Veículos Híbridos da linha Toyota: funcionamento e verificação de falhas de isolamento

Fala amigo reparador, você está preparado para receber veículos híbridos e elétricos na sua oficina? (Figura 1).
Vamos mostrar ainda os principais componentes deste sistema, como a bateria de alta tensão, conversor/inversor, módulo de potência e os motores MG1 e MG2, que equipam esses veículos.

INTRODUÇÃO

Vamos começar explicando aqui os principais componentes que compõem o veículo híbrido, iniciando com a bateria de baixa tensão, 12V, que alimenta os módulos de controle. 

Temos também a bateria de alta tensão que vai alimentar os motores MG1 e MG2, motor MG1 que vai ser o motor de partida e gerador, motor MG2 que vai ser além de gerador motor de tração.

Além disso, temos o ECM que vai comandar toda a parte de gerenciamento eletrônico do motor térmico.

Nesse sistema temos ainda o módulo de controle híbrido, que vai controlar toda a parte de potência, ou seja, o inversor e conversor.

Não podemos esquecer dos cabos de alta tensão, que vão transmitir a energia da bateria de alta tensão para o conjunto inversor/conversor.

Como se trata de um veículo híbrido temos o motor de combustão interna, que nessa aplicação trabalha com compressão variável. E por fim, temos o conjunto inversor/conversor, que eu vou explicar no decorrer da matéria, e o compressor do sistema de climatização e gestão térmica, que trabalha com alta tensão. 

A figura 2 mostra a disposição desses componentes no veículo.

Vamos mostrar através da literatura técnica todos os esquemas elétricos e os procedimentos de segurança em relação à desconexão da bateria de alta tensão. 

Para que o veículo funcione de forma correta teremos distribuídos pelo veículo uma série de módulos de controle, conforme mostra a (Figura 3).

Dentre os principais módulos temos o de gerenciamento da bateria, motor e injetores, tração elétrica (incluindo motor elétrico, acoplamento e eletrônica de potência) câmbio e sistema de freios (incluindo frenagem regenerativa).

Esses módulos irão receber as informações de sensores e controlar os atuadores, compartilhando as informações entre si através do barramento CAN.

Componentes do sistema e dinâmica de funcionamento

Vamos entender agora a dinâmica de funcionamento utilizando a bateria, todo o conjunto módulo conversor/inversor e conversor DC-DC e a transmissão com os dois motores MG1 e MG2, dois motores trifásicos que vão receber todo o controle do módulo (Figura 4).

Na bateria, nós temos aqui 28 módulos, cada um com 7.2V, totalizando 201.6V, alimentando com corrente contínua, (Figura 5).

O inversor vai receber a energia contínua da bateria e vai transformar em alternada. 

Antes disso, antes de chegar nos motores, através do conversor, vai ter um aumento dessa tensão, um BOOST, para alimentar com até 650V os dois motores trifásicos, lembrando que um dos motores, MG1, vai ser motor de partida e alternador, o MG2, motor de tração e também vai ser gerador na regeneração na hora da frenagem, essa energia alternada irá para o inversor e será transformada em contínua para alimentar e carregar a bateria de alta. 

A bateria de alta, por sua vez, também vai ter um trabalho muito importante que é alimentar a bateria de baixa através do conversor DC-DC,  sai 14V e alimenta a bateria de baixa, que é responsável pelos módulos de controle, figura 6.

Então, toda essa dinâmica vai ocorrer aqui, entre os motores lá na transmissão, conversor, inversor e conversor DC-DC, tudo controlado pelo módulo, e a bateria de alta, como mostra a figura 7.

Protocolo de Segurança

No Manual Elétricos & CIA, veículos elétricos e híbridos, o primeiro capítulo é referente aos protocolos de segurança, em que cada veículo vai ter um procedimento específico, figura 8.

No veículo Toyota PRIUS, vamos começar aqui com o protocolo de segurança, ou seja, todas as instruções, o passo a passo para você trabalhar com segurança.

O principal componente do sistema de segurança é o conector de desconexão, alguns chamam de Interlock, nós temos aqui o formato para esse veículo e a localização.

No caso desse veículo o acesso é pelo porta-malas, tem todo o passo a passo para você desligar a linha de baixa pra depois a linha de alta tensão, conforme mostra a figura 9.

Nesse manual também há a sequência de destravamento dessa chave de desconexão. Todos os cuidados, as imagens pra você fazer um procedimento correto e com segurança, utilizando os EPIs corretos e fazer um serviço de qualidade tendo informação técnica na sua mão, são exibidas na figura 10.

Lógica de verificação 

Utilizando o manual técnico dedicado a esses veículos, vamos ver aqui todo o circuito de controle de isolamento.

Tudo começa com a bateria de alta tensão. 

Lembrando que os fios laranja correspondem à alta tensão.

Todos os relés são controlados pelo módulo de controle do sistema híbrido, como demonstra a figura 11.

Como é que é a lógica de funcionamento? 

O relé negativo vai ser armado, vai começar a conduzir, figura 12.

Na sequência, o relé de pré-carga, que está ligado a um resistor fixo, com valor determinado pelo fabricante, irá determinar o fluxo de energia por todo o sistema para verificar fugas de isolamento, figura 13.

Então através do sensor de corrente vai monitorar o fluxo de energia. Figura 14.

Caso identifique que o valor da corrente está fora dos valores pré determinados pelo fabricante é sinal que existe fuga de isolamento, desta forma, não irá armar o relé positivo e na sequência desarma o relé negativo, bem como de pré-carga, caso o sistema esteja em perfeito funcionamento após o primeiro monitoramento mantém-se o relé negativo armado e arma-se o relé positivo para que a energia da bateria de alta chegue até inversor e conversor. A figura 15 apresenta esquematicamente o circuito de verificação de perda de isolamento.

Até a próxima!!!