Przedmioty:
- Wprowadzenie
- Włączanie systemu WN
- Splatać
- Zabezpieczenie przed zwarciem
- Stały monitoring izolacji
- Diagnoza za pomocą megaomomierza
Przedmowa:
Układ WN w pojazdach z napędem elektrycznym lub w pełni elektrycznym wyposażony jest w liczne zabezpieczenia. Systemu nie można uzbroić, dopóki nie zostaną spełnione wszystkie wymagania bezpieczeństwa. W momencie wykrycia błędu system WN natychmiast się wyłącza. Może się to zdarzyć w następujących sytuacjach:
- Część układu WN zostaje zdemontowana, a układ włączony.
- W wyniku kolizji lub zalania, zwarcie części elektrycznych lub przewodów między sobą lub z ziemią.
- Części zostały uszkodzone w wyniku przeciążenia.
Poniższy obrazek przedstawia komponenty należące do systemu bezpieczeństwa. Część akumulatora HV (1) jest widoczna w kolorze niebieskim, z pomarańczową wtyczką serwisową (2) po lewej stronie. W środku znajdują się trzy przekaźniki (3 do 5), które załączane są jeden po drugim przez ECU (6). Poniżej akumulatora HV znajduje się ECU (7), do którego podłączone są odbiorniki (8), takie jak silnik elektryczny, ogrzewanie, pompa klimatyzacji, wspomaganie kierownicy i układ ładowania.
Podtytuł:
1. Akumulator wysokiego napięcia
2. Wtyczka serwisowa z bezpiecznikiem
3. Przekaźnik 1
4. Przekaźnik 2
5. Przekaźnik 3
6. ECU akumulatora HV
7. ECU układu WN
8. Odbiorcy energii elektrycznej
Włączanie systemu WN:
Kierowca aktywuje system HV, naciskając przycisk start. W momencie pojawienia się na wyświetlaczu komunikatu „HV gotowy”, system HV jest aktywowany. Zanim system HV zostanie aktywowany, przekaźniki w Zestaw akumulatorów HV kontrolowane w celu podłączenia zestawu akumulatorów do odbiorców.
Kiedy system HV jest włączony, ECU (6 na rysunku poniżej) steruje przekaźnikami HV w obwodzie dodatnim (przekaźnik 4) i obwodzie masy (przekaźnik 5). Najpierw obwód prądowy po stronie dodatniej jest włączany za pomocą rezystora. Na obrazku poniżej widzimy, że przekaźnik (4) przekazuje prąd do rezystora R1. Rezystor ogranicza przepływający przez niego prąd, ograniczając w ten sposób prąd rozruchowy. Umożliwia to powolne ładowanie kondensatorów w falowniku. W tym momencie system może przeprowadzić kontrolę bezpieczeństwa przy niższym napięciu. Gdy napięcie na kondensatorach falownika zrówna się w przybliżeniu z napięciem zestawu akumulatorów HV, przekaźnik 3 zamyka się, a przekaźnik 4 otwiera, przykładając pełne napięcie do falownika i innych elementów elektrycznych.
Splatać:
System blokad to system bezpieczeństwa zapewniający ochronę przed dotykiem elektrycznym w przypadku otwartych połączeń. W każdym elemencie podłączonym do akumulatora HV znajduje się co najmniej jeden styk, który może wyłączyć system HV w przypadku wystąpienia przerwy. Styki te można zintegrować z okablowaniem lub wbudować w obudowę komponentu jako przełącznik.
Na obrazku po lewej stronie widzimy układ aktywny: przekaźniki 3 i 5 są zwarte, co oznacza, że napięcie z akumulatora HV przekazywane jest do odbiorców. Obwód blokady jest zabarwiony na niebiesko w ECU pojazdu (7). Napięcie jest przykładane do rezystora R2 z ECU. Blokada jest prowadzona przez odbiorniki elektryczne (8) jako obwód szeregowy. Blokada jest połączona z masą pakietu akumulatorów. Pomiędzy rezystorem R2 w ECU (7) a wyjściem do odbiorników, gdzie mierzone jest napięcie na blokadzie, znajduje się odgałęzienie.
- Blokada OK: napięcie za rezystorem R2 wynosi 0 woltów;
- Blokada przerwana: napięcie na rezystorze R2 nie jest pobierane i wynosi (w zależności od napięcia zasilania) 5, 12 lub 24 wolty.
Napięcie za rezystorem R2 jest stale monitorowane podczas włączania, ale także podczas jazdy.
Demontaż wtyczki serwisowej (2) lub dowolnego elementu elektrycznego (8) również powoduje przerwanie obwodu blokady. Sytuację tę widać na prawym obrazku powyżej, gdzie wtyczka serwisowa została przesunięta. Zarówno bezpiecznik pomiędzy modułami akumulatorowymi, jak i obwód blokady są otwarte. Ponieważ blokada nie jest już połączona z masą pojazdu, napięcie za rezystorem R2 wzrasta do wartości napięcia zasilania. ECU pojazdu (7) steruje bezpośrednio ECU akumulatora (6), dzięki czemu przekaźniki 3, 4 i 5 nie są już aktywowane. Następnie system WN zostaje wyłączony.
Na zdjęciu widzimy pomarańczową wtyczkę serwisową z dużymi stykami pośrodku do podłączenia dodatniego i ujemnego kabla akumulatora HV, a po lewej stronie mniejsze złącze wtykowe z dwoma pinami. To są dwa piny blokady. Połączenia te znajdziemy także na wtyczkach elementów WN.
Zabezpieczenie przed zwarciem:
System WN musi być chroniony przed nadmiernym prądem, który może być spowodowany zwarciem w okablowaniu lub elementach elektrycznych. Bez zabezpieczenia może to doprowadzić do wyładowania łukowego, stopienia rur, a nawet pożaru. Bezpiecznik ma na celu ochronę systemu przed tymi zagrożeniami. Bezpiecznik może znajdować się we wtyczce serwisowej, ale także w innym miejscu akumulatora. Pojazdy mogą być również wyposażone w wiele bezpieczników, każdy przeznaczony do ochrony określonego obwodu.
Oprócz tego, że bezpiecznik chroni układ przed nadmiernym prądem, czujnik prądu w kablu dodatnim lub ujemnym akumulatora HV przekazuje prąd do ECU. ECU podejmuje decyzję o wyłączeniu przekaźników w przypadku przeciążenia.
Stały monitoring izolacji:
Dodatnia i ujemna strona akumulatora HV nie stykają się ani ze sobą, ani z otoczeniem. Wokół plusa (od + akumulatora do + falownika) znajduje się kilka warstw izolacji, pomiędzy którymi znajduje się plecionka. Ale strona ujemna jest również izolowana i nie styka się z nadwoziem ani obudową podzespołów. Natomiast samo nadwozie pojazdu jest podłączone do ujemnego bieguna akumulatora pokładowego (12 woltów w samochodach osobowych). Nie ma to miejsca w części WN. Przyczynami nieprawidłowego działania mogą być:
- Po zderzeniu mogło nastąpić uszkodzenie okablowania, w wyniku czego miedź przewodu dodatniego i ujemnego zetknęła się ze sobą lub dotknęła nadwozia pojazdu;
- z powodu przeciążenia, a co za tym idzie przegrzania, izolacja elementu elektrycznego uległa uszkodzeniu (stopiła się), umożliwiając kontakt z otoczeniem;
- Lub występuje ciecz przewodząca, ponieważ pojazd znajdował się w wodzie, nastąpiło zwarcie między plusem i minusem w wyniku wycieku płynu chłodzącego z pakietu akumulatorów HV.Wyciek czynnika chłodniczego z elektrycznej pompy klimatyzacji może również powodować przewodzenie.
W elementach elektrycznych słaba izolacja może powodować połączenie między dodatnim lub ujemnym przewodem akumulatora HV a obudową. Ponieważ obudowa jest zwykle montowana na nadwoziu pojazdu, w przypadku słabej ochrony może pojawić się prąd w przypadku słabej izolacji. Jeżeli w wyniku uszkodzenia izolacji plus akumulatora HV zostanie podłączony do nadwozia pojazdu poprzez obudowę, na nadwoziu występuje wysokie napięcie rzędu kilkuset woltów. Ponieważ jednak nie ma możliwości podłączenia do minusa akumulatora HV, nic się nie stanie, bo prąd nie będzie płynął. Coś pójdzie nie tak tylko wtedy, gdy wystąpi wiele uszkodzeń izolacji, gdy zarówno plus, jak i minus akumulatora HV zetkną się z nadwoziem.
Na trzech poniższych zdjęciach widzimy zestaw akumulatorów HV (1) z przewodami dodatnim i ujemnym, z nadwoziem pojazdu na dole (2) i dwoma odbiornikami energii elektrycznej (3 i 4) pomiędzy.
- słaba izolacja strony dodatniej elementu: jeśli izolacja pomiędzy plusem a obudową odbiornika (na przykład grzejnika elektrycznego) jest słaba, obudowa będzie pod napięciem. Ponieważ nie ma połączenia z biegunem ujemnym akumulatora HV, prąd nie przepływa;
- słaba izolacja minus: znowu na karoserii będzie (małe) napięcie, ale prąd nie będzie płynął;
- słaba izolacja zarówno na plusie, jak i na minusie: w tej sytuacji następuje zwarcie pomiędzy plusem i minusem akumulatora HV. Nadwozie staje się łącznikiem między pozytywem a negatywem. Prąd będzie szybko wzrastał, aż do przepalenia się bezpiecznika we wtyczce serwisowej i/lub akumulatora HV, aby chronić system.
Ponieważ przy słabej izolacji na plusie lub minusie nie ma jeszcze obwodu zamkniętego, bezpiecznik we wtyczce serwisowej nie stopi się. Stały monitoring izolacji w pojazdach elektrycznych wykrywa taki przepływ prądu, ostrzegając kierowcę komunikatem o błędzie. W przypadku uszkodzenia izolacji pojazd może nadal działać, chyba że producent wyłączył tę funkcję za pomocą oprogramowania.
Numer 5 na poniższym rysunku wskazuje element, w którym odbywa się stałe monitorowanie izolacji. W rzeczywistości ta część elektryczna jest oczywiście bardziej złożona.
Liczba 6 wskazuje rezystor pomiarowy, na którym równolegle mierzony jest spadek napięcia.
Dwa poniższe obrazy pokazują sytuacje, w których izolacja jest słaba na plusie (po lewej) i na minusie (po prawej). Ponieważ prąd przepływa przez rezystor pomiarowy, w obwodzie rezystancji pobierane jest napięcie. Spadek napięcia na rezystorze pomiarowym jest miarą natężenia prądu przepływającego przez rezystory.
Gdy tylko ECU wykryje nieprawidłowości w ramach stałego monitorowania izolacji, zapisuje kod błędu. Możliwe opisy kodów P (takich jak P1AF0 i P1AF4) mogą brzmieć: „utrata izolacji układu napięcia akumulatora” lub „awaria obwodu izolacji napięcia akumulatora”. Gdy pojazd wjeżdża do warsztatu z uszkodzoną izolacją, mechanik może po użyciu sprzętu diagnostycznego zmierzyć rezystancję izolacji lub ręcznie za pomocą megaomomierza, aby sprawdzić, czy nie ma gdzieś nieszczelności izolacji.
Diagnoza za pomocą megaomomierza:
W poprzedniej sekcji wyjaśniono pojęcie „rezystancji izolacji” i pokazano, w jaki sposób pojazd wykorzystuje stałe monitorowanie izolacji w celu sprawdzenia, czy nie ma wycieku z dodatnich lub ujemnych połączeń akumulatora HV z nadwoziem pojazdu. W tej sekcji omówimy to bardziej szczegółowo i opiszemy, w jaki sposób jako technik możesz wykryć lokalizację usterki za pomocą megaomomierza. Naturalnie, jako technik musisz posiadać uprawnienia do pracy przy systemach wysokiego napięcia. Oprogramowanie testera diagnostycznego może samo przeprowadzić test izolacji w przypadku niektórych marek, na przykład komponentów, które wykazują uszkodzenie izolacji dopiero po włączeniu, takich jak ogrzewanie elektryczne lub klimatyzacja elektryczna.
W innych przypadkach możemy zmierzyć rezystancję izolacji za pomocą megaomomierza. Zwykłym multimetrem nie można zmierzyć rezystancji izolacji, ponieważ rezystancja wewnętrzna multimetru może wynosić do 10 milionów omów. Opór wewnętrzny jest zbyt wysoki, aby zmierzyć duże wartości rezystancji. Do tego nadaje się megaomomierz, który podaje napięcie od 50 do 1000 woltów w celu symulacji sytuacji roboczej. To wysokie napięcie gwarantuje, że emitowany prąd przedostanie się przez miedziany rdzeń do izolacji, nawet przez najmniejsze uszkodzenia izolacji. Aby dokonać pomiaru za pomocą megaomomierza, należy ustawić miernik na takie samo napięcie jak napięcie akumulatora HV lub o jeden stopień wyższe. Po podłączeniu przewodów pomiarowych i prawidłowym ustawieniu miernika klikamy na pomarańczowy przycisk „test izolacji”. Ustawione napięcie (na obrazku: 1000 woltów) jest przykładane do przewodów pomiarowych, a tym samym do komponentu, a następnie odczytujemy wartość rezystancji z wyświetlacza.
- Rezystancja izolacji większa niż 550 MΩ (megaom, co oznacza 550 milionów omów) jest OK. Jest to maksymalny zakres pomiarowy;
- Wartość niższa niż 550 MΩ może wskazywać na nieszczelność izolacji, ale nie musi tak być;
- Według Międzynarodowej Komisji Elektrotechnicznej (IEC) oraz Instytutu Inżynierów Elektryków i Elektroników (IEEE) rezystancja izolacji pojazdu elektrycznego musi wynosić co najmniej 500 Ω na wolt. Przy nominalnym napięciu WN wynoszącym 400 woltów rezystancja powinna wynosić (500 Ω * 400 V) = 200.000 XNUMX Ω.
- Producenci często ustalają wyższe standardy jakości i bezpieczeństwa, co skutkuje wyższymi minimalnymi rezystancjami izolacji. Z tego powodu podczas diagnozowania należy zawsze przestrzegać instrukcji fabrycznych.
Instrukcje producenta są zawsze wiodące.
Specyfikacje fabryczne opisują kroki, przepisy bezpieczeństwa i minimalne rezystancje izolacji.
Na następnym obrazku widzimy zrzut ekranu z instrukcji obsługi Toyoty. Pokazano minimalne rezystancje izolacji przewodów silnika elektrycznego odpowiedniego modelu.
Megaomomierz powinien być ustawiony na 500 woltów, a minimalna rezystancja przewodów (UV i W) do silnika elektrycznego w porównaniu z obudową powinna wynosić 100 MΩ (megaOhm) lub więcej.
Rezystancje izolacji na przykład elektrycznej sprężarki klimatyzacji i elementu grzejnego mogą być różne. Podczas pomiaru innych komponentów należy odnieść się do tej części danych fabrycznych.
1. Pomiar izolacji po stronie ujemnej (bez błędu):
Przy odłączonej wtyczce mierzymy także stronę ujemną w porównaniu do masy pojazdu. Rysunki 1 i 2 pokazują jak ten pomiar wygląda schematycznie i w rzeczywistości. Wynikiem pomiaru jest rezystancja izolacji >550 MΩ, co oznacza, że izolacja jest w dobrym stanie.
2. Pomiar izolacji po stronie plusa (bez usterek):
Po odłączeniu wtyczki np. od falownika, czerwoną sondę pomiarową podłączamy do pinu w wymontowanej wtyczce (teraz po stronie plusa), a czarną sondę pomiarową do punktu masowego podłączonego do nadwozia pojazdu. Rysunek 1 ponownie przedstawia schemat z poprzedniej sekcji, numerujący akumulator HV (1), masę pojazdu (2) i dwa odbiorniki (3 i 4). Megaomomierz jest podłączony i wciśnięty został pomarańczowy przycisk „test izolacji”, aby zmierzyć rezystancję izolacji przy przesyłanym napięciu 500 woltów. Daje to 133 megaomy. Rezystancja izolacji jest niższa niż w poprzednim pomiarze. Należy zapoznać się z instrukcją producenta. Przestrzegamy minimalnej rezystancji izolacji określonej przez producenta 100 MΩ. Rezystancja izolacji jest OK.
3. Pomiar izolacji po stronie plusa (usterka):
Mierząc na tych samych połączeniach zmierzyliśmy rezystancję izolacji 65 MΩ. Chociaż wartość rezystancji jest wyższa niż minimalna wartość rezystancji 500 omów na wolt ustalona przez IEC i IEEE (patrz poprzedni akapit), okablowanie i/lub komponent zostaje odrzucony, ponieważ producent określił minimalną wartość rezystancji wynoszącą 100 MΩ. Okablowania i/lub połączeń wtykowych nie można naprawiać, lecz należy je całkowicie wymienić.
4. Pomiar izolacji po stronie plusa (usterka):
Gdy zmierzona zostanie wartość izolacji 0 MΩ, występuje bezpośrednie połączenie (tj. zwarcie) pomiędzy przewodem WN a obudową. Okablowania i/lub połączeń wtykowych nie można naprawiać, lecz należy je całkowicie wymienić.
W przypadku uszkodzenia izolacji wtyczki innych odbiorców można po kolei odłączać w celu zmierzenia wtyczki, jak pokazano w tekście i ilustracjach powyżej.
Powiązana strona:
