Subyek:
- Inleiding
- Menghidupkan sistem HV
- Berpaut
- Perlindungan sirkuit pendek
- Pemantauan isolasi permanen
- Diagnosis dengan Megohmmeter
Perkenalan:
Sistem HV pada kendaraan dengan penggerak listrik atau listrik penuh dilengkapi dengan berbagai perlindungan. Sistem tidak dapat dipersenjatai sampai semua persyaratan keselamatan terpenuhi. Saat kesalahan terdeteksi, sistem HV segera dimatikan. Hal ini dapat terjadi dalam situasi berikut:
- Sebagian dari sistem HV dibongkar, dan sistem dihidupkan.
- Karena benturan atau kerusakan akibat air, komponen atau kabel listrik mengalami hubungan pendek satu sama lain atau dengan ground.
- Bagian telah rusak karena kelebihan beban.
Gambar di bawah menunjukkan komponen-komponen yang termasuk dalam sistem keamanan. Bagian baterai HV (1) terlihat berwarna biru, dengan konektor servis berwarna oranye (2) di sebelah kiri. Di tengahnya terdapat tiga buah relay (3 sampai 5) yang dinyalakan satu per satu oleh ECU (6). Di bawah baterai HV terdapat ECU (7) yang dihubungkan dengan konsumen (8), seperti motor listrik, pemanas, pompa AC, power steering, dan sistem pengisian daya.
Subtitel:
1. Baterai HV
2. Steker servis dengan sekring
3. Relai 1
4. Relai 2
5. Relai 3
6. ECU baterai HV
7. ECU sistem HV
8. Konsumen listrik
Menghidupkan sistem HV:
Pengemudi mengaktifkan sistem HV dengan menekan tombol start. Saat pesan “HV ready” muncul di layar, sistem HV diaktifkan. Sebelum sistem HV aktif, relay di Paket baterai HV dikontrol untuk menghubungkan paket baterai ke konsumen.
Saat sistem HV dihidupkan, ECU (6 pada gambar di bawah) mengontrol relay HV pada rangkaian positif (relai 4) dan rangkaian ground (relai 5). Pertama, rangkaian arus di sisi positif dinyalakan melalui resistor. Pada gambar di bawah kita melihat relai (4) meneruskan arus ke resistor R1. Resistor membatasi arus yang melewatinya, sehingga membatasi arus masuk. Hal ini memungkinkan kapasitor di inverter diisi secara perlahan. Pada saat ini sistem dapat melakukan pemeriksaan keamanan pada tegangan yang lebih rendah. Setelah tegangan kapasitor pada inverter kira-kira sama dengan tegangan baterai HV, relai 3 menutup dan relai 4 terbuka, memberikan tegangan penuh ke inverter dan komponen listrik lainnya.
Berpaut:
Sistem interlock merupakan sistem keamanan yang memberikan perlindungan terhadap kontak listrik apabila terdapat sambungan terbuka. Pada setiap komponen yang terhubung dengan baterai HV minimal terdapat satu kontak yang dapat mematikan sistem HV apabila terjadi gangguan. Kontak ini dapat diintegrasikan ke dalam kabel atau dimasukkan ke dalam rumah komponen sebagai sakelar.
Pada gambar kiri bawah kita melihat sistem aktif: relay 3 dan 5 tertutup, artinya tegangan dari baterai HV ditransfer ke konsumen. Sirkuit interlock berwarna biru dari ECU kendaraan (7). Tegangan diterapkan ke resistor R2 dari ECU. Interlock disalurkan melalui konsumen listrik (8) sebagai rangkaian seri. Interlock terhubung ke ground di baterai. Terdapat percabangan antara resistor R2 pada ECU (7) dengan output ke konsumen dimana tegangan pada interlock diukur.
- Interlock OK: tegangan setelah resistor R2 adalah 0 volt;
- Interlock terputus: tegangan tidak dikonsumsi pada resistor R2 dan (tergantung pada tegangan suplai) 5, 12 atau 24 volt.
Tegangan setelah resistor R2 terus dipantau selama penyalaan, tetapi juga saat mengemudi.
Membongkar steker servis (2) atau komponen kelistrikan lainnya (8) juga memutus sirkuit interlock. Keadaan ini terlihat pada gambar kanan atas, dimana service plug telah bergeser. Sekring antara modul baterai dan sirkuit interlock terbuka. Karena interlock tidak lagi terhubung ke ground kendaraan, tegangan setelah resistor R2 naik ke nilai tegangan suplai. ECU kendaraan (7) langsung mengontrol ECU battery (6), sehingga relay 3, 4 dan 5 tidak aktif lagi. Sistem HV kemudian dimatikan.
Pada gambar kita melihat colokan servis berwarna oranye dengan kontak besar di tengah untuk menghubungkan kabel positif dan negatif baterai HV, dan di sebelah kiri sambungan colokan lebih kecil dengan dua pin. Ini adalah dua pin interlock. Kami juga menemukan koneksi ini pada colokan komponen HV.
Perlindungan sirkuit pendek:
Sistem HV harus dilindungi dari arus berlebih yang dapat disebabkan oleh korsleting pada kabel atau komponen kelistrikan. Tanpa perlindungan, hal ini dapat menyebabkan percikan api, melelehnya pipa, atau bahkan kebakaran. Sekering dirancang untuk melindungi sistem terhadap bahaya ini. Sekering mungkin terletak di konektor servis, tetapi juga di tempat lain di unit baterai. Kendaraan juga dapat dilengkapi dengan beberapa sekering, masing-masing dirancang untuk melindungi sirkuit tertentu.
Selain fakta bahwa sekring melindungi sistem dari arus berlebih, sensor arus pada kabel positif atau negatif baterai HV meneruskan arus ke ECU. ECU mengambil keputusan untuk mematikan relay ketika terjadi kelebihan beban.
Pemantauan isolasi permanen:
Sisi positif dan negatif baterai HV tidak bersentuhan satu sama lain, maupun dengan lingkungan. Ada beberapa lapisan insulasi di sekitar sisi positifnya (dari + baterai hingga + inverter) dengan selubung yang dikepang di antaranya. Namun sisi minusnya juga terisolasi dan tidak membuat kontak dengan bodywork atau housing komponen. Sebaliknya, badan kendaraan itu sendiri dihubungkan ke negatif baterai terpasang (12 volt pada mobil penumpang). Hal ini tidak terjadi pada bagian HV. Penyebab kegagalan fungsi dapat berupa:
- Setelah terjadi tabrakan, mungkin terjadi kerusakan pada kabel sehingga menyebabkan tembaga pada kabel positif dan negatif saling bersentuhan atau menyentuh badan kendaraan;
- karena kelebihan beban - dan karena itu terlalu panas - isolasi pada komponen listrik telah rusak (meleleh), sehingga memungkinkan kontak dengan lingkungan;
- Atau terdapat cairan yang bersifat konduktif karena kendaraan terendam air, terjadi hubungan pendek antara plus dan minus akibat kebocoran cairan pendingin pada aki HV.Kebocoran refrigeran pada pompa AC elektrik juga dapat menyebabkan terjadinya konduksi.
Pada komponen kelistrikan, isolasi yang buruk dapat menyebabkan sambungan antara kabel positif atau negatif dari baterai HV dengan housing. Karena housing biasanya dipasang pada badan kendaraan, arus dapat timbul jika proteksinya buruk jika terjadi isolasi yang buruk. Ketika plus baterai HV dihubungkan ke bodi kendaraan melalui housing akibat kegagalan isolasi, tegangan tinggi ratusan volt muncul di bodi. Namun, karena tidak ada cara untuk menghubungkan ke negatif baterai HV, maka tidak akan terjadi apa-apa karena tidak ada arus yang mengalir. Hal-hal hanya akan menjadi buruk jika terjadi beberapa kegagalan isolasi, di mana plus dan minus baterai HV bersentuhan dengan bodywork.
Pada tiga gambar di bawah kita melihat baterai HV (1) dengan kabel positif dan negatif, dengan bodi kendaraan di bagian bawah (2) dan dua konsumen listrik (3 dan 4) di antaranya.
- insulasi yang buruk pada sisi plus komponen: jika terdapat insulasi yang buruk antara plus dan wadah pada konsumen (misalnya pemanas listrik), wadah tersebut akan menjadi beraliran listrik. Karena tidak ada sambungan ke negatif baterai HV, tidak ada arus yang mengalir;
- isolasi yang buruk minus: lagi-lagi akan ada tegangan (kecil) pada bodywork, tetapi tidak ada arus yang mengalir;
- isolasi yang buruk baik pada plus maupun minus: dalam situasi ini terjadi korsleting antara plus dan minus baterai HV. Bodywork menjadi penghubung antara positif dan negatif. Arus akan meningkat dengan cepat hingga sekring pada konektor servis dan/atau baterai HV putus untuk melindungi sistem.
Karena dengan insulasi yang buruk di plus minus belum ada rangkaian yang tertutup, maka sekring di service plug tidak akan meleleh. Pemantauan isolasi permanen pada kendaraan listrik mendeteksi perpindahan arus tersebut, memperingatkan pengemudi dengan pesan kesalahan. Jika terjadi kesalahan isolasi, kendaraan masih dapat berfungsi, kecuali pabrikan telah menonaktifkannya melalui perangkat lunak.
Angka 5 pada gambar di bawah menunjukkan komponen tempat dilakukannya pemantauan insulasi permanen. Kenyataannya, bagian kelistrikan ini tentu saja lebih kompleks.
Angka 6 menunjukkan resistor pengukur dimana penurunan tegangan diukur secara paralel.
Dua gambar di bawah menunjukkan situasi di mana terdapat isolasi yang buruk di plus (kiri) dan minus (kanan). Karena arus mengalir melalui resistor pengukur, tegangan dikonsumsi dalam rangkaian resistansi. Penurunan tegangan pada resistor pengukur adalah ukuran jumlah arus yang mengalir melalui resistor.
Segera setelah ECU mendeteksi kelainan dengan pemantauan isolasi permanen, ECU menyimpan kode kesalahan. Kemungkinan deskripsi kode P (seperti P1AF0 dan P1AF4) dapat berupa: “isolasi sistem tegangan baterai hilang” atau “kerusakan sirkuit isolasi tegangan baterai”. Ketika kendaraan memasuki bengkel dengan gangguan insulasi, mekanik dapat mengukur resistansi insulasi setelah menggunakan peralatan diagnostik, atau secara manual dengan Megohmmeter, untuk memeriksa apakah ada kebocoran insulasi di suatu tempat.
Diagnosis dengan Megohmmeter:
Bagian sebelumnya menjelaskan konsep "resistansi isolasi" dan menunjukkan bagaimana kendaraan menggunakan pemantauan isolasi permanen untuk memeriksa apakah ada kebocoran dari sambungan positif atau negatif baterai HV ke badan kendaraan. Pada bagian ini kita akan membahasnya lebih detail dan menjelaskan bagaimana Anda sebagai teknisi dapat mendeteksi lokasi gangguan dengan Megohmmeter. Tentu saja, sebagai teknisi Anda harus memiliki sertifikasi untuk bekerja pada sistem HV. Software pada tester diagnostik sendiri dapat melakukan uji insulasi untuk merk tertentu, misalnya untuk komponen yang hanya menunjukkan kerusakan insulasi setelah dinyalakan, seperti pemanas listrik atau AC listrik.
Dalam kasus lain kita dapat mengukur resistansi isolasi dengan Megohmmeter. Tidak mungkin mengukur resistansi isolasi dengan multimeter biasa, karena resistansi internal multimeter bisa mencapai 10 juta ohm. Resistansi internal terlalu tinggi untuk mengukur nilai resistansi yang tinggi. Megohmmeter cocok untuk ini dan mengeluarkan tegangan 50 hingga 1000 volt untuk mensimulasikan situasi pengoperasian. Tegangan tinggi ini memastikan bahwa arus yang dipancarkan mengalir melalui inti tembaga ke insulasi, bahkan melalui kerusakan terkecil pada insulasi. Untuk mengukur dengan Megohmmeter, atur meteran ke tegangan yang sama dengan baterai HV, atau satu tingkat lebih tinggi. Setelah menghubungkan kabel pengukur dan mengatur meteran dengan benar, kita klik tombol oranye “uji isolasi”. Tegangan yang disetel (dalam gambar: 1000 volt) diterapkan ke kabel pengukur dan juga ke komponen, dan kami kemudian membaca nilai ohmik dari layar.
- Resistansi isolasi yang lebih besar dari 550 MΩ (Megaohm, yang berarti 550 juta ohm) tidak masalah. Ini adalah rentang pengukuran maksimum;
- Nilai yang lebih rendah dari 550 MΩ dapat mengindikasikan kebocoran pada isolasi, namun hal ini tidak harus selalu terjadi;
- Menurut Komisi Elektroteknik Internasional (IEC) dan Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE), resistansi isolasi EV harus minimal 500 Ω per volt. Pada tegangan HV nominal 400 volt, resistansinya harus (500 Ω * 400 v) = 200.000 Ω.
- Pabrikan sering kali menetapkan standar kualitas dan keamanan yang lebih tinggi, sehingga menghasilkan resistansi isolasi minimum yang lebih tinggi. Oleh karena itu, petunjuk pabrik harus selalu dipatuhi saat membuat diagnosis.
Instruksi pabrikan selalu memimpin.
Spesifikasi pabrik menjelaskan langkah-langkah, peraturan keselamatan dan resistansi isolasi minimum.
Pada gambar berikutnya kita melihat screenshot dari manual Toyota. Resistansi isolasi minimum kabel ke motor listrik model yang relevan ditunjukkan.
Megohmmeter harus disetel ke 500 volt dan resistansi minimum kabel (UV dan W) ke motor listrik dibandingkan dengan rumahan harus 100 MΩ (MegaOhm) atau lebih.
Resistansi isolasi, misalnya, kompresor AC listrik dan elemen pemanas mungkin berbeda. Saat mengukur komponen lain, lihat bagian data pabrik tersebut.
1. Pengukuran isolasi pada sisi negatif (tidak ada kesalahan):
Dengan mencabut steker kami juga mengukur sisi negatifnya dibandingkan dengan massa kendaraan. Gambar 1 dan 2 menunjukkan seperti apa pengukuran ini dalam bentuk skema dan kenyataan. Pengukuran menghasilkan resistansi isolasi >550 MΩ yang menunjukkan bahwa isolasi dalam kondisi baik.
2. Pengukuran isolasi di sisi positif (tidak ada kesalahan):
Setelah mencabut steker, misalnya dari inverter, kita pasangkan probe pengukur berwarna merah ke pin pada steker yang telah dibongkar (sekarang di sisi positif) dan probe pengukur berwarna hitam ke titik ground yang terhubung ke badan kendaraan. Gambar 1 menampilkan kembali diagram dari bagian sebelumnya, penomoran baterai HV (1), massa kendaraan (2), dan dua konsumen (3 dan 4). Megohmmeter terhubung dan tombol “uji insulasi” berwarna oranye telah ditekan untuk mengukur resistansi isolasi dengan tegangan yang ditransmisikan 500 volt. Ini berjumlah 133 Megaohm. Resistansi isolasi lebih rendah dibandingkan pada pengukuran sebelumnya. Instruksi pabrik harus dikonsultasikan. Kami mematuhi resistansi isolasi minimum 100 MΩ yang ditentukan oleh pabrikan. Resistansi isolasinya oke.
3. Pengukuran insulasi pada sisi positif (kesalahan):
Saat mengukur pada sambungan yang sama, kami mengukur resistansi isolasi sebesar 65 MΩ. Meskipun nilai resistansi lebih tinggi dari nilai minimum 500 ohm per volt yang ditetapkan oleh IEC dan IEEE (lihat paragraf sebelumnya), pengkabelan dan/atau komponen ditolak karena pabrikan telah menetapkan nilai resistansi minimum sebesar 100 MΩ. Sambungan kabel dan/atau steker tidak boleh diperbaiki, tetapi harus diganti seluruhnya.
4. Pengukuran insulasi pada sisi positif (kesalahan):
Ketika nilai insulasi 0 MΩ diukur, terdapat sambungan langsung (yaitu korsleting) antara kabel HV dan rumahan. Sambungan kabel dan/atau steker tidak boleh diperbaiki, tetapi harus diganti seluruhnya.
Jika terjadi kesalahan isolasi, steker konsumen lain dapat dicabut satu per satu untuk diukur pada stekernya, seperti terlihat pada teks dan gambar di atas.
Halaman terkait:
