UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS

ESPE EXTENSIN LATACUNGA DEPARTAMENTO DE ENERGIA Y MECANICA

CARRERA DE INGENIERIA AUTOMOTRIZ

INFORME DE LABORATORIO DE (OPTATIVA AUTOMOTRIZ I)

CARRERA CDIGO DE LA ASIGNATURA

NOMBRE DE LA ASIGNATURA

Ingeniera Automotriz 3606 Optativa Automotriz I

PRCTICA N

LABORATORIO DE: Laboratorio de Autotrnica DURACIN

(HORAS) 2 TEMA: Bateras Hibridas 3

1 OBJETIVOS

Comprender el funcionamiento y la utilizacin del mdulo de carga y descarga de bateras HV.

Realizar mediciones en cada uno de los vasos para realizar un diagnstico previo del estado del bloque de la batera.

Realizar un mantenimiento de las chapas de las bateras

Realizar el proceso de carga y descarga de la batera y obtener sus respectivas mediciones.

2 EQUIPO Y MATERIALES NECESARIOS

Material y/o Equipo Cdigo y cantidad

Caractersticas Figura

Caja de llaves Sata

1 Permitir el de los packs para el mantenimiento correspondiente de las bateras

Multmetro digital automotriz

1

Permitir obtener los voltajes correspondientes de los pack de las bateras para su posterior anlisis

Batera HV del TOYOTA HIGHLANDER

1 Permitira observar su constitucion y poder tomar algunos datos sobre sus packs

Prototipo del Cargador de Bateras

Permitira hacer el proceso de carga y descarga de la bateria HV del Highlander

3 MARCO TEORICO

Figura 1. Toyota Highlander

Esta batera se encuentra abajo de los asientos posteriores del vehculo y es de mayor tamao que los modelos anteriores est dividida en tres bloques como se muestra en la Ilustracin 16, tiene tres ventiladores uno para cada bloque, 5 sensores de temperatura, la ECU de la batera monitorea el voltaje en 15 lugares diferentes, en este caso el bloque de juntura que contiene los rels de potencia, la resistencia y el sensor de corriente tipo hall es ms visible lo que permite reemplazar cualquiera de estos elementos con facilidad en el caso de que sea necesario, la ECU de la batera se encuentra junto a este bloque.

Monitoreo De Voltaje En La Batera

Se muestra la conexin de los diferentes elementos a la unidad de control electrnica de la batera (ECU de la batera), en la parte inferior derecha se encuentra la conexin de Sensor de temperatura de la batera uno, dos y tres representados como: TB1, TB2, TB3, con su respectiva resistencia y su conexin a tierra representada como GB1, GB2, GB3, luego en la parte superior derecha del grafico se muestra la conexin de los cables que se encuentran monitoreando los voltajes de cada uno de los catorce paquetes de la batera de alto voltaje representados como voltaje bloque de batera uno

VBB1, hasta el voltaje bloque de batera catorce VBB14, y en el cuerpo de la batera de alta tensin se encuentra la conexin del fusible de alto voltaje o jumper de seguridad.

Figura 2. Diagrama del monitoreo de la betera

En la parte superior izquierda del grafico se identifica la conexin a la batera de alta tensin al rel de seguridad IGCT nmero tres conectado a tierra y a la unidad de control del hibrido (ECU HV) seguido de la conexin del 39 segundo rel de seguridad IG2 el mismo que est conectado a tierra, a control de fuente de alimentacin ECU, en este rel es importante identificar la conexin de la resistencia que sirve para seguridad de la batera que en caso de existir un problema con los voltajes o con la temperatura censados por los elementos antes mencionados este rel no da paso a la tensin, el circuito no se cierra y el vehculo no prende, luego est conectado las lneas de alta CANH y baja CANL tensin de la red de comunicacin CAN y por ltimo en la parte inferior derecha del grafico se muestra la conexin del rel nmero uno y de la batera auxiliar de 12 voltios conectada tambin a tierra.

Figura 3. Diagrama de conexin de los packs

Daos En La Batera.

Los paquetes estn conectados en serie y una de las causas para que la resistencia de los mismos aumente es la presencia de xido en las placas como se puede observar en la Ilustracin 27 de cobre que sirven de conexin entre los paquetes, lo que provoca que el flujo de corriente se vea afectado y se ocasionen estos problemas, la presencia de xido se puede verificar desmontando la batera y solucionar este problema retirando de su lugar todas las placas, se pasa una lija muy fina en ellas y luego se las sumerge en limn con bicarbonato aplicando aceite penetrante WD 40.(Toyota Prius,2012)

Figura 4. Oxido en las placas de cobre

El principal problema que se presenta en la batera es producido por el aumento en la resistencia interna de los paquetes que la forman, lo que provoca un consumo excesivo de corriente y la descarga de las celdas que forman la batera, estos malos consumos en ocasiones producen que los paquetes se deformen o se lleguen a quemar

Bloque De La Batera De Alta Tensin

Figura 5. Bloque de alta tensin

Existen 28 bateras pequeas de 7,89 V cada una y estn conectadas en serie de dos en dos para formar 14 paquetes de bateras de 15,78V cada uno, y a su vez estn conectados todos estos 14 paquetes en serie para generar un total de 220 Voltios. Este voltaje es entonces el que a continuacin ser utilizado en los motores trifsicos que son: el motor-generador MG1, el motor-generador MG2 y el motor del aire acondicionado. Pero este voltaje requiere ser tambin restablecido y monitoreado constantemente por la ECU de la batera, adicionalmente la batera se mantiene a una temperatura estable con el fin de no ocasionar problemas.

Fallos En La Batera De Alta Tensin.

Los fallos que se presentan en el sistema de un vehculo hibrido se muestra en el tablero de instrumentos mediante mensajes que expresan daos o problemas con la batera de alta tensin o con cualquier otro componente del sistema, tambin se enciende la luz MIL o check engine luz que refleja que existe un problema en el vehculo y que hay que revisar estableciendo comunicacin con un escner en el caso de Toyota se usa el Tech Stream, los cdigos de falla (DTC) que aparecen cuando existen problemas especficamente con la batera son:

DTC=POA7F-123.- este cdigo se presenta cuando existe un deterioro en el conjunto de bateras hibridas, la unidad electrnica de control de la batera (ECU de la batera) entre sus funciones tiene la de calcular el SOC (estado de carga) de la batera de alta tensin esto lo hace a travs del amperaje acumulado en la misma, esta funcin permite controlar la carga y descarga de la misma segn las condiciones de manejo del vehculo. 46 Este cdigo se activa cuando la resistencia interna de la batera es ms alta que el valor estndar y cuando el voltaje de los paquetes vara uno del otro por ms de un voltio, los elementos que pueden estar afectados es el conjunto de paquetes o la unidad electrnica de control de la batera de alta tensin. DTC=POADC-226.- este cdigo refleja un mensaje en el scanner que indica circuito alto en el sistema de control del contactor positivo de la batera hibrida. Circuito abierto o cortocircuito a B+ en el circuito del rel e activacin SMR2.

DTC=POAE7-224.- este cdigo refleja que existe un circuito alto en el sistema de control del contactor de precarga de la batera hibrida. Circuito abierto o cortocircuito a +B en el circuito del rel de activacin SMR1. DTC=POAEO-228.-circuito alto en el sistema de control del contactor negativo de la batera hibrida. Circuito abierto o cortocircuito a +B en el rel de activacin SMR3.

DTC=POAOD-350.- circuito alto de interbloqueo del sistema de alta tensin este cdigo se presenta cuando se desactivan los dispositivos de seguridad con el vehculo detenido como por ejemplo el conector de servicio o jumper de seguridad. DTC= POAOD-351.-circuito alto de interbloqueo del sistema de alta tensin, este cdigo se presenta cuando la lnea de la seal de interbloqueo se abre activa cuando el vehculo circula. 47 En este caso las reas afectadas son: los cables o conector de la batera, la unidad electrnica de control que censa la batera, el conector de servicio o jumper de seguridad (puede estar desconectado), el conjunto del inversor con sus terminales.

DTC POA84-123.- este cdigo de falla se activa cuando existe problemas en el funcionamiento del ventilador de refrigeracin del conjunto de bateras hibridas, cuando la tensin de salida del conjunto del soplador de refrigeracin de la batera es demasiado baja puede estar averiado el grupo de cables o conector de la batera rel de integracin con el que se activa el soplador, el conjunto de soplador o la unidad electrnica de control de la batera. La unidad electrnica de control de la batera controla la velocidad del soplador de la batera suministrando corriente mediante la activacin de un rel y segn la temperatura de la batera.

DTC= UO29A-123.- perdida de comunicacin con el modulo del sensor del conjunto de bateras hibridas, este cdigo de falla se manifiesta cuando existe un problema de comunicacin en serie entre la unidad electrnica de control de la batera y la unidad electrnica de control del sistema hibrido, cuando se presente este cdigo puede estar averiadas una de las computadoras de control o el cableado de comunicacin de red. La unidad electrnica de control de la batera (ECU de la batera) puede detectar que un dispositivo de seguridad esta accionado y no permite el funcionamiento del sistema hibrido apagando el rel principal, los dispositivos de seguridad son tres ubicados, el primero en la toma del conector de servicio o jumper de seguridad, el segundo se encuentra en el cable del bastidor que conecta al inversor con el convertidor, el tercero se encuentra en la cubierta del terminal del inversor donde se conectan los 48 cables del motor generador uno y motor generador dos y cables del aire acondicionado al inversor. En caso de que se activen uno de estos dispositivos de seguridad cuando el vehculo este en movimiento la unidad electrnica de control de la batera determina que el circuito est abierto y los rels principales del sistema SMR1, SMR2 y SMR3 no se apagan dejando el circuito abierto, los dispositivos de seguridad tiene que ser

conectados correctamente y volver a prender el vehculo para que el circuito se cierre y el funcionamiento sea el adecuado.

Monitoreo Del Voltaje De Los Paquetes

Cada paquete de 12 vasos (2 paquetes) , 115.2 V y uno de 6 vasos 57.60 tiene un monitoreo de voltaje que va a la ECU de la Batera, cada monitoreo toma progresivamente la suma de los paquetes, de tal forma que el monitoreo del paquete 1 (VB1) deber medir 19.20 V

De esta forma si por algn motivo es interrumpida alguna serie o una serie est en corto la ECU de la Batera no ver el incremento de voltaje deseado y generara el respectivo cdigo.

Monitoreo De La Temperatura

Figura 9. Bateria HV Toyota Highlander

El paquete completo de batera posee 3 o 4 sensores de temperatura (termistores) que llevan informacin a la ECU de la Batera de la temperatura a la que se encuentra la batera (un sensor superior y dos inferiores). Adicionalmente las bateras poseen un sistema de desfogue de vapores para evitar que los vapores de la batera salgan y formen depsitos en las partes elctricas y electrnicas cercanas, y tambin un sistema de ventilacin que circula alrededor de la batera completa envolvindola con aire y posibilitando su enfriamiento. Los 3 sensores de temperatura de la batera se encuentran en la parte inferior del conjunto de la batera HV. La resistencia del termistor, que est integrada en cada sensor de temperatura de la batera, vara de acuerdo con los cambios de temperatura del conjunto de la batera HV. Cuanto ms baja sea la temperatura de la batera, ms alta ser la resistencia del termistor. A su vez, mientras ms alta sea la temperatura, ms baja ser la resistencia.

La ECU de la batera utiliza sensores de temperatura de la batera para detectar la temperatura del conjunto de la batera HV. En funcin de los resultados de esta deteccin, la ECU de la batera regula el soplador de la batera. As, el ventilador del soplador se pone en marcha cuando la temperatura de la batera HV alcanza un nivel previamente determinado. Diagrama elctrico del dispositivo.

Figura 10. Diagrama elctrico del dispositivo

Para llegar a establecer los elementos y la estructura del dispositivo es importante tener presente que lo que se quiere lograr con el mismo es probar el estado de la batera de alto voltaje y poder cargarla, para lo que se tom como referencia una de las funciones de la unidad electrnica de control de la batera en el sistema hibrido, la misma que es medir el voltaje de cada uno de los paquetes. 51 Para simular esta funcin se us diez voltmetros conectados en serie con lo que se podr probar y as analizar cada uno de los paquetes e identificar si se encuentra deteriorado o en un estado ptimo para un buen funcionamiento. Tambin se tom como referencia otra funcin importante de la unidad electrnica de control del sistema hibrido que es la de cargar la batera y descargarla segn las condiciones de manejo del vehculo, para lograr esta funcin al circuito se lo dividi en dos partes una parte del circuito estar consignada a cargar y otra parte a descargar la batera. La parte de carga es una conexin en serie compuesta por un switch para activar o desactivar la carga de la batera, un ampermetro de 10 amperios para controlar la carga, un foco halgeno de 500 watts que sirva como limitador de corriente, un rectificador de corriente de 1000 voltios 20 amperios conectado para rectificar la corriente que proviene de la red elctrica. En la parte de la descarga se representa el consumo de corriente de los motores generadores en la batera de alta tensin, para simular esta accin se usara tres switch que permiten la activacin de 6 focos halgenos de 500 watts que actan como consumidores de corriente para conseguir la descarga del paquete que se est dando mantenimiento, despus de cada switch se conectaran capacitores de 0,47uf para proteger al circuito de los picos de corriente. La actividad de los focos halgenos en el circuito induce calor, para disipar este exceso de temperatura y proteger el circuito se usara cuatro ventiladores de computadora conectados en serie a un transformador de 120V/9V/2Amp para que puedan funcionar con la corriente que proviene de la red elctrica.

1.- Conjunto de bateras conectadas en serie. 2.- Voltmetros conectados en serie. 3.- Switch de carga. 4.- Switch de descarga. 5.- Ampermetro de 10 A para controlar la carga. 6.- Lmpara halgeno de 500 watts limitadora de corriente. 7.- Rectificador de corriente. 8.- Red elctrica. 9.- Ampermetro de 30 Amperios para controlar la descarga. 10.- Conjunto de seis lmparas halgenos de 500 watts conectadas en serie consumidores de corriente 11.- Capacitores 12.- Diodo 13.- Ventiladores de 12 voltios. 14.- Transformador de corriente Conexin del equipo a la batera.

Una vez que se tiene los bloques desmontados en una mesa de trabajo se procede a conectar al equipo para poder evaluar el estado de los mismos. Bloque 1 Bloque 2 Bloque 3 81 Se empez con el bloque uno, lo primero es colocar el bloque con los contactos de las celdas frente al equipo, se identifican los cables que salen de la bornera ubicada en la pieza B del equipo los cable positivo de color rojo, el negativo de color negro y los cables enumerados del uno al diez, as el cable positivo del equipo se conecta en la primera celda negativa de color negro del bloque, el cable nmero uno que sale de la bornera proviene del voltmetro uno y se conecta al primer paquete, el cable nmero dos proviene del voltmetro dos y se conecta al segundo paquete y as sucesivamente hasta conectar los seis paquetes (doce bateras) en el caso del bloque uno y tres, en el caso del bloque dos son tres paquetes (seis bateras) y se cierra el circuito conectando el negativo a el ltimo paquete.

Figura 11. Conexin del bloque de la batera al dispositivo

1.- Conexin del cable positivo del equipo a la celda negativa del bloque. 2.- Conexin del cable nmero uno de la bornera al paquete uno del bloque. 3.-Conexin del cable nmero dos de la bornera al paquete dos del bloque. 4.-Conexin del cable nmero tres de la bornera al paquete tres del bloque. 5.-Conexin del cable nmero cuatro de la bornera al paquete cuatro del bloque. 6.-Conexin del cable nmero cinco de la bornera al paquete cinco del bloque. 7.-Conexin del cable nmero seis de la bornera al paquete seis del bloque. 8.- Conexin del cable negativo del equipo a la celda positiva del bloque.

4 PROCEDIMIENTO

1.- Procedemos a identificar las partes de la batera del vehculo Toyota HIghlander y su divisin de bloques.

2.- Luego con un multmetro procedemos a medir el voltaje que tenemos en cada uno de los packs del bloque de 6 packs.

3.- despus procedemos a medir el total de voltaje que no da este bloque de batera.

4.- realizamos el desmontaje delos bornes para proceder con la limpieza del mismo.

5.- Procedemos a medir el voltaje sin los cables de alta tensin.

6.- llevamos la batera a la parte de afuera del laboratorio para proceder a limpiar los bornes de la batera con limpia carburadores para deshacernos de la corrosin.

7.- Lo siguiente que hacemos es poner grasa blanca para la proteccin de los bornes.

8.- Procedemos a secar las partes cercanas a los bornes.

9.- Despus ponemos de nuevo los cables de los bornes en el orden en el que lo desmontamos.

Proceso de Carga y Descarga.

1.- Conectamos la batera al mdulo; primero abriendo el circuito con el primer cable del mdulo (color negro) y en segundo lugar cerrando el circuito con el ultimo cable ( color rojo)

2.- Luego de haber cerrado el circuito de carga y descarga procedemos a conectar a cada pack y poder verificar sus valores en el panel de control.

3.- Activamos el interruptor de descarga y activamos una sola carga para llevar la batera cero

5 RESULTADOS OBTENIDOS

MEDICION DE VOLTAJES EN LA BATERIA HV DEL TOYOTA HIGHLANDER Tiempo de carga y descarga

6 CUESTIONARIO

De cuntos bloques cuenta la batera del TOYOTA HIGHLANDER?

Por lo general cuantos sensores de temperatura tiene un una batera HV?

Cmo se denomina el elemento encargado de monitorear todos los datos de la batera?

En general donde casi se encuentran ubicadas siempre las bateras HV de los vehculos?

Cul es el voltaje nominal de una batera HV del TOYOTA HIGHLANDER?

7 CONCLUSIONES

Con la explicacin de parte del Ing. German Erazo se pudo comprender el funcionamiento del mdulo de carga y descarga de bateras HV

Se pudo realizar mediciones en cada uno de los vasos y se realiz un diagnstico previo del estado del bloque de la batera que no se encontraban en tan mal estado.

Para un mejor mantenimiento de las bateras se realiz el lijado de las chapas de las bateras.

Se pudo realizar el proceso de carga y descarga de la batera para obtener sus respectivas mediciones y de esta manera analizarlos y plasmarlos en el informe.

8 RECOMENDACIONES

Verificar en que puntos se esta haciendo contacto el multimetro con los packs de la bateria para saber a que pack corresponde ese voltaje.

Como se va a trabajar con alto volataje es importante tener mucha precaucion con los cables que se encuentren forrados de color naranja.

Cuando se va a realizar el proceso de carga y descarga siempre es importante identificar cual es la masa.

9 REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS Y DE LA WEB (CONSIDERAR LA NORMA APA, USO DE BASES DIGITALES DE MIESPE)

CASTILLO, F. (2011).ANALISIS DE CONSUMO Y EMISIONES GENERADAS POR VEHICULOS HIBRIDOS. BASES DIGITALES ESPE DISPONIBLE: http://repositorio.espe.edu.ec/bitstream/21000/4572/1/T-ESPEL-0846.pdf

CALAPAQUI, F. (2014).DISEO Y CONSTRUCCION DE UN BANCO DE PRUEBAS GENERICO, PARA LA REPARACION Y MANTENIMIENTO DE BATERIAS DE VEHICULOS HIBRIDOS. BASES DIGITALES ESPE DISPONIBLE: http://repositorio.espe.edu.ec/bitstream/21000/8610/1/T-ESPEL-MAI-0461.pdf

ESPINOSA, L. (2013).DISEO Y APLICACIN DE UN PROTOCOLO DE MANTENIMIENTO, DIAGNOSTICO Y REPARACION DEL SISTEMA DE BATERIAS DE VEHICULOS HIBRIDOS. BASES DIGITALES ESPE DISPONIBLE: http://repositorio.espe.edu.ec/bitstream/21000/6133/1/T-ESPEL-MAI-0409.pdf

FECHA DE ENTREGA Latacunga 11 de Enero de 2016

Firmas

Elaborado por: Oscar Pilataxi Estudiante

Revisado : Ing. German Erazo L. MSc.

Calificacion :