Lesson 4 - Diagnostyka hybrydowych układów napędowych

Pojazdy hybrydowe, z uwagi na swoje zalety stają się coraz bardziej popularne na rynkach Europy zachodniej  jak  również  w  Stanach  Zjednoczonych.  Stanowią  one  alternatywę,  dla  pojazdów spalinowych  i  elektrycznych.  Główne  zalety  użytkowania  pojazdów  z  napędem  hybrydowym,  to ograniczenie emisji spalin, zmniejszenie zużycia paliwa, oraz akumulacja energii odzyskanej podczas realizacji  cyklu  jezdnego.  W  samochodach  z  hybrydowym  układem  napędowym  znaczna  część energii kinetycznej, jest w fazie hamowania odprowadzona do akumulatora, stanowiącego wtórne źródło energii napędowej . W układach hybrydowych rekuperacja energii hamowania prowadzi do

znaczącego  obniżenia  energochłonności  ruchu,  co  jest  szczególnie  korzystne  w  jeździe  miejskiej Wobec udanych prób zastosowania układu hybrydowego, również w samochodach osobowych  tego rodzaju napęd jest uznawany jako przyszłościowy . Energochłonność jest parametrem energetycznym ruchu pojazdu, obok zużycia paliwa . Pojazdy z napędem hybrydowym z uwagi na różnorodność  rozwiązań  konstrukcyjnych  charakteryzują  się  zróżnicowaną  efektywnością energetyczną i większą w porównaniu z napędem klasycznym.

                                

          Obsługa pojazdów hybrydowych i elektrycznych wymaga specjalistycznej wiedzy oraz użycia odpowiednich narzędzi. Powodem tego jest wysokie napięcie w sieci pokładowej, które dochodzi niekiedy nawet do 1000 V. Być albo nie być - oto jest pytanie" - to słynne już słowa Hamleta z dramatu Williama Szekspira. Przy naprawie pojazdu elektrycznego można natomiast powiedzieć: „Jest napięcie albo nie ma napięcia - oto jest pytanie".

W samochodzie elektrycznym i hybrydowym - inaczej niż w tradycyjnym pojeździe z instalacją o napięciu 12 V - mamy do czynienia z napięciami dochodzącymi nawet do 1000 V. Należy pamiętać, że napięcia wyższe - od 60 V dla prądu stałego i od 25 V dla prądu zmiennego - są groźne dla życia i zaliczane do napięć wysokich. W przypadku pojazdów hybrydowych teoretycznie więc konieczne jest odpowiednie przeszkolenie pracownika z zakresu pracy z wysokimi napięciami, używania przez niego odpowiednich przyrządów i narzędzi oraz odpowiedniego zabezpieczenia miejsca pracy, aby nie stwarzać zagrożenia dla osób przebywających w pobliżu.

Rys.1 Widok podstawowego zabezpieczenia przed porażeniem wysokim napięciem osoby serwisującej pojazd z napędem hybrydowym. Obsługa złącza diagnostycznego.

Zanim więc rozpoczniemy diagnostykę czy naprawę systemów elektrycznych w pojazdach z takim napędem, najpierw musimy zabezpieczyć obwód przed przepływem prądu. Można to zrobić przez odpięcie baterii akumulatorów zgodnie z procedurą serwisową albo przez włączenie odpowiednich zabezpieczeń. Urządzenia diagnostyczne, takie jak np. HV Safety 1000 produkowane przez fi rmę AVL Ditest, pozwalają „podejrzeć" miejsce montażu tych zabezpieczeń oraz procedury odłączania zasilania dzięki posiadanym w oprogramowaniu informacjom technicznym. Sam przebieg testu jest zaprogramowany. Urządzenie to prowadzi niejako mechanika, mówiąc, gdzie i co ma mierzyć. Wszystkie zmierzone wartości są porównywane do wartości nominalnych, dzięki czemu urządzenie od razu sygnalizuje usterkę lub nieprawidłowe wskazanie.

Rys. 2 Urzadzenie typu HV Safety 1000 produkowane przez fi rmę AVL Ditest.

Ważnym krokiem podczas przeprowadzania testu instalacji wysokiego napięcia jest sprawdzenie izolacji przewodów. Przewody są zbudowane w sposób dwuwarstwowy, co zabezpiecza przed przebiciem do masy pojazdu. Do takiego przebicia może dojść np. podczas wypadku drogowego, kiedy to uszkodzony zostanie przewód wysokiego napięcia. Dwuwarstwowa konstrukcja sprawia, że przebicie elektryczne wystąpi najpierw między warstwami przewodu, co spowoduje natychmiastowe odcięcie zasilania. Dzięki temu nadwozie i pozostałe podzespoły pojazdu nie będą narażone na wpływ wysokiego napięcia. Następnym krokiem jest sprawdzenie wszystkich zabezpieczeń i podzespołów elektrycznych zgodnie z procedurą testową.

Innymi dostępnymi urządzeniami służącymi do testów pojazdów elektrycznych jest np. urządzenie Bosch FSA 050, które bezprzewodowo przesyła wyniki pomiaru do stacji bazowej. Na rynku występują również urządzenia PDL 3000 marki SUN/Snap On, Techmess/ Brain Bee. Texa w swoim oprogramowaniu IDC4 także uwzględniła procedury testowe dla pojazdów elektrycznych i hybrydowych. Natomiast urządzenia Mega Macs dostarczane przez Hella Gutmann pozwalają np. sprawdzić stopień rozładowania kondensatorów i działanie falowników.

 

NIEKONWENCJONALNE USTERKI  NAPĘDEÓW  HYBRYDOWYCH STOSOWANYCH W POJAZDACH.

Wśród ogólnie znanych wcześniej układów na pokładzie pojazdu hybrydowego znajduje się nadrzędny układ „sterowanie hybrydowe” zarządzający mocą, poprawnym funkcjonowaniem zespołu silników oraz dystrybucja napędu. Komunikację z jego zasobami można  uznać  za  główny cel testu ponieważ informacje w nim zawarte są

podstawą do oceny kondycji układu synergii. W trakcie badania system identyfikuje

usterki i może wygenerować chociażby takie błędy jak:

P3009 - "Leak detected", oznacza ścieżkę wycieku/zwarcia obwodu wysokiego

napięcia do obudowy. Jest to informacja o wzroście poziomu rezystancji, w jednej bądź

wielu komorach akumulatora wysokowoltowego. Taki błąd w sposób bezpośredni określa

usterkę wysokowoltowego akumulatora. Umożliwia postawienie diagnozy, czy bateria

została uszkodzona np. podczas kolizji pojazdu.

P3011 do P3029 - usterka blok baterii.

Akumulator wysokowoltowy składa się z 38 modułów  fizycznych, każdy zawiera 6 komórek.  Dla celów  samo diagnozy baterii sterownik zarządzający energią stale

monitoruje stan akumulatora w 19 blokach pomiarowych. Kody błędów przewidziane

w systemie dla powyższych bloków zawierają się w zakresie od DTC P3011 do P3029.

Jedną z dość  często powtarzających się usterek pojazdów pełno hybrydowych jest

przepalenie uzwojenia trójfazowego silnika elektrycznego MG1 (rys.3) wynikające

z uszkodzenia układu chłodzenia i przekroczenia temperatury.

Rys. 3. Widok uszkodzenia uzwojenia silnika MG1.

Uszkodzenie tego typu niestety nie będzie jednoznacznie zidentyfikowane podczas

diagnostyki szeregowej,  ponieważ system odnotuje w pierwszej kolejności uszkodzenie

układu chłodzenia. Taka awaria wymaga diagnostyki punktowej oraz ingerencji mechanicznej w układ, a tu instrukcje producenta są jednoznaczne, i niedopuszczalne jest

poddawanie komponentów układu wysokiego napięcia regeneracji. W pojazdach

wyposażonych w technologię  Full Hybrid częstą jest także usterka układu klimatyzacji.

Wynika ona z błędnej obsługi układu nieuwzględniającej, iż w pojazdach tych stosuje się

elektryczne sprężarki wysokonapięciowe, które nie są zależne od pracy silnika

spalinowego. Taka koncepcja napędu umożliwia zachowanie wysokiego komfortu

w pojedzie poprzez utrzymanie działania klimatyzacji bez względu na pracę silnika

spalinowego. Klimatyzacja postojowa jest możliwa wyłącznie w zależności od dostępnej

mocy akumulatora. Obecnie stosowane sprężarki wysokonapięciowe są sterowane przez

odpowiednią adaptację prędkości obrotowej w krokach co 50 obr/min.  Można w ten

sposób zrezygnować z systemowej regulacji mocy. W przeciwieństwie do stosowanego

z reguły w przypadku sprężarek napędzanych od silnika spalinowego układu tłokowego,

w kompresorze zastosowano ślimakowy zespół sprężania. Nowe rozwiązanie to kompresor Denso ES27C napędzany trójfazowym silnikiem indukcyjnym zasilanym napięciem 288V z przetwornicą umożliwiającą pracę sprężarki na zasilaniu z baterii pokładowych. Dlatego też       olej stosowany w kompresorach elektrycznych to ND-OIL 11, nie mający nic wspólnego z obecnymi olejami do klimatyzacji. Olej ten posiada właściwości dielektryczne i pozwala na pracę uzwojenia silnika kompresora w otoczeniu czynnika chłodniczego, który przez niego przepływa. Toyota i Lexus ostrzegają nie tylko przed stosowaniem innych olejów, ale i zwracają uwagę na przestrzeganie odpowiedniej ilości oleju w układzie, którego nadmierna ilość może uszkodzić układ. Informacje tych

producentów wskazują, że nawet 1% oleju innego niż ND-OIL11 podany do układu może

prowadzić do uszkodzenia  kompresora (rys.4). Używanie innych smarów może spowodować naruszenie izolacji elektrycznej. Niewłaściwy olej może przyczynić się również do powstania wyładowań elektrycznych i łuków przelotowych uszkadzając izolację

wysokiego napięcia. Wyładowanie elektryczne w układzie HV powoduje, iż system

wyłącza się ze względów bezpieczeństwa, a pojazd zatrzymuje się.

Rys. 4. Widok kompresora Toyota Prius II generacja (A) oraz tabliczka znamionowa z informacja o rodzaju czynnika chłodniczego oraz rodzaju oleju (B).

BADANIA TECHNICZNE POJAZDÓW Z NAPĘDEM HYBRYDOWYM- METODY BADAŃ

   Rys.5 Widok przeprowadzania badań technicznych pojazdu z napędem hybrydowym.      

Podczas badania technicznego samochodu z napędem hybrydowym należy zwrócić uwagę na wymagania postawione przy  homologacji , instrukcje serwisowe producenta oraz doświadczenie diagnosty . Należy pamiętać o tym że każdy producent zastosował inne dla siebie rozwiązanie co pociąga za sobą zróżnicowane podejście do każdej marki ( głownie typ napędu ) .

Najistotniejszym problemem są rozwiązania związane z wysokim napięciem i obostrzeniami wokół niego w skład których wchodzą prawidłowe oznaczenia z informacjami o wysokim napięciu . Bardzo istotna sprawa jest kontrola stanu przewodów oraz kontrola systemu samodiagnozy .

       Można wymienić pięć głównych czynności przy badaniu pojazdów z napędem hybrydowym .

1. Identyfikacja

Sprawdzenie ogólne oznakowania pojazdu oraz tabliczek ostrzegawczych , jako pomoc mogą posłużyć :

- emblemat z napisem HYBRID

- pomarańczowe przewody elektryczne po maską

- informacje o wysokim napięciu pod maską

- dodatkowe wyposażenie ( baterie ) w bagażniku

Przewody wysokiego napięcia oraz wszystkie podzespoły podłączone do nich powinny mieć charakterystyczne oznaczenie czarnej błyskawicy na żółtym tle , ich brak można uznać za małą usterkę .

2. Ocena napędu elektrycznego

Badaniu podlega cały system okablowania wysokiego napięcia oraz złączy . Złącza powinny być nie uszkodzone a stan izolacji nie naganny . Wszystkie przewody wysokiego napięcia muszą mieć kolor pomarańczowy . Jeżeli w/w elementy budzą naszą wątpliwość należy wycofać pojazd z dalszego użytku .

3. Ocena za pomocą złącza EOBD.

Należy skontrolować samochód testerem diagnostycznym na występowanie błędów oraz wykonanie autodiagnostyki . Wszystkie usterki od napędu elektrycznego nie powodującego jego odcięcia - wyłączenia powinny być uznane jako istotne .

4. Ocena komponentów napędu hybrydowego .

Należy sprawdzić ogólny stan falownika , silnika elektrycznego , baterii oraz układu chłodzenia czy nie ma śladów mechanicznych uszkodzeń i ognisk korozji .

Bardzo ważnym punktem jest kontrola układu chłodzenia baterii , wszystkie przewody wentylacyjne powinny być drożne i nic nie powinno utrudniać wymiany powietrza .

Sam falownik może być chłodzony cieczą należy sprawdzić stan płynu w zbiorniczku oraz kontrola ewentualnych wycieków . Układ ten jest nie zależny od chłodzenia silnika spalinowego . Mogą posiadać wspólną chłodnicę .

5. Badanie systemu w ruchu.

Kontrola ta daje nam informację na temat jak cały system ze sobą współpracuje , przejście z napędu na napęd , odzyskiwanie energii podczas hamowania .

Bardzo pomocne mogą być wyświetlacze zamontowane w każdym z pojazdów które informują nas o aktualnym  stanie napędu hybrydowego.