.
Les deux images ci-dessous montrent les situations de mauvaise isolation en plus (à gauche) et en moins (à droite). Étant donné que le courant traverse la résistance de mesure, une tension est consommée dans le circuit de résistance. La chute de tension aux bornes de la résistance de mesure est une mesure de la quantité de courant circulant à travers les résistances.
Dès que le calculateur détecte une anomalie avec la surveillance permanente de l'isolement, il mémorise un code d'erreur. Les descriptions possibles des codes P (tels que P1AF0 et P1AF4) pourraient être : « perte d'isolation du système de tension de batterie » ou « dysfonctionnement du circuit d'isolation de tension de batterie ». Lorsqu'un véhicule entre en atelier avec un défaut d'isolation, le mécanicien peut mesurer les résistances d'isolement après avoir utilisé l'équipement de diagnostic, ou manuellement avec un mégohmmètre, pour vérifier s'il y a une fuite d'isolation quelque part.
Diagnostic avec le mégohmmètre :
La section précédente a expliqué le concept de « résistance d'isolement » et a montré comment le véhicule utilise la surveillance permanente de l'isolement pour vérifier s'il y a une fuite au niveau des connexions plus ou moins de la batterie HV à la carrosserie du véhicule. Dans cette section, nous en discuterons plus en détail et décrirons comment vous, en tant que technicien, pouvez détecter l'emplacement du défaut avec un mégohmmètre. Bien entendu, en tant que technicien, vous devez être certifié pour travailler sur des systèmes HT. Le logiciel d'un testeur de diagnostic peut réaliser lui-même un test d'isolement pour certaines marques, par exemple pour des composants qui ne présentent un défaut d'isolement qu'après leur mise sous tension, comme le chauffage électrique ou la climatisation électrique.
Dans d'autres cas, nous pouvons mesurer la résistance d'isolement avec un mégohmmètre. Il n'est pas possible de mesurer la résistance d'isolement avec un multimètre normal, car la résistance interne du multimètre peut atteindre 10 millions d'ohms. La résistance interne est trop élevée pour mesurer des valeurs de résistance élevées. Un mégohmmètre convient à cet effet et délivre une tension de 50 à 1000 1000 volts pour simuler la situation de fonctionnement. Cette haute tension garantit que le courant émis traverse le noyau de cuivre jusqu'à l'isolation, même en cas de moindre dommage dans l'isolation. Pour mesurer avec le mégohmmètre, réglez le compteur sur la même tension que celle de la batterie HV, ou un cran plus haut. Après avoir connecté les câbles de mesure et réglé correctement le compteur, nous cliquons sur le bouton orange « test d’isolation ». La tension réglée (dans l'image : XNUMX volts) est appliquée aux câbles de mesure et donc au composant, puis on lit la valeur ohmique sur l'écran.
- Une résistance d'isolement supérieure à 550 MΩ (Mégaohm, ce qui signifie 550 millions d'ohms) est acceptable. Il s'agit de la plage de mesure maximale ;
- Une valeur inférieure à 550 MΩ peut indiquer une fuite dans l’isolation, mais ce n’est pas nécessairement le cas ;
- Selon la Commission électrotechnique internationale (CEI) et l'Institut des ingénieurs électriciens et électroniciens (IEEE), la résistance d'isolation d'un véhicule électrique doit être d'au moins 500 Ω par volt. À une tension nominale HT de 400 volts, la résistance doit être (500 Ω * 400 v) = 200.000 XNUMX Ω.
- Les fabricants fixent souvent des normes de qualité et de sécurité plus élevées, ce qui se traduit par des résistances d'isolation minimales plus élevées. C'est pourquoi les instructions d'usine doivent toujours être respectées lors de l'établissement d'un diagnostic.
Les instructions du fabricant sont toujours en tête.
Les spécifications d'usine décrivent les étapes, les règles de sécurité et les résistances d'isolement minimales.
Dans l'image suivante, nous voyons une capture d'écran d'un manuel Toyota. Les résistances d'isolement minimales des câbles vers le moteur électrique du modèle concerné sont indiquées.
Le mégohmmètre doit être réglé sur 500 volts et la résistance minimale du câblage (UV et W) du moteur électrique par rapport au boîtier doit être de 100 MΩ (MegaOhm) ou plus.
Les résistances d'isolation, par exemple, du compresseur de climatisation électrique et de l'élément chauffant peuvent être différentes. Lors de la mesure d'autres composants, reportez-vous à cette partie des données d'usine.
1. Mesure d’isolement côté négatif (pas de défaut) :
La fiche étant débranchée, nous mesurons également le côté négatif par rapport à la masse du véhicule. Les figures 1 et 2 montrent à quoi ressemble cette mesure sous forme schématique et réelle. La mesure donne une résistance d'isolement >550 MΩ, ce qui indique que l'isolation est en bon état.
2. Mesure d'isolement côté positif (pas de défaut) :
Après avoir débranché la fiche, par exemple de l'onduleur, nous attachons la broche de mesure rouge à la broche de la fiche démontée (maintenant du côté positif) et la broche de mesure noire à un point de masse connecté à la carrosserie du véhicule. La figure 1 réaffiche le schéma de la section précédente, numérotant la batterie HV (1), la masse du véhicule (2) et deux des consommateurs (3 et 4). Le mégohmmètre est connecté et le bouton orange « test d'isolation » a été enfoncé pour mesurer la résistance d'isolement avec la tension transmise de 500 volts. Cela équivaut à 133 mégaohms. La résistance d'isolement est inférieure à celle de la mesure précédente. Les instructions du fabricant doivent être consultées. Nous respectons la résistance d'isolement minimale de 100 MΩ spécifiée par le fabricant. La résistance d'isolement est correcte.
3. Mesure d'isolement côté positif (défaut) :
En mesurant sur les mêmes connexions, nous avons mesuré une résistance d'isolement de 65 MΩ. Bien que la valeur de résistance soit supérieure au minimum de 500 ohms par volt fixé par la CEI et l'IEEE (voir paragraphe précédent), le câblage et/ou le composant est rejeté car le fabricant a spécifié la valeur de résistance minimale de 100 MΩ. Le câblage et/ou les connecteurs ne peuvent pas être réparés, mais doivent être entièrement remplacés.
4. Mesure d'isolement côté positif (défaut) :
Lorsqu'une valeur d'isolation de 0 MΩ est mesurée, il existe une connexion directe (c'est-à-dire un court-circuit) entre le fil HT et le boîtier. Le câblage et/ou les connecteurs ne peuvent pas être réparés, mais doivent être entièrement remplacés.
En cas de défaut d'isolement, les fiches des autres consommateurs peuvent être débranchées une à une pour mesurer dans la fiche, comme indiqué dans le texte et les images ci-dessus.
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