16.1     Caracteristici generale a convertorului de curent continuu (DC) – curent continuu (DC)

Bateria principală a automobilelor hibride și electrice, cunoscută și sub numele de baterie de înaltă tensiune (HV), funcționează la o tensiune mult mai mare (de obicei între 200 și 600 volți). Multe dintre componentele electronice și electrice ale automobilelor, cum ar fi sistemele de iluminat, radio, încuietorile ușilor și motoarele electrice pentru geamuri, necesită o tensiune mult mai mică, de obicei 12 sau 14 volți. Convertorul DC-DC reduce tensiunea de la baterie la nivelurile necesare pentru aceste componente. 

Convertorul DC-DC necesită funcțiile unui invertor pentru a reduce tensiunea la 14 V. De aceea, în multe automobile hibride, convertorul este montat în corpul invertorului (Figura 16.2) și este denumit „unitatea de putere”. Această integrare optimizează spațiul și eficiența sistemului electric al vehiculului, facilitând gestionarea tensiunilor multiple necesare pentru diferitele componente ale vehiculului. Convertorul poate fi identificat prin intermediul cablurilor de înaltă tensiune și a autocolantele de avertizare de pe el.

Figura 16.2 Amplasare convertorului în unitatea de putere la automobilele Toyota

16.2    Construcția și principiul de funcționare a convertorului

ECU-ul sistemului HV activează tranzistoarele T1 și T4 (Figura 16.4). Tranzistorul T1 conectează astfel pozitivul bateriei HV la partea inferioară a bobinei primare. Curentul părăsește partea superioară a bobinei și se întoarce la negativul bateriei HV prin tranzistorul T4. Curentul primar creează un câmp magnetic în transformator, care induce o tensiune în bobina secundară. Câmpul magnetic generat și, prin urmare, tensiunea sunt mai mici în bobina secundară decât în bobina primară. Bateria auxiliară și condensatorul sunt încărcate cu o tensiune DC de aproximativ 14,4 volți.

Transformatorul funcționează numai cu tensiuni alternative. Deoarece bateriile furnizează doar o tensiune continuă, un câmp magnetic variabil este creat prin pornirea și oprirea tranzistorilor.

Din acest motiv, tranzistoarele T1 și T4 se opresc, iar imediat după aceea T2 și T3 se pornesc (Figura 16.5). Curentul din bobina primară curge acum în direcția opusă (de jos în sus). Ca urmare, în transformator se generează un câmp magnetic opus, ceea ce produce o tensiune opusă în bobina secundară. În această situație, tensiunea de încărcare a bateriei și a condensatorului rămâne în jur de 14,4 volți.

În realitate, tensiunea la ieșirea din redresor prezintă unele ondulații reziduale care pot produce efecte nedorite.

O bobină nu opune aproape nici o rezistență la tensiunea continuă, dar blochează interferențele datorită variațiilor mari de tensiune.

După ce tensiunea este filtrată, aceasta trebuie să fie netezită. Acest lucru se realizează folosind unui sau mai multe condensatoare.

Invertorul

Invertorul are rolul de a inversa sau a transforma o tensiune continuă DC într-o tensiune alternativă AC. Tensiunea de curent alternativ AC este necesară, deoarece transformatorul funcţionează numai pe tensiune de curent alternativ AC.

Acest lucru se realizează prin comutarea a patru tranzistoare la momentul potrivit.

Prin modularea PWM a semnalului, tensiunea poate avea o formă asemănătoare cu o tensiune sinusoidală AC.

Ridicătorul tensiune

Transformatorul de izolare are două funcţii:

1. De a coborâ tensiunea.

2. De a izola galvanic cele două sisteme.

Tensiunea trebuie să fie coborâtă astfel încât redresorul să poată redresa tensiunea.

Bobina de intrare se numeşte bobina primară; bobina de ieşire se numeşte bobina secundară.

Pentru a creşte securitatea, tensiunea HV este izolată de circuitul sistemului de 12 V; aceasta este cunoscută sub denumirea de izolare galvanică între aceste sisteme.

Izolarea galvanică înseamnă că nu există nici o legătură electrică între cele două sisteme; transformatorul asigură practic această izolare.

Redresorul

Circuitul de bord de 12 V are nevoie de o tensiune continuă. De aceea, tensiunea de curent alternativ provenită de la transformator trebuie redresată.

în acest circuit, redresarea se realizează cu două diode. Acesta se numeşte redresor central.

Transformatorul are o conecţie centrală, folosită pentru masa circuitului. Bobinele sunt utilizate alternativ.

Filtrul şi netezirea tensiunii

In realitate, tensiunea la ieşirea din redresor prezintă unele ondulaţii încă prezente care produc efecte nedorite.

Frecvenţele mari de comutare ale tranzistorului provoacă interferenţe în bobine. Aceaste interferenţe pot fi îndepărtate folosind un filtru.

O bobină nu are aproape nici o rezistenţă la tensiunea continuă, dar blochează interferenţa, deoarece vine cu modificări mari de tensiune.

După ce tensiunea este filtrată, aceasta trebuie să fie netezită puţin. Aceasta se face folosind unul sau mai multe condensatoare.

Reglarea tensiunii

Este foarte important ca circuitul sistemului de 12 V şi bateria de acumulatoare să fie alimentat(ă) cu tensiunea corectă.

Tensiunea corectă de încărcare a bateriei este de aproximativ 14 V. Această tensiune este controlată de convertorul DC/DC care furnizează această tensiune.

Fluctuaţia tensiunii este determinată prin compararea tensiunii de ieşire cu o tensiune de referinţă.

Tensiunea necesară/dorită se realizează prin reglarea modulării PWM.

16.3     Operații de diagnosticare și mentenanță a convertorului

Deoarece convertorul DC-DC alimentează consumatorii de 12 V și bateria auxiliară (Figura 16.6), pentru a verifica funcționarea convertorului, se poate măsura curentul și tensiunea.

Figura 16.6 Schema generală de interconexiune a convertorului cu consumatorii de 12 V

1 - Rețeaua de 12V; 2 - Motorul electric; 3 - Convertorul DC/DC; 4 - Invertorul; 5 - Baterii HV; 6 - Consumatorii de 12 V. Bateria auxiliară

Tabelul 16.1 Parametrii bateriei de 12 volți ce permit verificarea funcționării convertorului

ECU-ul de control al unității de putere utilizează linia de semnal pentru a transmite comenzi de oprire către convertorul automobilului hibrid și pentru a primi semnale care indică starea normală sau anormală a sistemului de încărcare de 12 V. Dacă vehiculul este condus cu un convertor de automobil hibrid nefuncțional, tensiunea bateriei auxiliare va scădea, ceea ce va împiedica funcționarea continuă a automobilului. Prin urmare, ECU-ul de control al unității de putere monitorizează funcționarea convertorului și avertizează conducătorul în cazul detectării unei defecțiuni.

Conectarea unui tester de diagnosticare la portul OBD-II al automobilului pentru a citi eventualele coduri de eroare legate de sistemul de alimentare este cea mai eficientă metodă de a determina zona cu problema. Aceasta permite identificarea rapidă și precisă a oricăror defecțiuni sau anomalii în sistemul de alimentare, facilitând astfel diagnosticarea și remedierea rapidă a problemelor.

Dacă cablurile sunt desfăcute sau conectori slăbiți a convertorul, atunci trebuie de verificat tensiunea de ieșire a convertorului. Aceasta ar trebui să fie stabilă și să corespundă specificațiilor (de obicei 14,4 volți pentru sistemele de 12 volți).

La Toyota, tensiunea de 12 V inițial trece prin blocul cu siguranțe și relee. Prin urmare, tensiunea poate fi verificată la acest punct (Figura 16.7).

Figura 16.7 Zona de conectare a conectorului de 12 V de la Convertorul automobilului Toyota

Mentenanța:

1.  Curățarea componentelor: Îndepărtați praful și murdăria acumulată pe și în jurul convertorului pentru a preveni supraîncălzirea și pentru a asigura o ventilație corespunzătoare.

2.  Verificarea și strângerea conexiunilor: Asigurați-vă că toate conexiunile electrice sunt bine strânse și nu prezintă semne de coroziune.

3.  Testarea protecțiilor la supratensiune și supracurent: Verificați funcționalitatea protecțiilor integrate pentru a asigura că acestea pot proteja convertorul în cazul unor condiții anormale de operare.

4.  Verificarea sistemului de răcire: Asigurați-vă că sistemul de răcire al convertorului funcționează corect. Verificați nivelul lichidului de răcire și inspectați radiatorul și pompele pentru a preveni supraîncălzirea.

Înlocuirea componentelor uzate: Înlocuiți orice componente care prezintă semne de uzură sau deteriorare pentru a preveni defecțiuni majore.

Prin efectuarea regulată a acestor operații de diagnosticare și mentenanță, se poate asigura funcționarea fiabilă și eficientă a convertorului DC-DC, prelungind astfel durata de viață a acestuia și a vehiculului în ansamblu.

Întrebări de autoevaluare

1.    Care este destinația Convertorul curent continuu (DC) – curent continuu (DC)?

2.    Unde este localizat de obicei convertorul (DC) într-un vehicul electric sau hibrid?

3.    Cum poate fi identificat convertorul într-un automobil hibrid sau electric?

4.    Care sunt principalele componente ale unui Convertor (DC) pentru automobilele electrice sau hibride?

5.    Ce rol au convertorul DC/AC (invertorul)?

6.    Ce funcție îndeplinește transformatorul într-un convertor?

7.    De ce sunt folosite convertorul AC/DC (redresorul)?

8.    Cum funcționează convertor (DC)?

9.    Care este modul de verificare a convertorului (DC) la bateria auxiliară?

10. Cum influențează o eventuală defecțiune a convertorului DC-DC tensiunea bateriei auxiliare și funcționarea continuă a automobilului?

11. Ce tensiune ar trebui să aibă ieșirea convertorului DC-DC pentru a fi considerată stabilă și conformă specificațiilor?

12. Ce lucrări de mentenanță trebuie de realizat pentru a menține funcționarea optimă a convertor (DC)?