科目：
- はじめに
- HVシステムのスイッチを入れる
- インターロック
- 短絡保護
- 永久絶縁監視
- メガオーム計による診断
導入：
電動または完全電気駆動の車両の HV システムには、複数の保護機能が装備されています。すべての安全要件が満たされるまで、システムを作動させることはできません。エラーが検出されると、HV システムは直ちにオフになります。これは次の状況で発生する可能性があります。
- HVシステムの一部を解体し、システムのスイッチを入れます。
- 衝突や水害などにより、電気部品同士や配線がショートしたり、アースとショートしたりする。
- 過負荷により部品が破損しました。
下の図は、セキュリティ システムに属するコンポーネントを示しています。 HV バッテリー (1) の一部が青色で、左側にオレンジ色のサービス プラグ (2) が見えます。中央には 3 つのリレー (5 ～ 6) があり、ECU (7) によって 8 つずつオンになります。 HV バッテリーの下には ECU (XNUMX) があり、電気モーター、暖房、空調ポンプ、パワーステアリング、充電システムなどの消費者 (XNUMX) に接続されています。
凡例：
1.HVバッテリー
2. ヒューズ付きサービスプラグ
3.リレー1
4.リレー2
5.リレー3
6. HVバッテリーのECU
7.HVシステムのECU
8. 電気消費者
HV システムのスイッチをオンにします。
ドライバーはスタートボタンを押して HV システムを起動します。 「HV Ready」というメッセージがディスプレイに表示されると、HV システムが起動します。 HV システムがアクティブになる前に、 HVバッテリーパック バッテリーパックを消費者に接続するように制御されます。
HV システムがオンになると、ECU (下図の 6) がプラス回路 (リレー 4) とアース回路 (リレー 5) の HV リレーを制御します。まず、抵抗を介してプラス側の電流回路をオンにします。下の画像では、リレー (4) が抵抗 R1 に電流を流していることがわかります。抵抗は抵抗を通過する電流を制限し、突入電流を制限します。これにより、インバータ内のコンデンサがゆっくりと充電されます。現時点では、システムはより低い電圧で安全性チェックを実行できます。インバータ内のコンデンサの両端の電圧が HV バッテリ パックの電圧とほぼ等しくなった後、リレー 3 が閉じ、リレー 4 が開き、インバータおよびその他の電気コンポーネントに全電圧が印加されます。
インターロック：
インターロック システムは、開いた接続があるときに電気的接触から保護するセキュリティ システムです。 HV バッテリーに接続されている各コンポーネントには、中断が発生したときに HV システムをシャットダウンできる接点が少なくとも 1 つあります。これらの接点は、配線に統合したり、スイッチとしてコンポーネントのハウジングに組み込んだりすることができます。
左下の画像では、アクティブ システムが表示されます。リレー 3 と 5 は閉じています。これは、HV バッテリーからの電圧が消費者に伝達されていることを意味します。インターロック回路は車両 ECU (7) から青色に色付けされます。抵抗R2にはECUから電圧が印加されます。インターロックは、電気消費者 (8) を介して直列回路として配線されます。インターロックはバッテリーパック内のアースに接続されています。 ECU (2) の抵抗 R7 と消費者への出力の間に分岐があり、そこでインターロックの電圧が測定されます。
- インターロック OK: 抵抗 R2 後の電圧が 0 ボルト。
- インターロックが中断されました: 電圧は抵抗 R2 で消費されず、(供給電圧に応じて) 5、12、または 24 ボルトになります。
抵抗 R2 後の電圧は、スイッチオン中だけでなく、運転中も常に監視されます。
サービスプラグ (2) または電気部品 (8) を取り外すと、インターロック回路も遮断されます。この状況は上の右の画像で見ることができ、サービス プラグが移動しています。バッテリーモジュール間のヒューズとインターロック回路の両方が開いています。インターロックが車両のアースに接続されなくなるため、抵抗 R2 後の電圧は供給電圧の値まで上昇します。車両 ECU (7) はバッテリー ECU (6) を直接制御するため、リレー 3、4、5 は作動しなくなります。その後、HV システムのスイッチがオフになります。
画像では、HV バッテリーのプラスとマイナスのケーブルを接続するための大きな接点が中央にあるオレンジ色のサービス プラグと、左側に 2 つのピンを持つ小さなプラグ接続が見えます。これらはインターロックの 2 つのピンです。これらの接続は HV コンポーネントのプラグにも見られます。
短絡保護:
HV システムは、配線や電気部品の短絡によって引き起こされる可能性のある過剰な電流から保護する必要があります。保護しないと、アークフラッシュ、パイプの溶解、さらには火災につながる可能性があります。ヒューズは、これらの危険からシステムを保護するように設計されています。ヒューズはサービスプラグにある場合もありますが、バッテリーパックの他の場所にある場合もあります。車両には、それぞれ特定の回路を保護するように設計された複数のヒューズが装備されている場合もあります。
ヒューズが過剰な電流からシステムを保護することに加えて、HV バッテリーのプラスまたはマイナスのケーブルにある電流センサーが電流を ECU に送信します。過負荷が発生すると、ECU はリレーをオフにすることを決定します。
永久絶縁監視:
HV バッテリーのプラス側とマイナス側は互いに接触したり、環境に接触したりすることはありません。プラス側 (バッテリーの + からインバーターの + まで) の周りにはいくつかの絶縁層があり、間に編組シースがあります。ただし、マイナス側も絶縁されており、車体やコンポーネントのハウジングとは接触しません。一方、車両自体のボディは、車載バッテリーのマイナス側（乗用車の場合は 12 ボルト）に接続されています。これは、HV 部分には当てはまりません。誤動作の原因としては次のことが考えられます。
- 衝突後、配線に損傷が発生し、プラス線とマイナス線の銅線が接触したり、車体に接触したりする可能性があります。
- 過負荷、つまり過熱により、電気部品の絶縁が破損し（溶けて）、環境と接触する可能性があります。
- あるいは、車両が水中に浸かったために導電性の液体が存在したり、HVバッテリーパックの冷媒漏れによるプラス－マイナス間短絡、電動エアコンポンプの冷媒漏れなども導通の原因となる可能性があります。
電気コンポーネントでは、絶縁不良により、HV バッテリーからのプラスまたはマイナスのケーブルとハウジングが接続される可能性があります。ハウジングは通常、車両のボディに取り付けられるため、絶縁不良の場合、保護が不十分な場合、電流が発生する可能性があります。 HV バッテリーのプラス側が絶縁不良によりハウジングを介して車体に接続されると、車体には数百ボルトの高電圧がかかります。ただし、HV バッテリーのマイナスに接続する方法がないため、電流が流れず、何も起こりません。事態が悪化するのは、HV バッテリーのプラスとマイナスの両方が車体に接触する複数の絶縁不良がある場合のみです。
以下の 1 つの画像では、HV バッテリー パック (2) にプラスとマイナスのケーブルがあり、底部に車体 (3) があり、その間に 4 つの電気消費者 (XNUMX と XNUMX) があります。
- コンポーネントのプラス側の絶縁不良: 消費者 (電気ヒーターなど) のプラス側とハウジングの間の絶縁が不十分な場合、ハウジングが通電状態になります。 HV バッテリーのマイナス極には接続されていないため、電流は流れません。
- 絶縁不良マイナス：再び車体に（小さな）電圧がかかりますが、電流は流れません。
- プラスとマイナスの両方の絶縁が不十分: この状況では、HV バッテリーのプラスとマイナスの間で短絡が発生します。ボディワークはポジティブとネガティブのつながりとなります。システムを保護するためにサービスプラグや HV バッテリーのヒューズが切れるまで、電流は急速に増加します。
プラスまたはマイナスの絶縁が不十分な場合、回路はまだ閉じられていないため、サービスプラグのヒューズは溶けません。電気自動車の永久絶縁監視は、このような電流の伝達を検出し、エラー メッセージでドライバーに警告します。絶縁欠陥があっても、メーカーがソフトウェアで無効にしない限り、車両は引き続き機能します。
以下の図の番号 5 は、永続的な絶縁監視が行われるコンポーネントを示します。実際には、この電気部品はもちろんもっと複雑です。
番号 6 は、電圧降下が並列で測定される測定抵抗を示します。
下の 2 つの画像は、プラス側 (左) とマイナス側 (右) の絶縁が不十分な状況を示しています。測定抵抗には電流が流れるため、抵抗回路で電圧が消費されます。測定抵抗器の両端の電圧降下は、抵抗器を流れる電流量の尺度になります。
ECUは常時絶縁監視により異常を検出すると、エラーコードを記憶します。 P コード (P1AF0 や P1AF4 など) の説明としては、「バッテリ電圧システムの絶縁喪失」または「バッテリ電圧絶縁回路の誤動作」などが考えられます。車両が絶縁欠陥を抱えて整備工場に入った場合、整備士は診断装置を使用するかメガオーム計を使用して手動で絶縁抵抗を測定し、どこかに絶縁漏れがあるかどうかを確認できます。
メガオーム計による診断:
前のセクションでは、「絶縁抵抗」の概念を説明し、車両が HV バッテリーから車体へのプラスまたはマイナスの接続に漏れがないかをチェックするために永久絶縁監視をどのように使用するかを示しました。このセクションでは、これについてさらに詳しく説明し、技術者がメガオーム計を使用して障害の位置を検出する方法について説明します。当然のことながら、技術者として HV システムで作業するには認定を取得する必要があります。診断テスターのソフトウェア自体は、特定のブランドの絶縁テストを実行できます。たとえば、電気暖房や電気エアコンなど、スイッチを入れた後にのみ絶縁不良が発生するコンポーネントの絶縁テストを実行できます。
他の場合には、メガオーム計で絶縁抵抗を測定できます。マルチメータの内部抵抗は最大 10 万オームに達する可能性があるため、通常のマルチメータで絶縁抵抗を測定することはできません。内部抵抗が高すぎるため、高い抵抗値を測定できません。メガオーム計はこれに適しており、動作状況をシミュレートするために 50 ～ 1000 ボルトの電圧を出力します。この高電圧により、たとえ絶縁体に小さな損傷があったとしても、放出された電流は銅コアを通って絶縁体に確実に流れます。メガオームメーターで測定するには、メーターを HV バッテリーの電圧と同じ電圧、または 1000 段階高い電圧に設定します。測定ケーブルを接続し、メーターを正しく設定したら、オレンジ色の「絶縁テスト」ボタンをクリックします。設定電圧 (画像では XNUMX ボルト) が測定ケーブル、つまりコンポーネントに印加され、ディスプレイから抵抗値を読み取ります。
- 絶縁抵抗は 550 MΩ (メガオーム、つまり 550 億 XNUMX 万オーム) を超えていれば問題ありません。これは最大測定範囲です。
- 550 MΩ より低い値は絶縁体の漏れを示している可能性がありますが、必ずしもそうである必要はありません。
- 国際電気標準会議 (IEC) および電気電子学会 (IEEE) によると、EV の絶縁抵抗は 500 ボルトあたり少なくとも 400 Ω でなければなりません。公称 HV 電圧 500 ボルトでは、抵抗は (400 Ω * 200.000 v) = XNUMX Ω となるはずです。
- メーカーは多くの場合、より高い品質と安全基準を設定しており、その結果、最小絶縁抵抗も高くなります。このため、診断を行う際は常に工場の指示に従う必要があります。
メーカーの指示は常に主導的です。
工場仕様書には、手順、安全規制、最小絶縁抵抗が記載されています。
次の画像は、トヨタのマニュアルのスクリーンショットです。該当機種の電動機までのケーブルの最小絶縁抵抗を示します。
メガオーム計は 500 ボルトに設定し、ハウジングと比較した電気モーターへの配線 (UV および W) の最小抵抗は 100 MΩ (メガオーム) 以上である必要があります。
例えば、電動エアコン用コンプレッサーと発熱体の絶縁抵抗は異なる場合があります。他の部品を測定する場合は、その部分の工場データを参照してください。
1. マイナス側の絶縁測定 (故障なし):
プラグを外した状態で、車両質量と比較してマイナス側も測定します。図 1 と 2 は、この測定が概略図と実際にどのように見えるかを示しています。測定の結果、絶縁抵抗は >550 MΩ となり、絶縁が良好な状態であることを示しています。
2. プラス側の絶縁測定 (故障なし):
インバーターなどからプラグを外した後、赤い測定ピンを取り外したプラグのピン（現在はプラス側）に取り付け、黒い測定ピンを車体に接続されているアースポイントに取り付けます。図 1 は、前のセクションの図を再表示し、HV バッテリー (1)、車両質量 (2)、および 3 つの消費者 (4 と 500) に番号を付けています。絶縁抵抗計が接続され、オレンジ色の「絶縁テスト」ボタンが押されて、133 ボルトの伝送電圧で絶縁抵抗が測定されます。これは 100 メガオームに相当します。前回の測定よりも絶縁抵抗が低くなりました。メーカーの説明書を参照してください。メーカー指定の最低絶縁抵抗XNUMXMΩを遵守しております。絶縁抵抗はOKです。
3. プラス側の絶縁測定 (故障):
同じ接続で測定したところ、絶縁抵抗は 65 MΩ でした。抵抗値は IEC および IEEE によって設定された最小 500 オーム/ボルトよりも高いですが (前の段落を参照)、メーカーが最小抵抗値 100 MΩ を指定しているため、配線および/またはコンポーネントは拒否されます。配線やプラグ接続は修理できない場合がありますが、完全に交換する必要があります。
4. プラス側の絶縁測定 (故障):
0 MΩ の絶縁値が測定されると、HV ワイヤとハウジングの間に直接接続 (つまり、短絡) が存在します。配線やプラグ接続は修理できない場合がありますが、完全に交換する必要があります。
絶縁不良が発生した場合、上のテキストと画像に示すように、他の需要家のプラグを 1 つずつ取り外してプラグ内で測定することができます。
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