Предмети:
- Вступ
- Вмикання системи ВН
- Блокування
- Захист від короткого замикання
- Постійний контроль ізоляції
- Діагностика за допомогою мегомметра
Вступ:
Система HV в транспортних засобах з електрифікованим або повністю електричним приводом оснащена кількома захистами. Систему неможливо поставити під охорону, доки не будуть виконані всі вимоги безпеки. У момент виявлення помилки система HV негайно вимикається. Це може статися в таких ситуаціях:
- Частину системи ВН демонтують, і систему вмикають.
- Через зіткнення або пошкодження водою електричні частини або проводка замикаються між собою або з землею.
- Деталі були пошкоджені через перевантаження.
На зображенні нижче показано компоненти, які належать до системи безпеки. Частину високовольтної батареї (1) можна побачити синім кольором, з помаранчевою сервісною вилкою (2) зліва. Посередині знаходяться три реле (3-5), які вмикаються по черзі ЕБУ (6). Під високовольтною батареєю розташований ECU (7), який підключений до споживачів (8), таких як електродвигун, опалення, насос кондиціонера, гідропідсилювач керма та система зарядки.
Легенда:
1. HV акумулятор
2. Сервісна вилка з запобіжником
3. Естафета 1
4. Естафета 2
5. Естафета 3
6. ЕБУ високовольтної батареї
7. ЕБУ системи HV
8. Електроспоживачі
Увімкнення системи ВН:
Водій активує систему HV, натиснувши кнопку запуску. Коли на дисплеї з’являється повідомлення «HV ready», система HV активується. До того як система HV активна, реле в Акумулятор HV керований для підключення акумуляторної батареї до споживачів.
Коли систему високої напруги ввімкнено, ЕБУ (6 на малюнку нижче) керує реле високої напруги в ланцюзі плюса (реле 4) і ланцюга заземлення (реле 5). Спочатку через резистор включається ланцюг струму на плюсовій стороні. На зображенні нижче ми бачимо, що реле (4) пропускає струм на резистор R1. Резистор обмежує струм, що проходить через нього, таким чином обмежуючи пусковий струм. Це дозволяє повільно заряджати конденсатори в інверторі. У цей час система може виконати перевірку безпеки за нижчої напруги. Коли напруга на конденсаторах інвертора приблизно дорівнює напрузі високовольтної батареї, реле 3 замикається, а реле 4 розмикається, надаючи повну напругу на інвертор та інші електричні компоненти.
Блокування:
Система блокування - це система безпеки, яка забезпечує захист від електричного контакту, коли є відкриті з'єднання. У кожному компоненті, підключеному до високовольтної батареї, є принаймні один контакт, який може вимкнути систему високої напруги в разі переривання. Ці контакти можна інтегрувати в електропроводку або включити в корпус компонента як перемикач.
На зображенні внизу зліва ми бачимо активну систему: реле 3 і 5 замкнуті, що означає, що напруга від високовольтної батареї передається споживачам. Схема блокування пофарбована в синій колір від ЕБУ автомобіля (7). На резистор R2 подається напруга від ЕБУ. Блокування проходить через споживачі електроенергії (8) як послідовне коло. Блокування підключено до заземлення акумуляторної батареї. Між резистором R2 в ЕБУ (7) і виходом на споживачі, де вимірюється напруга на блокуванні, є відгалуження.
- Блокування в порядку: напруга після резистора R2 становить 0 вольт;
- Блокування перервано: напруга не споживається в резисторі R2 і становить (залежно від напруги живлення) 5, 12 або 24 вольта.
Напруга після резистора R2 постійно контролюється під час увімкнення, а також під час руху.
Демонтаж сервісної вилки (2) або будь-якого з електричних компонентів (8) також розриває схему блокування. Цю ситуацію можна побачити на правому зображенні вище, де сервісна пробка змістилася. І запобіжник між модулями акумулятора, і ланцюг блокування розімкнені. Оскільки блокування більше не підключено до маси автомобіля, напруга після резистора R2 підвищується до значення напруги живлення. ЕБУ автомобіля (7) безпосередньо керує ЕБУ акумулятора (6), тому реле 3, 4 і 5 більше не активуються. Після цього система HV вимикається.
На зображенні ми бачимо помаранчевий сервісний штекер із великими контактами посередині для з’єднання позитивного та негативного кабелів високовольтної батареї, а ліворуч менший штекер із двома контактами. Це два штирі блокування. Ми також знаходимо ці з'єднання на штекерах високовольтних компонентів.
Захист від короткого замикання:
Система HV повинна бути захищена від надмірних струмів, які можуть бути викликані коротким замиканням в електропроводці або в електричних компонентах. Без захисту це може призвести до спалаху дуги, розплавлення труб або навіть пожежі. Запобіжник призначений для захисту системи від цих небезпек. Запобіжник може бути розташований у розетці для обслуговування, а також в інших місцях акумуляторної батареї. Транспортні засоби також можуть бути обладнані декількома запобіжниками, кожен з яких призначений для захисту певного кола.
Крім того, що запобіжник захищає систему від надмірних струмів, датчик струму в позитивному або негативному кабелі високовольтної батареї передає струм до ECU. ЕБУ приймає рішення про вимикання реле при перевантаженні.
Постійний контроль ізоляції:
Позитивні та негативні сторони високовольтної батареї не контактують ні один з одним, ні з навколишнім середовищем. Навколо плюса є кілька шарів ізоляції (від + батареї до + інвертора) з плетеною оболонкою між ними. Але мінусова сторона також ізольована і не контактує з кузовом або корпусом компонентів. З іншого боку, кузов автомобіля підключається до мінуса бортової батареї (12 вольт у легкових автомобілях). Це не так у частині ВН. Причинами несправності можуть бути:
- Після зіткнення електропроводка могла бути пошкоджена, внаслідок чого мідь позитивного та негативного проводів стикалася одна з одною або торкалася кузова автомобіля;
- внаслідок перевантаження - і, отже, перегріву - ізоляція в електричному компоненті вийшла з ладу (розплавилася), дозволяючи контакт із навколишнім середовищем;
- Або є електропровідна рідина, тому що транспортний засіб був у воді, відбулося коротке замикання між плюсом і мінусом через витік охолоджуючої рідини в акумуляторній батареї високого напруги Витік холодоагенту в електричному насосі кондиціонера також може спричинити провідність.
В електричних компонентах погана ізоляція може спричинити з’єднання між позитивним або негативним кабелем високовольтної батареї та корпусом. Оскільки корпус зазвичай монтується на кузові транспортного засобу, у разі поганої ізоляції може виникнути струм, якщо захист є поганим. Коли плюс високовольтної батареї підключений до кузова транспортного засобу через корпус внаслідок пошкодження ізоляції, на кузові присутня висока напруга в сотні вольт. Однак, оскільки немає можливості підключитися до мінуса високовольтної батареї, нічого не станеться, тому що струм не тече. Справи підуть не так, лише якщо є численні несправності ізоляції, коли як плюс, так і мінус високовольтної батареї стикаються з кузовом.
На трьох зображеннях нижче ми бачимо високовольтну акумуляторну батарею (1) з позитивним і негативним кабелями, з кузовом автомобіля внизу (2) і двома споживачами електроенергії (3 і 4) між ними.
- погана ізоляція плюса компонента: якщо є погана ізоляція між плюсом і корпусом споживача (наприклад, електронагрівача), корпус буде під напругою. Оскільки немає з’єднання з мінусом високовольтної батареї, струм не тече;
- погана ізоляція мінус: знову буде (невелика) напруга на кузові, але струму не буде;
- погана ізоляція як плюса, так і мінуса: у цій ситуації відбувається коротке замикання між плюсом і мінусом високовольтної батареї. Кузов стає зв'язком між позитивним і негативним. Струм буде швидко зростати, доки не перегорить запобіжник у сервісній вилці та/або високовольтній батареї, щоб захистити систему.
Оскільки при поганій ізоляції на плюсі-мінусі ще немає замкнутого ланцюга, запобіжник в службовій вилці не розплавиться. Постійний контроль ізоляції в електромобілях виявляє таку передачу струму, попереджаючи водія повідомленням про помилку. З несправністю ізоляції автомобіль все ще може працювати, якщо виробник не вимкнув його за допомогою програмного забезпечення.
Цифра 5 на малюнку нижче вказує на компонент, де здійснюється постійний моніторинг ізоляції. Насправді ця електрична частина, звичайно, складніша.
Цифрою 6 позначений вимірювальний резистор, на якому паралельно вимірюється падіння напруги.
Два зображення нижче показують ситуації, коли є погана ізоляція в плюсі (ліворуч) і мінусі (праворуч). Оскільки струм протікає через вимірювальний резистор, напруга споживається в колі опору. Падіння напруги на вимірювальному резисторі є мірою величини струму, що протікає через резистори.
Як тільки ECU виявляє несправність за допомогою постійного моніторингу ізоляції, він зберігає код помилки. Можливі описи кодів P (наприклад, P1AF0 і P1AF4) можуть бути такими: «втрата ізоляції системи напруги батареї» або «несправність схеми ізоляції напруги батареї». Коли автомобіль потрапляє в майстерню з дефектом ізоляції, механік може виміряти опір ізоляції за допомогою діагностичного обладнання або вручну за допомогою мегомметра, щоб перевірити, чи немає десь витоку ізоляції.
Діагностика за допомогою мегомметра:
У попередньому розділі було пояснено поняття «опір ізоляції» та показано, як транспортний засіб використовує постійний контроль ізоляції, щоб перевірити, чи є витік із позитивного чи негативного з’єднання високовольтної батареї на кузов транспортного засобу. У цьому розділі ми обговоримо це більш детально та опишемо, як ви, як технік, можете визначити місце несправності за допомогою мегомметра. Звичайно, як технік ви повинні мати сертифікат для роботи з системами високої напруги. Програмне забезпечення в діагностичному тестері може самостійно виконувати перевірку ізоляції для певних марок, наприклад для компонентів, які виявляють несправність ізоляції лише після ввімкнення, наприклад, електричне опалення або електричне кондиціонування повітря.
В інших випадках ми можемо виміряти опір ізоляції за допомогою мегомметра. Виміряти опір ізоляції звичайним мультиметром неможливо, тому що внутрішній опір мультиметра може досягати 10 мільйонів Ом. Внутрішній опір занадто високий, щоб вимірювати високі значення опору. Для цього підходить мегомметр, який видає напругу від 50 до 1000 вольт для імітації робочої ситуації. Ця висока напруга гарантує, що випромінюваний струм знаходить шлях через мідний сердечник до ізоляції навіть через найменші пошкодження ізоляції. Для вимірювання за допомогою мегомметра встановіть вимірювальний прилад на таку саму напругу, як на високовольтній батареї, або на одну сходинку вище. Після підключення вимірювальних кабелів і правильної настройки лічильника натискаємо на помаранчеву кнопку «перевірка ізоляції». Встановлена напруга (на зображенні: 1000 вольт) подається на вимірювальні кабелі, а отже, і на компонент, а потім ми зчитуємо омічне значення з дисплея.
- Опір ізоляції більше 550 МОм (мегаом, що означає 550 мільйонів Ом) допустимий. Це максимальний діапазон вимірювання;
- Значення, нижче за 550 МОм, може вказувати на витік ізоляції, але це не обов’язково має бути так;
- Згідно з Міжнародною електротехнічною комісією (IEC) та Інститутом інженерів з електротехніки та електроніки (IEEE), опір ізоляції електромобіля має бути не менше 500 Ом на вольт. При номінальній напрузі HV 400 вольт опір має бути (500 Ом * 400 В) = 200.000 XNUMX Ом.
- Виробники часто встановлюють вищі стандарти якості та безпеки, що призводить до вищих мінімальних опорів ізоляції. Тому під час діагностики необхідно завжди дотримуватися заводських інструкцій.
Інструкції виробника завжди є провідними.
Заводські специфікації описують кроки, правила безпеки та мінімальний опір ізоляції.
На наступному зображенні ми бачимо скріншот із посібника Toyota. Показані мінімальні опори ізоляції кабелів до електродвигуна відповідної моделі.
Мегаомметр має бути налаштований на 500 вольт, а мінімальний опір проводки (УФ і Вт) до електродвигуна порівняно з корпусом має становити 100 МОм (мегаОм) або більше.
Опір ізоляції, наприклад, електричного компресора кондиціонера та нагрівального елемента може бути різним. Вимірюючи інші компоненти, зверніться до цієї частини заводських даних.
1. Вимірювання ізоляції на негативній стороні (без несправності):
При відключеній вилці ми також вимірюємо негативну сторону порівняно з масою автомобіля. На малюнках 1 і 2 показано, як це вимірювання виглядає схематично і в реальності. У результаті вимірювання опір ізоляції становить >550 МОм, що вказує на те, що ізоляція в хорошому стані.
2. Вимірювання ізоляції з позитивного боку (немає несправності):
Після від'єднання штекера, наприклад, від інвертора, ми приєднуємо червоний вимірювальний щуп до штифта в демонтованому штекері (тепер у плюсовій частині), а чорний вимірювальний щуп - до точки заземлення, підключеної до кузова автомобіля. На малюнку 1 повторно показано діаграму з попереднього розділу, пронумеровано високовольтний акумулятор (1), масу автомобіля (2) і два споживача (3 і 4). Підключено мегомметр і натиснуто помаранчеву кнопку «перевірка ізоляції», щоб виміряти опір ізоляції при переданій напрузі 500 вольт. Це становить 133 мегаом. Опір ізоляції нижчий, ніж у попередньому вимірюванні. Слід ознайомитися з інструкціями виробника. Ми дотримуємося мінімального опору ізоляції 100 МОм, зазначеного виробником. Опір ізоляції нормальний.
3. Вимірювання ізоляції на плюсі (несправність):
Під час вимірювання на тих самих з’єднаннях ми виміряли опір ізоляції 65 МОм. Незважаючи на те, що значення опору перевищує мінімальне значення 500 Ом на вольт, встановлене IEC та IEEE (див. попередній абзац), проводка та/або компонент відхиляються, оскільки виробник вказав мінімальне значення опору 100 МОм. Електропроводку та/або штепсельні з’єднання ремонтувати не можна, їх необхідно повністю замінити.
4. Вимірювання ізоляції на плюсі (несправність):
Коли вимірюється значення ізоляції 0 МОм, існує прямий зв’язок (тобто коротке замикання) між високовольтним проводом і корпусом. Електропроводку та/або штепсельні з’єднання ремонтувати не можна, їх необхідно повністю замінити.
У разі несправності ізоляції вилки інших споживачів можна від’єднати одну за одною для вимірювання в вилці, як показано в тексті та зображеннях вище.
Пов'язана сторінка:
