Cách điện và cân bằng điện áp trên xe điện áp cao

Mục lục:

An toàn với xe điện áp cao
Dây dẫn điện áp cao
Giắc cắm sửa chữa/bảo dưỡng
Lỗi dây cách điện
Lỗi dây cân bằng điện áp

An toàn với xe điện áp cao

Làm việc ở xe có điện áp cao chỉ được thực hiện bởi những người có trình độ chuyên môn thích hợp.

Bảng dưới mô tả các trình độ chuyên môn theo thông tin của hiệp hội nghề nghiệp (BGI) 8686. Bảng này cũng quy định công việc cụ thể chỉ được thực hiện bởi người có trình độ chuyên môn tương ứng.

Trong các xưởng sửa chữa, chỉ các xe có thiết kế “an toàn nội tại ở điện áp cao” mới được phép sửa chữa.

Cấp độ thợ chuyên môn sửa xe điện	Mô tả thẩm quyền
Cấp 0: Không có chuyên môn về kỹ thuật xe điện	– Cấm làm việc hoặc có mặt trong khu vực ngăn cách xe điện với phần còn lại của xưởng
Cấp 1: Người được chỉ dẫn về kỹ thuật xe điện	– Tất cả các công việc sửa chữa có thể thực hiện được mà không cần kích hoạt hệ thống điện cao áp – Làm việc trên hệ thống điện áp cao mà không có điện áp (đã được tắt) – Điều kiện: Kích hoạt điện và có hướng dẫn của người có kỹ năng cho các công việc trên xe điện áp cao
Cấp 2: Chuyên gia để làm việc trên xe có điện áp cao	– Cắt điện và đưa vào vận hành các xe thực sự an toàn ở điện áp cao (xe không tai nạn) – Thực hiện các hướng dẫn cho người không có chuyên môn về điện áp (cấp 0) thành người được chỉ dẫn về kỹ thuật xe điện (cấp 1)
Cấp 3: Thợ điện ô tô	– Làm việc tại xe có điện áp cao trong việc phát triển và sản xuất – Làm việc gần các bộ phận có điện áp có thể tiếp xúc được – Thực hiện các phép đo trên hệ thống điện áp cao đang hoạt động – Thực hiện việc đào tạo cho những người cso kỹ năng để làm việc trên xe điện áp cao
Bổ sung: Làm việc ở hệ thống có điện áp/xe chưa ngắt điện hoặc trực tiếp trên pin cao áp (chuyên môn bổ sung cho thợ điên ô tô Cấp 3)	– Làm việc ở các bộ phận dẫn điện ở hệ thống điện áp cao, ví dụ mở pin cao áp

Yêu cầu trình độ chuyên môn để làm việc trên xe có điện áp cao

Xe có thiết kế an toàn nội tại ở điện áp cao.

Ở các xe này thông qua các biện pháp kỹ thuật, việc bảo vệ hoàn toàn chống đụng chạm và chống phát hồ quang đối với hệ thống điện áp cao được bảo đảm.

Để bảo vệ chống rò điện ra vỏ, hệ thống điện áp cao trong xe “an toàn nội tại ở điện áp cao” được thiết kế dưới dạng một mạng “cách điện với dây đất” (Isolated Terra)

Điện áp cao

Điện áp cao được hiểu là điện áp xoay chiều trên 25V (AC) và điện áp một chiều trên 60V (DC) trong phạm vi xe. Hệ thống điện cao áp rất thường được sử dụng cho xe truyền động hybrid và xe sử dụng công nghệ pin nhiên liệu cũng như xe điện.

Mạng cách điện với dây đất (IT = Isolated Terra). Khác với mạch điện 12 V trong xe, không những dây dương mà ngay cả dây âm của hệ thống này cũng được cách điện với thân vỏ xe.

Cấu tạo mạng IT: Một mạng IT trong xe bao gồm chủ yếu các thành phần sau đây:

Ắc quy điện áp cao
Cầu chì linh kiện điện tử công suất
Máy điện cảm ứng
Máy nén của hệ thống điều hòa không khí (A/C)
Dây dẫn điện áp cao được bảo vệ
Dây dẫn cân bằng điện áp

Cấu tạo mạng IT (Isolation Terra) trên xe điện áp cao

Dây dẫn điện áp cao

Các đường dây dẫn điện áp cao được đánh dấu bằng dấu hiệu màu cam và do đó có thể được nhận biết rõ ràng.

Chúng có một vòng chắn kim loại để nối mass khi có lỗi cách điện. Các giắc cắm kết nối được mã hóa cơ học (Hình dưới). Như thế tránh được nhầm lẫn khi cắm. Ngoài ra, các đầu nối của các bộ phận được đảm bảo chống va chạm bằng nắp nhựa.

Nhờ đường dây an toàn (đường dây kiểm tra: Interlock Loop) nên việc mất kết nối của một trong các giắc cắm đường dẫn, giắc cắm bảo dưỡng/giắc cắm dịch vụ hay giắc cắm an toàn sẽ được phát hiện. Sau đó hệ thống điện áp cao được lập tức bị ngắt.

Đường dây an toàn (Interlock Loop) là một đường chạy qua tất cả các bộ phận điện áp cao. Một bộ điều khiển của các bộ phận điện áp cao phóng vào đường dây này một điện áp (thường là 12 V, điện áp thân xe). Một bộ điều khiển khác (thường là bộ điều khiển pin cao áp) giám sát cường độ dòng điện trên đường dây an toàn này.

Nếu dòng điện trên đường dây an toàn bị ngắt, bộ điều khiển sẽ nhận biết. Lúc đó bộ điều khiểnpin sẽ mở công tắc công suất bên trong và hệ thống điện áp cao được tắt.

Hệ thống đường dây an toàn (Interlock Loop) với giắc sửa chữa/bảo dưỡng

Giắc cắm sửa chữa/bảo dưỡng

Giắc cắm bảo dưỡng (giắc cắm dịch vụ) cho phép cắt điện an toàn cho hệ thống điện áp cao.

Thường được lắp đặt ở vị trí dễ tiếp cận, thường là trực tiếp bên cạnh pin cao áp. Giắc cắm này được đánh dấu màu cam. Việc mở khóa được thực hiện trong hai bước:

Bước 1: là tách đường dẫn an toàn (Interlock Loop). Qua đó các công tắc công suất trong pin cao áp được mở ra. Sau đó ngắt điện hệ thống điện áp cao. Điều này giúp tránh được việc phóng hồ quang điện khi tách dây dẫn điện áp cao hoặc tách rời các đơn vị của pin.

Bước 2: Giắc cắm bảo dưỡng có thể được rút ra. Hoặc là tách đường dẫn điện áp cao.

Ngoài ra, trong giắc cắm bảo dưỡng có thể cài đặt cầu chì chính của hệ thống điện áp cao.

Giắc cắm sửa chữa/bảo dưỡng với việc tách rời 2 bộ pin cao áp

Các thiết bị bảo vệ khác trong xe điện áp cao là:

Hệ thống làm mát để duy trì giới hạn nhiệt độ của pin
Phần tử chuyển mạch để xả điện trong bộ tụ của điện áp cao (Bộ điện tử công suất) sau khi rút giắc cắm bảo dưỡng
Bộ biến áp DC/DC (điện áp cao/điện 12 V) cách ly điện trong bộ điện tử công suất
Cắt hệ thống điện áp cao khi có tai nạn thông qua bộ điều khiển túi khí

Lỗi dây cách điện

Chạm điện giữa cực dương và vỏ bộ phận hoặc vỏ bọc của dây dẫn (Hình dưới, F1): Với lỗi này, điện thế dương được dẫn vào hộp vỏ của bộ phận. Thông qua dây dẫn cân bằng điện áp, điện thế dương được đặt thêm vào sườn xe và hộp vỏ của các bộ phận khác. Điện thế dương có thể chạm vào được. Nguy cơ bị điện giật không có, bởi vì vẫn thiếu điện âm để đóng mạch.

Chạm điện giữa cực âm và vỏ của bộ phận hoặc vỏ bọc của dây dẫn (Hình dưới, F2): Lỗi này có hậu quả tương tự như lỗi 1 nhưng có điện thế âm. Ở đây cũng không có nguy cơ bị điện giật, vì điện dương vẫn còn bị cô lập, không có mạch kín để gây giật điện.

Chạm điện tử cực dương và cực âm với các bộ phận khác nhau (Hình dưới, F3): Lỗi 1 và lỗi 2 xảy ra cùng một lúc tại hai bộ phận khác nhau, điện thế dương và điện thế âm được nối ngắn mạch với nhau thông qua dây dẫn cân bằng điện áp. Một dòng điện rất lớn chạy qua làm cháy cầu chì. Hệ thống không có điện áp. Nguy cơ điện giật không có.

Hệ quả của lỗi cách điện trong mạng IT (Isolation Terra)

Chạm điện từ cực dương và cực âm với các bộ phận khác nhau và hư hỏng ở dây dẫn cân bằng điện áp (Hình dưới): Nếu bên cạnh việc mạch bị chạm có thêm một trong các đường dây dẫn cân bằng điện áp bị hư thì ở một trong các hộp vỏ của các bộ phận và ở thân vỏ xe chịu nhiều điện áp khác nhau. Cùng một lúc chạm vào các vị trí này sẽ bị điện giật.

2 lỗi cách điện và dây dẫn cân bằng điện áp hư hỏng

Đo điện trở cách điện

Trước khi đo điện trở cách điện, điện trong hệ thống điện áp cao phải được cắt và bảo đảm không để bật lên một lần nữa!

Các bước để đo điện trở cách điện:

Kiểm tra các bộ điều hợp đo: Để đảm bảo an toàn, trước khi đo trên xe phải kiểm tra cách điện và thử điện trở của chính thiết bị đo theo hướng dẫn của hãng sản xuất.
Tháo dây dẫn điện áp cao khỏi pin cao áp: Như vậy pin cao áp sẽ được tách ra khỏi hệ thống điện và bị loại ra khỏi danh sách kiểm tra cách điện của các thiết bị khác
Kết nối đầu đo vào dây dương của điện áp cao (Hình dưới, điểm 1): Lần đo đầu tiên của điện trở cách điện được thực hiện ở phía cực dương của hệ thống điện áp cao.
Nối thiết bị kiểm tra cách điện và thực hiện việc đo: Trong khi đo, phạm vi đo (lên đến 1.000 V) phải được điều chỉnh ở máy đo điện áp cao theo quy định của hãng sản xuất.

Các dây dẫn điện áp cao và các bộ phận điện áp cao trong phép đo này hoạt động như điện trở-tụ điện. Điều này có nghĩa là dòng điện đo được cao hơn sẽ chạy qua cho đến khi nạp đầy các điện trở-tụ điện này trong cả hệ thống. Vì vậy, thời gian đo theo quy định của hãng sản xuất (thường là 5 giây) phải được giữ đúng và sau đó đọc trị số đo.

Đánh giá kết quả đo: Trị số tối thiểu của điện trở cách điện theo quy định của hãng sản xuất (thí dụ 5M) phải đạt được.
Chẩn đoán lỗi: Nếu trị số tối thiểu không đạt được, việc khoanh vùng lỗi được thực hiện bằng cách đo bổ sung điện trở cách điện tại một số điểm trong hệ thống điện áp cao theo hướng dẫn của hãng sản xuất (Hình dưới, điểm 2-5). Bộ phận bị lỗi được phát hiện qua phương pháp loại trừ.
Đo ở cực âm của hệ thống điện áp cao: Để làm việc này, bộ điều hợp đo được nối với dây cực âm của hệ thống điện áp cao và lặp lại phép đo.
Sửa chữa khi có lỗi cách điện: Không thể sửa chữa hư hỏng của bộ phận điện áp cao hay dây dẫn điện áp cao. Chúng phải được thay thế.

Lỗi dây cân bằng điện áp

Trước khi đưa xe có điện áp cao vào vận hành, chức năng của các dây dẫn cân bằng điện áp phải được bảo đảm. Quy định của hãng sản xuất phải được tuân thủ.

Cách tiến hành kiểm tra lỗi dây cân bằng điện áp:

Kiểm tra bằng mắt sự hư hại của dây dẫn và các khoen nối
Kiểm tra bằng mắt sự ăn mòn các ốc vít
Kiểm tra mô-men xoắn siết chặt Đo điện trở chuyển tiếp

Để xác định điện trở chuyển tiếp, người ta đo sự sụt giảm điện áp tại các đường dây dẫn cân bằng điện áp và tại các ốc vít ở thân vỏ xe. Để đạt mục đích này, phải có một dòng điện cao (cường độ cao) chạy trong các đường dẫn. Vì vậy, phải sử dụng thiết bị đo đặc biệt với 4 đường dẫn đo điện trở cho phép đo này.

Ví dụ về sai lệch giữa 2 phương pháp đo:

Phương pháp đo theo nguyên tắc 2 dây thông thường: Đồng hồ đo phóng ra dòng điện I = 0,37A tại vị trí cần đo. Điện áp U đo được bên trong đồng hồ là 0,142V. Đồng hồ đo tự tính ra điện trở bằng công thức: R = U/I = 0.142/0.37= 0.383 Ohm

Phương pháp đo vi điện trở (mili-ohm) theo nguyên tắc 4 dây: Đồng hồ đo vi điện trở phóng ra một đòng điện cố định I = 1A qua 2 điểm tiếp xúc S+ và S- (hình dưới). Dùng 2 dây đo còn lại, đo hiệu điện thế U trực tiếp tại thiết bị cần đo, ra kết quả đo được U = 0,047V. Đồng hồ tự động tính R để cho ra kết quả R = 0.047 / 1 = 0,047 Ohm

So sánh 2 phương pháp: Do dòng điện kiểm tra được phóng ra từ đồng hồ đo thông thường (loại 2 dây) nhỏ hơn nhiều nên kết qua đo vi điện trở sai lệch tới R = 0.383 – 0.047 = 0.336 Ohm.