Tema 18-2 TRACCIÓN Hybrid. Batería de tracción.





1. Localización.

La batería está situada en el maletero del vehículo.

 

2. Composición.

La batería de tracción se compone de 168 celdas (tensión nominal: 1,2 V cada una) conectadas en serie que permiten obtener una tensión comprendida entre 151 y 269 V. La batería es de tipo: Ni-MH (del inglés níkel - metal hybride o nickel metal hydrure)

Esta tecnología con frecuencia se utiliza en los acumuladores (pilas recargables).

Utiliza el Hidro metálico (compuesto que permite un almacenamiento del hidrógeno) y del hidróxido de níquel como electrodos.

La ventaja, en materia medioambiental, de las baterías de acumuladores Ni-MH es la ausencia de cadmio y de plomo, dos materiales muy contaminantes. Además, poseen mejores prestaciones y el efecto memoria no es muy acusado en este tipo de batería.

La batería pesa 50 Kg. Atención si la batería está descargada todavía tiene 150V.

2.1. IHM (Interfaz Hombre Máquina)

IHM (Interfaz Hombre Máquina)

El nivel de carga de batería es indicado por 8 barras horizontales o verticales.

Se visualiza en:
La matriz del combinado (monocromo / color).
La pantalla multifunciones (sólo con navegador).

Estado de carga de la batería tracción.

 

Como medida de precaución no se utiliza la totalidad de la carga real de la batería. Se desea evitar el riesgo de sobrecarga o sobredescarga de la batería de tracción (reacciones químicas).

2.2. Componentes de la batería: pack batería

Componentes de la batería: pack batería.

La batería de tracción permite almacenar la energía eléctrica necesaria para alimentar la máquina eléctrica de tracción, el alternador reversible y la red de servicio a través del convertidor CC/CC (calculador de control Híbrido).

Características de la batería
Tensión: 151 - 269 V.
Potencia: 31 kW.
Capacidad: 5,5 Ah.
Peso: 50 kg.

Duración de la vida de las baterías.

La duración de la vida de la batería es igual a la duración de la vida del vehículo.

Para garantizar la duración de la vida útil, un calculador supervisa permanentemente la temperatura y la tensión de la batería de tracción, lo que permite una duración al menos igual a 10 años, sin pérdida notable de prestaciones.

2.2.1. Componentes de la batería: mando / calculador

Componentes de la batería: mando / calculador

En el conjunto mando / calculador de batería de tracción encontramos:
La base del corta-circuito.
La base del conector de 2 vías alta tensión.
La base del conector 14 vías negro.
El calculador.
La caja de unión.
La base del conector 2 vías alta tensión es de tipo IP2X.

Por lo tanto, está protegida contra la introducción de cuerpos mayores de 12 mm. Esto  quiere decir que no se pueden tocar las partes metálicas bajo tensión con los dedos.

Asignación de las vías del conector.

 

Componentes de la batería: mando / calculador 2

La conexión entre el conjunto calculador / batería de tracción y el calculador de control Híbrido es multiplexada. Se trata de una red CAN HYBRIDE (500 kbits/s).

Función del calculador de batería de tracción:
Controlar el estado de carga de la batería (SOC: State Of Charge).
Controlar el estado de prestación de los módulos (SOH State Of Health: Estado de salud).
Supervisar la temperatura y la tensión de las diferentes celdas del módulo de batería de tracción.
Administrar la refrigeración del conjunto calculador y batería de tracción.
Administrar la caja de unión.
Transmitir las informaciones del estado del pack batería al calculador de control Híbrido.

Detalle de las entradas / salidas del calculador de batería de tracción
La información "crash" circula por red multiplexada pero también por cable, en caso de fallo en la red multiplexada.
El calculador controla el impulsor de refrigeración de la batería de tracción y este último le devuelve una recopia, todo por cable.

 

En la red multiplexada:
El calculador de control Híbrido controla los relés incluidos en la caja de unión para la apertura o el cierre del circuito de alta tensión. El calculador de batería de tracción también puede controlarlos para proteger la batería.

La información velocidad vehículo se envía al calculador de la batería de tracción para permitir la apertura de los relés en caso de apertura del interlock del corta-circuitos por debajo de 5 km/h.

Una recopia del estado de los relés se transmite al calculador de control Híbrido.

Se envía una solicitud de nuevo arranque motor al calculador de control Híbrido tan pronto la batería de tracción ya no puede suministrar la energía eléctrica suficiente ni en buenas condiciones (ejemplo, temperatura de la celdas….)

El calculador de batería envía las informaciones de estado de carga al combinado y la pantalla multifunciones a través del calculador de control Híbrido y la Caja de Servicio Inteligente.

Cortacircuitos y fusible alta tensión.

La batería de tracción contiene un cortacircuitos que permite: 

- Separar en dos el pack de baterías.
- Poner en seguridad el vehículo (método de puesta fuera de tensión) al intervenir en el circuito de alta tensión.

La separación del pack batería se realiza de dos maneras:
Electrónica (por medio de un interlock que detecta el circuito abierto):

Separación del pack batería

Mecánica (separación física de la batería de tracción al retirar el corta-circuitos que separa en dos el pack de baterías).

Para proteger el vehículo en toda circunstancia, el conjunto calculador y batería de tracción integra una caja de unión que permite abrir y cerrar el circuito de alta tensión.

 

Caja de unión batería alta tensión, alternador reversible, motor eléctrico.

 

Detalle de conexiones: Caja de unión batería alta tensión, alternador reversible, motor eléctrico.

 

La caja de unión integra 3 relés de potencia:
Relé principal (+), está en la línea positiva.

Relé de carga.
El cierre del relé de carga crea un pico de tensión (arco eléctrico).
El circuito de carga permite absorber este pico a través de una resistencia de carga.
La presencia del relé y de su resistencia de carga permiten evitar que se queme el contacto del relé principal (+).

Relé principal (-), está en la línea negativa.
Nota: cuando el contacto está cortado, los relés están abiertos. Esto permite aislar la batería de tracción de los otros elementos del vehículo.

Orden de cierre: los 3 relés no están controlados simultáneamente.

Orden de cierre de los 3 relés.

El mando de los relés se efectúa en el momento de arranque motor (establecimiento del modo READY).

El relé 3 es activado en primer lugar por el calculador de batería de tracción.

El relé de "carga" 2 es activado en segundo lugar.
El cierre del relé crea un pico de tensión (arco eléctrico) que es absorbido por la resistencia de carga.

La siguiente etapa consiste en activar el relé 1  para cerrar el circuito del cable positivo
de la batería de tracción.
El calculador de batería de tracción seguidamente deja de activar el relé 2 , lo que
provoca la apertura del circuito de carga.

Orden de apertura: cuando el conductor para el motor, se produce una orden de

apertura de los relés 1 y 3 . El relé 2 ya está abierto.

 

Los 3 relés de la caja de unión son activados por el calculador de batería de tracción en las siguientes situaciones:

En caso de accidente.  El calculador batería de tracción recibe la trama "crash" (información por hilo y multiplexada) y corta la alimentación del relé de seguridad. Esto permite abrir los relés y, por lo tanto, cortar la alimentación de todos los equipos de tracción.

Temperatura demasiado baja (-20°C) o alta (60°C) de la batería de tracción. En caso de temperatura demasiado baja o demasiado alta, el calculador batería de tracción corta la alimentación de los relés de seguridad.

En caso de sobrecarga y sobredescarga de la batería de tracción. Cuando las celdas de la batería de tracción alcanzan los umbrales de sobrecarga y de descarga, el calculador batería de tracción corta la alimentación de los relés de seguridad.

Al desconectar el corta-circuitos
Cuando el corta-circuitos se retira, el calculador batería de tracción corta la alimentación de los relés de seguridad.

Desconexión de los reles.

2.2.2. Captador de intensidad

Captador de intensidad

El captador de intensidad eléctrica está encargado de medir la corriente que atraviesa la batería de tracción.

La medición de la corriente suministrada y almacenada en la batería es realizada por un captador de corriente de tipo "shunt".

No hay captador de fuga eléctrica propiamente dicho sino una medición de corriente (a
través de una resistencia) que permite identificar una pérdida.

 

 

Localización del captador de intensidad en el circuito.

El cálculo de fuga es administrado por el calculador de batería de tracción gracias a cálculos internos de resistencia. Aparece un código de fallo (P1B16) desde la detección de una fuga.

 

Un SHUNT (con resistencia calibrada y conocida) es un aparato de medición para corrientes fuertes. Se asocia con un voltímetro conectado en paralelo con el SHUNT.

 

Este último crea una caída de tensión que será medida por el voltímetro y se podrá utilizar para calcular la intensidad utilizando la ley de Ohm.




 

2.2.3. Componentes de la batería: conjunto de celdas

El conjunto de celdas también integra:

El conjunto de celdas de la batería de tracción.

Recordatorio: el estado de carga de la batería se define en función de los parámetros: tensión, corriente y temperatura.

Los 4 captadores de temperatura permiten vigilar el calentamiento de la batería y participan en la puesta en marcha del impulsor de refrigeración.

Tan pronto como un captador de temperatura incluido en el bloque batería alcanza 60°C, el calculador de batería de tracción pilota la apertura de los relés de seguridad.

Los 11 captadores de tensión también están repartidos dentro del bloque batería.

Deducción del estado de carga de la batería en función de la tensión de la celda

Hay fallo de una celda y de la batería si la tensión de la misma es:
Inferior a 0,9 V
Superior a 1,6 V.

En circulación, los límites de sobredescarga y sobrecarga teóricamente nunca se alcanzarán. El calculador de batería de tracción está configurado para evitar alcanzar estos límites y, por lo tanto, consecuentemente abrir los relés de seguridad.

Cuando la batería de tracción está completamente cargada, la tensión de la celda alcanza 1,6 V, es decir, 268 V (para 168 celdas) en los bornes de la batería.

La tensión nominal de la celda es de 1,2 V, es decir 200 V (para 168 celdas).

Cuando la batería de tracción está completamente descargada, la tensión de la celda alcanza 0,9 V, es decir, 151 V (para 168 celdas) en los bornes de la batería.

Por lo tanto, una batería descargada presenta aún riesgos eléctricos.
Caja de aluminio sellada.
Las celdas son estancas pero cuentan con una válvula que puede abrirse en caso de sobrepresión, lo que provoca la liberación de gas y eventualmente de electrolito en forma de aerosol.

Detalle de celda.

La batería "metal hidruro" está muy adaptada a los vehículos híbridos ya que dispone de una gran “carga máxima” en comparación con una batería Litio ión.

Recordatorio: la carga máxima es la posibilidad que presenta una batería para aceptar los picos de carga y de descarga.

La miniaturización de los dispositivos se ha hecho posible por el desarrollo de acumuladores eléctricos más manejables que las baterías de plomo.

Al igual que el acumulador a base de plomo, los otros acumuladores de electricidad se basan en reacciones electroquímicas entre los electrodos constituidos por diferentes materiales asociados a un electrolito químico que permite los intercambios de iones entre los electrodos.

 

2.2.4. Impulsor refrigeración batería de tracción.

La batería es refrigerada por el aire del habitáculo.

El aire caliente es expulsado al exterior mediante un impulsor.

El impulsor no funciona continuamente, adapta automáticamente la potencia de ventilación según las necesidades de la batería.

Ventilación de batería de tracción.

Hay que saber que las baterías se calientan naturalmente durante los ciclos de recarga y de descarga.

Existe riesgo de deterioro de la batería, que puede ocasionar una pérdida de prestación y de autonomía del sistema híbrido, en caso de sobrecarga de las baterías de tracción.

El impulsor de aire es controlado por el calculador de batería de tracción.

El motor eléctrico del impulsor de aire de refrigeración de batería de tracción es del tipo “sin escobillas”.

La velocidad de rotación variable del impulsor de refrigeración de batería de tracción es proporcional a la señal de mando (PWM) suministrada por el calculador de batería de tracción.

Gestión de la ventilación de batería de trección.

La refrigeración de la batería de tracción se realiza con el aire del habitáculo.

Esta entrada de aire está situada al nivel de los pasajeros traseros.

Detalle tomas de aire batería de tracción.

En caso de obstrucción de esta entrada de aire, la batería corre el riesgo de sobrecalentarse, dañarse y esto puede ocasionar una pérdida de prestación del sistema híbrido.

En caso de verter líquido, existe un riesgo de daño de la batería de tracción.

2 sondas de temperatura están presentes, una a la entrada y otra a la salida de la batería de tracción.

El impulsor sólo se activará si la temperatura batería es de al menos 30°C y si la diferencia de temperatura
entre la entrada y salida es de más de 5°C.

Detalle sondas de temperatura de batería de tracción.

El útil de diagnosis permite visualizar:
La consigna de mando del impulsor de refrigeración
El régimen de rotación del impulsor de refrigeración
La recopia del mando del impulsor de refrigeración.

 

2.2.5. Mantenimiento / reparación

No tiene mantenimiento particular.

No hay corrección de la capacidad de la batería en los calculadores. Sin embargo, se tiene en cuenta el envejecimiento de la batería (Estado de salud: SOH).

Reactivación del calculador de batería de tracción en caso de accidente.

La reactivación del calculador de batería de tracción se debe realizar después de un "evento crash" (disparo airbag y pirotécnico), por el menú "reactivación".

Se trata de una puesta a cero del evento crash y un borrado de Pcodes (P1AED y/o P1AEF).

Cambio calculador:

Si exclusivamente se sustituye el calculador de batería, sistemáticamente será necesario hacer una lectura de los datos adaptativos del calculador a reemplazar y luego reescribirlos en el nuevo calculador (una vez instalado).

Si ya no hay diálogo con el calculador a reemplazar, será necesario reemplazar el conjunto calculador y batería de tracción.



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