Emner:
- introduksjon
- Slå på HV-anlegget
- Interlock
- Kortslutningsbeskyttelse
- Permanent isolasjonsovervåking
- Diagnose med megohmmeter
Forord:
HV-systemet i kjøretøy med elektrifisert eller helelektrisk drift er utstyrt med flere beskyttelser. Systemet kan ikke tilkobles før alle sikkerhetskrav er oppfylt. I det øyeblikket en feil oppdages, slås HV-systemet av umiddelbart. Dette kan skje i følgende situasjoner:
- En del av HV-anlegget demonteres, og anlegget slås på.
- På grunn av en kollisjon eller vannskade, kortslutter elektriske deler eller ledninger med hverandre eller med jord.
- Deler har blitt skadet på grunn av overbelastning.
Bildet nedenfor viser komponentene som tilhører sikkerhetssystemet. En del av HV-batteriet (1) kan sees i blått, med den oransje servicepluggen (2) til venstre. I midten er det tre releer (3 til 5), som slås på en etter en av ECU'en (6). Under HV-batteriet er ECU (7), som er koblet til forbrukerne (8), slik som elektrisk motor, varme, klimaanlegg, pumpe, servostyring og ladesystem.
Teksting:
1. HV batteri
2. Serviceplugg med sikring
3. Relé 1
4. Relé 2
5. Relé 3
6. ECU av HV-batteri
7. ECU av HV-system
8. Elektriske forbrukere
Slå på HV-systemet:
Føreren aktiverer HV-systemet ved å trykke på startknappen. I det øyeblikket meldingen "HV klar" vises i displayet, aktiveres HV-systemet. Før HV-systemet er aktivt, er reléene i HV batteripakke kontrollert for å koble batteripakken til forbrukerne.
Når HV-systemet er slått på, styrer ECU (6 i figuren under) HV-reléene i den positive kretsen (relé 4) og jordkretsen (relé 5). Først slås strømkretsen på plussiden på via en motstand. På bildet under ser vi at relé (4) sender strømmen til motstand R1. Motstanden begrenser strømmen som går gjennom den, og begrenser dermed innkoblingsstrømmen. Dette gjør at kondensatorene i omformeren kan lades sakte. På dette tidspunktet kan systemet utføre en sikkerhetssjekk ved lavere spenning. Etter at spenningen over kondensatorene i vekselretteren er omtrent lik spenningen til HV-batteripakken, lukkes relé 3 og relé 4 åpnes, og påfører full spenning til vekselretteren og andre elektriske komponenter.
Forrigling:
Forriglingssystemet er sikkerhetssystemet som gir beskyttelse mot elektrisk kontakt når det er åpne forbindelser. I hver komponent koblet til HV-batteriet er det minst én kontakt som kan slå av HV-systemet når det oppstår et avbrudd. Disse kontaktene kan integreres i ledningen eller innlemmes i huset til en komponent som en bryter.
På bildet under til venstre ser vi det aktive systemet: rele 3 og 5 er lukket, noe som betyr at spenningen fra HV-batteriet overføres til forbrukerne. Forriglingskretsen er blåfarget fra kjøretøyets ECU (7). En spenning påføres motstand R2 fra ECU. Forriglingen føres gjennom de elektriske forbrukerne (8) som en seriekrets. Forriglingen er koblet til jord i batteripakken. Det er en gren mellom motstand R2 i ECU (7) og utgangen til forbrukerne hvor spenningen på forriglingen måles.
- Forrigling OK: spenning etter motstand R2 er 0 volt;
- Forrigling avbrutt: spenningen forbrukes ikke i motstanden R2 og er (avhengig av forsyningsspenningen) 5, 12 eller 24 volt.
Spenningen etter motstand R2 overvåkes konstant under innkobling, men også under kjøring.
Demontering av servicepluggen (2) eller noen av de elektriske komponentene (8) bryter også sperrekretsen. Denne situasjonen kan sees i det høyre bildet over, hvor servicepluggen har forskjøvet seg. Både sikringen mellom batterimodulene og sperrekretsen er åpen. Fordi forriglingen ikke lenger er koblet til kjøretøyets jord, stiger spenningen etter motstand R2 til verdien av forsyningsspenningen. Kjøretøyets ECU (7) styrer direkte batteri ECU (6), slik at relé 3, 4 og 5 ikke lenger er aktivert. HV-anlegget slås da av.
På bildet ser vi den oransje servicepluggen med de store kontaktene i midten for å koble de positive og negative kablene til HV-batteriet, og til venstre en mindre pluggforbindelse med to pinner. Dette er de to pinnene til forriglingen. Disse koblingene finner vi også på plugger av HV-komponenter.
Kortslutningsbeskyttelse:
HV-systemet skal beskyttes mot for store strømmer, som kan være forårsaket av kortslutning i ledninger eller i de elektriske komponentene. Uten beskyttelse kan dette føre til lysbue, smelting av rør eller til og med brann. En sikring er laget for å beskytte systemet mot disse farene. Sikringen kan være plassert i servicepluggen, men også andre steder i batteripakken. Kjøretøy kan også være utstyrt med flere sikringer, hver utformet for å beskytte en bestemt krets.
I tillegg til at sikringen beskytter systemet mot for store strømmer, overfører strømsensoren i den positive eller negative kabelen til HV-batteriet strømmen til ECU. ECU-en tar avgjørelsen om å slå av reléene når det er overbelastning.
Permanent isolasjonsovervåking:
De positive og negative sidene av HV-batteriet kommer ikke i kontakt med hverandre, heller ikke med miljøet. Det er flere lag med isolasjon rundt plussiden (fra + batteriet til + på omformeren) med en flettet kappe i mellom. Men minussiden er også isolert og kommer ikke i kontakt med karosseriet eller huset til komponentene. Karosseriet til selve kjøretøyet er derimot koblet til minus på batteriet ombord (12 volt i personbiler). Slik er det ikke i HV-delen. Årsaker til funksjonsfeil kan være:
- Etter en kollisjon kan det ha oppstått skade på ledningene, noe som forårsaker at kobberet til de positive og negative ledningene kommer i kontakt med hverandre eller berører kjøretøyets karosseri;
- på grunn av overbelastning - og derfor overoppheting - har isolasjonen i en elektrisk komponent sviktet (smeltet), noe som tillater kontakt med miljøet;
- Eller det er ledende væske fordi kjøretøyet har vært i vannet, det har oppstått en kortslutning mellom pluss og minus på grunn av kjølevæskelekkasje i HV-batteripakken Lekkasje av kjølemiddel i den elektriske klimaanleggpumpen kan også forårsake ledning.
I de elektriske komponentene kan dårlig isolasjon forårsake en forbindelse mellom de positive eller negative kablene fra HV-batteriet og huset. Siden huset vanligvis er montert på karosseriet til kjøretøyet, kan det oppstå strøm dersom beskyttelsen er dårlig ved dårlig isolasjon. Når plusset til HV-batteriet kobles til kjøretøyets karosseri via huset som følge av en isolasjonssvikt, er det høyspenning på hundrevis av volt på karosseriet. Men fordi det ikke er noen måte å koble til det negative på HV-batteriet, vil ingenting skje fordi ingen strøm vil flyte. Ting vil bare gå galt hvis det er flere isolasjonsfeil, der både pluss og minus på HV-batteriet kommer i kontakt med karosseriet.
På de tre bildene nedenfor ser vi HV-batteripakken (1) med de positive og negative kablene, med kjøretøyets karosseri nederst (2) og to elektriske forbrukere (3 og 4) i mellom.
- dårlig isolasjon av plusssiden av komponenten: hvis det er dårlig isolasjon mellom pluss og huset i en forbruker (for eksempel en elektrisk varmeovn), vil huset bli strømførende. Fordi det ikke er noen forbindelse til det negative på HV-batteriet, flyter ingen strøm;
- dårlig isolasjon minus: igjen vil det være en (liten) spenning på karosseriet, men ingen strøm vil flyte;
- dårlig isolasjon i både pluss og minus: i denne situasjonen er det kortslutning mellom pluss og minus på HV-batteriet. Karosseriet blir forbindelsen mellom positivt og negativt. Strømmen vil øke raskt inntil sikringen i servicepluggen og/eller HV-batteriet går for å beskytte systemet.
For med dårlig isolasjon i pluss eller minus er det ennå ikke en lukket krets, vil ikke sikringen i servicepluggen smelte. Den permanente isolasjonsovervåkingen i elektriske kjøretøy oppdager slik strømoverføring, og advarer føreren med en feilmelding. Med en isolasjonsfeil kan kjøretøyet fortsatt fungere, med mindre produsenten har deaktivert det via programvare.
Nummer 5 i figuren under angir komponenten hvor permanent isolasjonsovervåking finner sted. I virkeligheten er denne elektriske delen selvfølgelig mer kompleks.
Nummer 6 angir målemotstanden som spenningsfallet måles parallelt over.
De to bildene nedenfor viser situasjonene der det er dårlig isolasjon i pluss (venstre) og i minus (høyre). Fordi strøm flyter gjennom målemotstanden, forbrukes spenning i motstandskretsen. Spenningsfallet over målemotstanden er et mål på mengden strøm som flyter gjennom motstandene.
Så snart ECU oppdager en unormalitet med permanent isolasjonsovervåking, lagrer den en feilkode. Mulige beskrivelser av P-kodene (som P1AF0 og P1AF4) kan være: "batterispenningssystemisolasjon tapt" eller "feil i batterispenningsisolasjonskrets". Når et kjøretøy kommer inn på verkstedet med en isolasjonsfeil, kan mekanikeren måle isolasjonsmotstandene etter bruk av diagnoseutstyret, eller manuelt med et Megohmmeter, for å sjekke om det er en isolasjonslekkasje et sted.
Diagnose med megohmmeter:
Den forrige delen forklarte konseptet "isolasjonsmotstand" og viste hvordan kjøretøyet bruker den permanente isolasjonsovervåkingen for å sjekke om det er en lekkasje fra de positive eller negative koblingene fra HV-batteriet til kjøretøyets karosseri. I dette avsnittet skal vi diskutere dette nærmere og beskrive hvordan du som tekniker kan oppdage feilstedet med et Megohmmeter. Som tekniker må du naturligvis være sertifisert for å jobbe med HV-anlegg. Programvaren i en diagnostisk tester kan selv utføre en isolasjonstest for enkelte merker, for eksempel for komponenter som først viser en isolasjonsfeil etter at de er slått på, for eksempel elektrisk oppvarming eller elektrisk klimaanlegg.
I andre tilfeller kan vi måle isolasjonsmotstanden med et Megohmmeter. Det er ikke mulig å måle isolasjonsmotstand med et vanlig multimeter, fordi den interne motstanden til multimeteret kan være opptil 10 millioner ohm. Den interne motstanden er for høy til å måle høye motstandsverdier. Et Megohmmeter er egnet for dette og gir ut en spenning på 50 til 1000 volt for å simulere driftssituasjonen. Denne høyspenningen sørger for at den utsendte strømmen finner veien gjennom kobberkjernen til isolasjonen, selv gjennom den minste skaden i isolasjonen. For å måle med megohmmeteret, sett måleren til samme spenning som HV-batteriet, eller ett trinn høyere. Etter å ha koblet til målekablene og innstilt måleren riktig, klikker vi på den oransje "isolasjonstest" -knappen. Den innstilte spenningen (på bildet: 1000 volt) påføres målekablene og dermed på komponenten, og vi leser så den ohmske verdien fra displayet.
- En isolasjonsmotstand større enn 550 MΩ (Megaohm, som betyr 550 millioner ohm) er OK. Dette er det maksimale måleområdet;
- En verdi lavere enn 550 MΩ kan tyde på en lekkasje i isolasjonen, men dette trenger ikke nødvendigvis være tilfelle;
- I følge International Electrotechnical Commission (IEC) og Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE), må isolasjonsmotstanden til en EV være minst 500 Ω per volt. Ved en nominell HV-spenning på 400 volt skal motstanden være (500 Ω * 400 v) = 200.000 XNUMX Ω.
- Produsenter setter ofte høyere kvalitets- og sikkerhetsstandarder, noe som resulterer i høyere minimumsisolasjonsmotstander. Av denne grunn må fabrikkinstruksjonene alltid følges ved diagnose.
En produsents instruksjoner er alltid ledende.
Fabrikkspesifikasjonene beskriver trinnene, sikkerhetsforskriftene og minimumsisolasjonsmotstandene.
På det neste bildet ser vi et skjermbilde fra en Toyota-manual. Minimumsisolasjonsmotstandene til kablene til den elektriske motoren til den aktuelle modellen er vist.
Megaohmmeteret bør settes til 500 volt og minimumsmotstanden til ledningene (UV og W) til den elektriske motoren sammenlignet med huset bør være 100 MΩ (MegaOhm) eller mer.
Isolasjonsmotstandene til for eksempel den elektriske klimaanleggets kompressor og varmeelementet kan være forskjellige. Når du måler andre komponenter, se den delen av fabrikkdataene.
1. Isolasjonsmåling på minussiden (ingen feil):
Med pluggen frakoblet måler vi også den negative siden sammenlignet med kjøretøyets masse. Figur 1 og 2 viser hvordan denne målingen ser ut i skjematisk form og i virkeligheten. Målingen gir en isolasjonsmotstand på >550 MΩ, noe som indikerer at isolasjonen er i god stand.
2. Isolasjonsmåling på plusssiden (ingen feil):
Etter å ha koblet fra pluggen, for eksempel fra omformeren, fester vi den røde målesonden til pinnen i den demonterte pluggen (nå på plusssiden) og den svarte målesonden til et jordingspunkt koblet til kjøretøyets karosseri. Figur 1 viser diagrammet fra forrige seksjon på nytt, og nummererer HV-batteriet (1), kjøretøyets masse (2) og to av forbrukerne (3 og 4). Megohmmeteret er tilkoblet og den oransje "isolasjonstest"-knappen har blitt trykket for å måle isolasjonsmotstanden med den overførte spenningen på 500 volt. Dette utgjør 133 Megaohm. Isolasjonsmotstanden er lavere enn ved forrige måling. Produsentens instruksjoner bør konsulteres. Vi overholder minimumsisolasjonsmotstanden på 100 MΩ spesifisert av produsenten. Isolasjonsmotstanden er OK.
3. Isolasjonsmåling på plussiden (feil):
Mens vi målte på de samme forbindelsene, målte vi en isolasjonsmotstand på 65 MΩ. Selv om motstandsverdien er høyere enn minimum 500 ohm per volt satt av IEC og IEEE (se forrige avsnitt), blir ledningene og/eller komponenten avvist fordi produsenten har spesifisert minimumsmotstandsverdien på 100 MΩ. Lednings- og/eller pluggforbindelsene kan ikke repareres, men må skiftes helt ut.
4. Isolasjonsmåling på plussiden (feil):
Når en isolasjonsverdi på 0 MΩ måles, er det en direkte forbindelse (dvs. kortslutning) mellom HV-ledningen og huset. Lednings- og/eller pluggforbindelsene kan ikke repareres, men må skiftes helt ut.
Ved isolasjonsfeil kan pluggene til andre forbrukere kobles fra én etter én for å måle i pluggen, som vist i teksten og bildene over.
Relatert side:
