Subiecte:
- introducere
- Pornirea sistemului HV
- interlock
- Protecție la scurtcircuit
- Monitorizarea permanentă a izolației
- Diagnosticul cu megaohmetrul
Introducere:
Sistemul HV la vehiculele cu tracțiune electrificată sau complet electrică este echipat cu protecții multiple. Sistemul nu poate fi armat până când nu sunt îndeplinite toate cerințele de siguranță. În momentul în care este detectată o eroare, sistemul HV se oprește imediat. Acest lucru se poate întâmpla în următoarele situații:
- O parte a sistemului HV este demontată, iar sistemul este pornit.
- Datorită unei coliziuni sau daune cauzate de apă, piesele electrice sau cablurile sunt scurtcircuitate între ele sau cu masă.
- Piesele au fost deteriorate din cauza suprasarcinii.
Imaginea de mai jos prezintă componentele care aparțin sistemului de securitate. O parte a bateriei HV (1) poate fi văzută în albastru, cu ștecherul de serviciu portocaliu (2) în stânga. În mijloc sunt trei relee (3 până la 5), care sunt pornite unul câte unul de către ECU (6). Sub bateria HV se află ECU (7), care este conectat la consumatorii (8), cum ar fi motorul electric, încălzirea, pompa de aer condiționat, servodirecția și sistemul de încărcare.
Legenda:
1. baterie HV
2. Fișă de service cu siguranță
3. Releu 1
4. Releu 2
5. Releu 3
6. ECU al bateriei HV
7. ECU al sistemului HV
8. Consumatorii electrici
Pornirea sistemului HV:
Șoferul activează sistemul HV apăsând butonul de pornire. În momentul în care pe afișaj apare mesajul „HV ready”, sistemul HV este activat. Înainte ca sistemul HV să fie activ, releele din pachet de baterii HV controlat pentru a conecta acumulatorul la consumatori.
Când sistemul HV este pornit, ECU (6 în figura de mai jos) controlează releele HV din circuitul pozitiv (releul 4) și circuitul de masă (releul 5). În primul rând, circuitul de curent de pe partea plus este pornit printr-un rezistor. În imaginea de mai jos vedem că releul (4) trece curentul la rezistența R1. Rezistorul limitează curentul care trece prin el, limitând astfel curentul de pornire. Acest lucru permite ca condensatoarele din invertor să fie încărcate lent. În acest moment, sistemul poate efectua o verificare de siguranță la o tensiune mai mică. După ce tensiunea la condensatorii din invertor este aproximativ egală cu tensiunea acumulatorului HV, releul 3 se închide și releul 4 se deschide, aplicând tensiune completă la invertor și la alte componente electrice.
Interblocare:
Sistemul de interblocare este sistemul de securitate care oferă protecție împotriva contactului electric atunci când există conexiuni deschise. În fiecare componentă conectată la bateria HV există cel puțin un contact care poate opri sistemul HV atunci când are loc o întrerupere. Aceste contacte pot fi integrate în cablare sau încorporate în carcasa unei componente ca întrerupător.
În imaginea de mai jos din stânga vedem sistemul activ: releele 3 și 5 sunt închise, ceea ce înseamnă că tensiunea de la bateria HV este transferată către consumatori. Circuitul de interblocare este colorat în albastru de la ECU al vehiculului (7). O tensiune este aplicată rezistenței R2 de la ECU. Interblocarea este direcționată prin consumatorii electrici (8) ca un circuit în serie. Interblocarea este conectată la masă în acumulatorul. Există o ramură între rezistorul R2 din ECU (7) și ieșirea către consumatori unde este măsurată tensiunea de pe interblocare.
- Interblocare OK: tensiunea după rezistența R2 este 0 volți;
- Interblocare întreruptă: tensiunea nu este consumată în rezistența R2 și este (în funcție de tensiunea de alimentare) 5, 12 sau 24 volți.
Tensiunea de după rezistența R2 este monitorizată constant în timpul pornirii, dar și în timpul conducerii.
Demontarea ștecherului de serviciu (2) sau a oricăreia dintre componentele electrice (8) întrerupe și circuitul de interblocare. Această situație poate fi văzută în imaginea din dreapta de mai sus, unde ștecherul de serviciu s-a deplasat. Atât siguranța dintre modulele bateriei, cât și circuitul de interblocare sunt deschise. Deoarece interblocarea nu mai este conectată la pământul vehiculului, tensiunea după rezistența R2 crește la valoarea tensiunii de alimentare. ECU-ul vehiculului (7) controlează direct ECU-ul bateriei (6), astfel încât releele 3, 4 și 5 nu mai sunt activate. Sistemul HV este apoi oprit.
În imagine vedem mufa de serviciu portocalie cu contactele mari în mijloc pentru a conecta cablurile pozitive și negative ale bateriei HV, iar în stânga o conexiune de fișă mai mică cu doi pini. Aceștia sunt cei doi pini ai interblocării. Aceste conexiuni le găsim și pe mufele componentelor HV.
Protectie la scurtcircuit:
Sistemul HV trebuie protejat împotriva curenților excesivi, care pot fi cauzați de un scurtcircuit în cablaj sau în componentele electrice. Fără protecție, acest lucru poate duce la un arc, topirea țevilor sau chiar un incendiu. O siguranță este proiectată pentru a proteja sistemul împotriva acestor pericole. Siguranța poate fi amplasată în ștecherul de service, dar și în altă parte a acumulatorului. De asemenea, vehiculele pot fi echipate cu mai multe siguranțe, fiecare proiectată pentru a proteja un anumit circuit.
Pe lângă faptul că siguranța protejează sistemul împotriva curenților excesivi, senzorul de curent din cablul pozitiv sau negativ al bateriei HV transmite curentul către ECU. ECU ia decizia de a opri releele atunci când există o suprasarcină.
Monitorizarea permanentă a izolației:
Părțile pozitive și negative ale bateriei HV nu intră în contact una cu cealaltă și nici cu mediul înconjurător. Există mai multe straturi de izolație în jurul părții plus (de la + baterie la + a invertorului) cu o manta împletită între ele. Dar și partea minus este izolată și nu intră în contact cu caroseria sau carcasa componentelor. Pe de altă parte, caroseria vehiculului este conectată la negativul bateriei de bord (12 volți în autoturisme). Nu este cazul în partea HV. Cauzele unei defecțiuni pot fi:
- După o coliziune, este posibil să se fi produs deteriorarea cablajului, determinând ca cuprul firelor pozitive și negative să intre în contact unul cu celălalt sau să atingă caroseria vehiculului;
- din cauza suprasarcinii - si deci a supraincalzirii - izolatia dintr-o componenta electrica s-a defectat (topit), permitand contactul cu mediul;
- Sau există lichid conductiv deoarece vehiculul a fost în apă, a avut loc un scurtcircuit între plus și minus din cauza scurgerii de lichid de răcire în acumulatorul HV. Scurgerile de agent frigorific în pompa electrică de aer condiționat poate provoca, de asemenea, conducție.
La componentele electrice, izolarea slabă poate provoca o conexiune între cablurile pozitive sau negative de la bateria HV și carcasă. Deoarece carcasa este de obicei montată pe caroseria vehiculului, poate apărea un curent dacă protecția este slabă în cazul unei izolații slabe. Când plusul bateriei HV este conectat la caroseria vehiculului prin intermediul carcasei ca urmare a unei defecțiuni a izolației, pe caroserie este prezentă tensiune înaltă de sute de volți. Cu toate acestea, pentru că nu există nicio modalitate de conectare la negativul bateriei HV, nu se va întâmpla nimic pentru că nu va curge curent. Lucrurile vor merge prost doar dacă există mai multe defecțiuni de izolație, unde atât plusul, cât și minusul bateriei HV intră în contact cu caroseria.
În cele trei imagini de mai jos vedem acumulatorul HV (1) cu cablurile pozitive și negative, cu caroseria vehiculului în partea de jos (2) și doi consumatori electrici (3 și 4) între ele.
- izolație slabă a părții plus a componentei: dacă există o izolație slabă între plus și carcasă la un consumator (de exemplu un încălzitor electric), carcasa va deveni sub tensiune. Deoarece nu există conexiune la negativul bateriei HV, nu curge curent;
- izolație slabă minus: din nou va exista o tensiune (mică) pe caroserie, dar nu va curge curent;
- izolație slabă atât în plus cât și în minus: în această situație există un scurtcircuit între plus și minus al bateriei HV. Caroseria devine legătura dintre pozitiv și negativ. Curentul va crește rapid până când siguranța din ștecherul de serviciu și/sau bateria HV se va arde pentru a proteja sistemul.
Deoarece cu o izolație slabă în plus sau minus nu există încă un circuit închis, siguranța din ștecherul de serviciu nu se va topi. Monitorizarea permanentă a izolației la vehiculele electrice detectează un astfel de transfer de curent, avertizând șoferul cu un mesaj de eroare. Cu o defecțiune de izolație, vehiculul poate funcționa în continuare, cu excepția cazului în care producătorul îl dezactivează prin software.
Numărul 5 din figura de mai jos indică componenta în care are loc monitorizarea permanentă a izolației. În realitate, această parte electrică este desigur mai complexă.
Numărul 6 indică rezistența de măsurare peste care se măsoară căderea de tensiune în paralel.
Cele două imagini de mai jos arată situațiile în care există o izolație slabă în plus (stânga) și în minus (dreapta). Deoarece curentul trece prin rezistența de măsurare, tensiunea este consumată în circuitul de rezistență. Căderea de tensiune pe rezistorul de măsurare este o măsură a cantității de curent care curge prin rezistoare.
De îndată ce ECU detectează o anomalie cu monitorizarea permanentă a izolației, stochează un cod de eroare. Descrierile posibile ale codurilor P (cum ar fi P1AF0 și P1AF4) ar putea fi: „izolarea sistemului de tensiune a bateriei pierdută” sau „defecțiune a circuitului de izolare a tensiunii bateriei”. Când un vehicul intră în atelier cu o defecțiune de izolație, mecanicul poate măsura rezistențele de izolație după utilizarea echipamentului de diagnosticare, sau manual cu un Megohmmetru, pentru a verifica dacă pe undeva există o scurgere de izolație.
Diagnosticul cu megaohmetrul:
Secțiunea anterioară a explicat conceptul de „rezistență de izolație” și a arătat modul în care vehiculul folosește monitorizarea permanentă a izolației pentru a verifica dacă există o scurgere de la conexiunile plus sau minus de la bateria HV la caroseria vehiculului. În această secțiune vom discuta acest lucru mai detaliat și vom descrie modul în care dumneavoastră, ca tehnician, puteți detecta locația defecțiunii cu un megaohmmetru. Desigur, ca tehnician trebuie să fii certificat pentru a lucra la sisteme HV. Software-ul dintr-un tester de diagnosticare poate efectua el însuși un test de izolație pentru anumite mărci, de exemplu pentru componentele care arată o defecțiune de izolație numai după ce au fost pornite, cum ar fi încălzirea electrică sau aerul condiționat electric.
În alte cazuri putem măsura rezistența de izolație cu un Megohmmetru. Nu se poate măsura rezistența de izolație cu un multimetru normal, deoarece rezistența internă a multimetrului poate fi de până la 10 milioane de ohmi. Rezistența internă este prea mare pentru a măsura valori mari de rezistență. Un megohmmetru este potrivit pentru aceasta și emite o tensiune de 50 până la 1000 de volți pentru a simula situația de funcționare. Această tensiune înaltă asigură că curentul emis să-și găsească drumul prin miezul de cupru către izolație, chiar și prin cea mai mică deteriorare a izolației. Pentru a măsura cu megaohmetrul, setați contorul la aceeași tensiune ca cea a bateriei HV sau cu un pas mai mare. După conectarea cablurilor de măsurare și setarea corectă a contorului, facem clic pe butonul portocaliu „test de izolație”. Tensiunea setată (în imagine: 1000 volți) se aplică cablurilor de măsurare și deci componentei, iar apoi citim valoarea ohmică de pe afișaj.
- O rezistență de izolație mai mare de 550 MΩ (Megaohm, ceea ce înseamnă 550 milioane ohmi) este OK. Acesta este domeniul maxim de măsurare;
- O valoare mai mică de 550 MΩ poate indica o scurgere în izolație, dar nu trebuie neapărat să fie așa;
- Potrivit Comisiei Electrotehnice Internaționale (IEC) și Institutul de Ingineri Electrici și Electronici (IEEE), rezistența de izolație a unui EV trebuie să fie de cel puțin 500 Ω per volt. La o tensiune nominală HV de 400 volți, rezistența ar trebui să fie (500 Ω * 400 v) = 200.000 Ω.
- Producătorii stabilesc adesea standarde de calitate și siguranță mai ridicate, rezultând rezistențe minime mai mari de izolație. Din acest motiv, la efectuarea unui diagnostic trebuie respectate întotdeauna instrucțiunile din fabrică.
Instrucțiunile producătorului sunt întotdeauna importante.
Specificațiile din fabrică descriu etapele, reglementările de siguranță și rezistențele minime de izolație.
În imaginea următoare vedem o captură de ecran dintr-un manual Toyota. Sunt prezentate rezistențele minime de izolație ale cablurilor la motorul electric al modelului relevant.
Megaohmetrul trebuie setat la 500 de volți, iar rezistența minimă a cablurilor (UV și W) la motorul electric în comparație cu carcasă ar trebui să fie de 100 MΩ (MegaOhm) sau mai mult.
Rezistențele de izolație ale, de exemplu, compresorul electric de aer condiționat și elementul de încălzire pot fi diferite. Când măsurați alte componente, consultați acea parte a datelor din fabrică.
1. Măsurarea izolației pe partea negativă (fără defecte):
Cu ștecherul deconectat, măsurăm și partea negativă în comparație cu masa vehiculului. Figurile 1 și 2 arată cum arată această măsurătoare în formă schematică și în realitate. Măsurarea are ca rezultat o rezistență de izolație de >550 MΩ, ceea ce indică faptul că izolația este în stare bună.
2. Măsurarea izolației pe partea plus (fără defecte):
După deconectarea ștecherului, de exemplu de la invertor, atașăm sonda roșie de măsurare la știftul din ștecherul demontat (acum în partea plus) și sonda neagră de măsurare la un punct de masă conectat la caroseria vehiculului. Figura 1 reafișează diagrama din secțiunea anterioară, numerotând bateria HV (1), masa vehiculului (2) și doi dintre consumatori (3 și 4). Megohmetrul este conectat și butonul portocaliu „test de izolație” a fost apăsat pentru a măsura rezistența de izolație cu tensiunea transmisă de 500 volți. Aceasta înseamnă 133 Megaohm. Rezistența de izolație este mai mică decât la măsurarea anterioară. Instrucțiunile producătorului trebuie consultate. Respectăm rezistența minimă de izolație de 100 MΩ specificată de producător. Rezistența de izolație este OK.
3. Măsurarea izolației pe partea plus (defecțiune):
În timpul măsurării pe aceleași conexiuni, am măsurat o rezistență de izolație de 65 MΩ. Deși valoarea rezistenței este mai mare decât minimul de 500 ohmi pe volt stabilit de IEC și IEEE (vezi paragraful anterior), cablajul și/sau componenta este respinsă deoarece producătorul a specificat valoarea minimă a rezistenței de 100 MΩ. Cablajul și/sau conexiunile ștecherului nu pot fi reparate, dar trebuie înlocuite complet.
4. Măsurarea izolației pe partea plus (defecțiune):
Când se măsoară o valoare a izolației de 0 MΩ, există o conexiune directă (adică scurtcircuit) între firul HV și carcasă. Cablajul și/sau conexiunile ștecherului nu pot fi reparate, dar trebuie înlocuite complet.
În cazul unei defecțiuni de izolație, ștecherele altor consumatori pot fi deconectate unul câte unul pentru a măsura în priză, așa cum se arată în textul și imaginile de mai sus.
Pagina înrudită:
