I. Progettazione dell'architettura-ad alta tensione
La progettazione di primo livello-dell'architettura ad alta-tensione definisce la base di sicurezza dell'intero veicolo. Durante la transizione da 400 V a 800 V, un problema facilmente trascurato è che alcuni componenti elettrici a bassa-tensione continuano a utilizzare i valori nominali di tensione di resistenza originali. In un caso reale, il relè di un riscaldatore PTC ha subito una saldatura dei contatti al momento dell'accensione dell'alta tensione-. La causa principale era che il relè era stato progettato dal fornitore per una tensione nominale di soli 450 V. Quando la tensione del bus della piattaforma da 800 V ha raggiunto 820 V, l'energia dell'arco durante la separazione dei contatti ha superato di gran lunga la capacità di estinzione dell'arco del relè. L'approccio corretto consiste nel verificare la tensione nominale, la corrente nominale e la capacità di interruzione di cortocircuito di ogni componente ad alta tensione-durante la fase di progettazione dell'architettura, con particolare attenzione ai carichi a funzionamento intermittente come il compressore del climatizzatore, il riscaldatore PTC e il convertitore DCDC. Questi carichi presentano la tensione di sistema più elevata al momento del funzionamento del relè. Inoltre, la scelta dei connettori ad alta-tensione deve tenere conto del numero di cicli di accoppiamento durante l'intero ciclo di vita. Sui circuiti di ricarica rapida-, i clienti eseguono circa 50-80 sessioni di ricarica rapida CC all'anno. Nel corso di una durata di servizio di otto-anni, il connettore di ricarica rapida-deve resistere ad almeno 400 cicli di accoppiamento sotto carico senza un degrado significativo della resistenza di contatto. In un progetto di test di durata, è stata osservata una caduta di tensione causata dall'usura da sfregamento sui terminali della presa di ricarica dopo 250 cicli di accoppiamento. La causa principale era che lo spessore della placcatura del terminale era inferiore al limite inferiore delle specifiche di progettazione.
II. Sviluppo di funzioni di sicurezza ad alta-tensione
Il nucleo delle funzioni di sicurezza ad alta-tensione è far corrispondere la capacità di rilevamento dei guasti con il tempo di risposta al guasto. Lo standard ISO 26262 richiede in genere un tempo di rilevamento dei guasti inferiore a 100 millisecondi per il circuito di interblocco ad alta-tensione. Tuttavia, nei progetti reali, se il circuito di interblocco utilizza cablaggi lunghi e più connettori collegati in serie-, la capacità del circuito aumenta in modo significativo, rallentando la velocità dei fronti del circuito di rilevamento. In un caso di debug reale, il tempo trascorso dal verificarsi effettivo di un guasto di interblocco ad alta-tensione al rilevamento da parte del controller è stato di quasi 300 millisecondi. Se un connettore ad alta-tensione fosse stato scollegato accidentalmente durante questo intervallo, l'operatore sarebbe stato esposto a terminali sotto tensione. La soluzione prevedeva l'ottimizzazione del valore del resistore pull-up nel circuito di rilevamento e la regolazione della soglia di rilevamento dai livelli TTL a uno schema basato su comparatore-con un margine di rumore maggiore. Per il rilevamento della resistenza di isolamento, la capacità distribuita a terra di un pacco batteria della piattaforma da 800 V è quasi quattro volte superiore a quella di una piattaforma da 400 V, estendendo forzatamente il ciclo di rilevamento dell'isolamento. Il tradizionale metodo di bilanciamento passivo richiede di attendere che la tensione del bus si stabilizzi prima di calcolare la resistenza di isolamento quando la capacità distribuita è elevata, estendendo potenzialmente il ciclo di rilevamento oltre i cinque secondi. Nella pratica ingegneristica, il metodo di iniezione attiva riduce significativamente il tempo di rilevamento. Dopo l'apertura del transistor di commutazione, viene iniettato attivamente un segnale CA con una frequenza nota. La resistenza di isolamento viene calcolata direttamente estraendo l'ampiezza e la fase del segnale di risposta. Il limite di questo metodo è che il segnale iniettato può accoppiarsi con i filtri EMI all'interno del-caricabatterie integrato, richiedendo al software di implementare un filtro notch o di evitare la banda di frequenza di interferenza.
III. Test e convalida sulla sicurezza-dell'alta tensione
Un malinteso comune nei test e nella convalida dei sistemi ad alta tensione è quello di fare eccessivo affidamento sui test di sicurezza di fine linea trascurando i test di sicurezza funzionale durante la fase di progettazione. Il test Hipot può solo verificare se l'isolamento di base è intatto. Per quanto riguarda le micro-fessure o i vuoti all'interno di uno strato di isolamento multi-strato, il test Hipot spesso non riesce a rilevarli perché questi difetti si manifestano come scariche parziali sotto alta tensione-a frequenza, ma il livello di scarica parziale rimane al di sotto della soglia di allarme del tester Hipot. In un caso, tutti gli avvolgimenti dello statore del motore hanno superato il test di installazione in fabbrica, ma si è verificato un cortocircuito a terra dopo 5.000 chilometri di test su strada del veicolo. L'analisi dei guasti ha rivelato micro-fessure sulla superficie del filo smaltato, che si sono propagate gradualmente in condizioni di stress di tensione prolungato e cicli termici. I test di scarica parziale durante la fase di progettazione dovrebbero diventare un elemento di convalida obbligatorio per i motori e i cablaggi ad alta-tensione. La tensione di prova è generalmente impostata su un valore compreso tra 1,5 e 1,7 volte la tensione nominale, con particolare attenzione al fatto che la tensione di estinzione della scarica soddisfi i requisiti. I test di tenuta dei sistemi ad alta-tensione sono ugualmente soggetti a sottovalutazione. Il grado di impermeabilità IP67 richiede che la batteria resista all'immersione in un metro d'acqua per 30 minuti senza infiltrazioni d'acqua. Tuttavia, nelle condizioni operative reali del veicolo, le guarnizioni di tenuta dei connettori ad alta-tensione potrebbero subire un compression set dopo ripetuti cicli di accoppiamento, con conseguente degrado della tenuta-a lungo termine. Nei test di invecchiamento accelerato, il posizionamento dei connettori in un ambiente con 85 gradi e 85% di umidità relativa per 1.000 ore prima di eseguire il test di tenuta fornisce una simulazione più realistica del degrado delle prestazioni di tenuta durante l'intero ciclo di vita del veicolo.
IV. Conoscenza post-vendita per la sicurezza dell'alta tensione-
La riparazione post-vendita dei sistemi ad alta-tensione rappresenta il segmento-a rischio più elevato in termini di incidenti legati alla sicurezza. Negli effettivi incidenti di sicurezza di riparazione che si sono verificati, una tipica causa principale è che il tecnico riparatore non ha rispettato il tempo di attesa richiesto dopo lo spegnimento-per alta tensione-. La capacità del bus di un pacco batteria per piattaforma da 800 V è generalmente superiore a 500 microfarad. Dopo l'apertura del contattore ad alta-tensione, il tempo necessario affinché la tensione del bus si scarichi naturalmente da 820 V al di sotto della tensione di sicurezza di 60 V può superare i tre minuti, mentre il manuale di riparazione richiede in genere un'attesa di cinque-minuti. In un incidente, un tecnico riparatore ha misurato la tensione del bus con un multimetro dopo aver atteso due minuti, ha osservato una lettura di 90 V e ha erroneamente ritenuto che fosse sicuro. Tuttavia, al momento di scollegare il connettore ad alta-tensione, la carica residua tra i terminali del condensatore è stata rilasciata attraverso l'arco di contatto, provocando un arco di alta-tensione che ha provocato ustioni. La procedura di sicurezza corretta richiede l'uso di uno strumento di scarica dedicato o di un circuito con resistenza di scarica per eseguire la scarica forzata del condensatore del bus dopo lo-spegnimento. Una volta completata la scarica, è necessario utilizzare un voltmetro per confermare che la tensione tra ciascuna fase o ciascun terminale sia inferiore a 60 V prima di iniziare le operazioni di riparazione. Inoltre, le conoscenze sulla diagnosi dei guasti per i sistemi ad alta-tensione devono essere acquisite in modo strutturato. In un modello di veicolo che segnalava ripetutamente un guasto di resistenza di isolamento troppo bassa, i tecnici addetti alle riparazioni hanno sostituito più volte il cablaggio ad alta tensione e il pacco batteria senza successo. La causa principale è stata infine identificata nella formazione di acqua di condensa sulle tubazioni dell'aria condizionata in specifiche condizioni operative. Gocce d'acqua sono cadute sul terminale di interblocco a bassa-tensione di un connettore ad alta-tensione, riducendo la resistenza di isolamento del circuito di interblocco a terra. Questo caso dimostra che la diagnosi dei guasti ad alta{32}}tensione non può concentrarsi esclusivamente sui componenti ad alta{33}}tensione stessi. È necessario creare una base di conoscenze sulla correlazione dei guasti tra sistemi-che colleghi i guasti elettrici all'assemblaggio meccanico, alla gestione termica, alla tenuta dei fluidi e ad altri ambiti ingegneristici.