Инвертор в гибридном автомобиле – что это такое
Инвертор – устройство, преобразующее постоянный ток из бортовой батареи в переменный трехфазный ток для обеспечения работы тягового электродвигателя и генератора (ведущие колеса приводит в движение именно электродвигатель, а не ДВС). Скажем так, инвертор позволяет совместить преимущества двигателя внутреннего сгорания и электромотора в одном транспортном средстве (в США даже военную технику пытаются сделать «гибридной»).
Первый автомобиль со связкой ДВС-электромотор увидел свет более 100 лет назад, а именно в 1900 году. В начале разгона основной ДВС «бездействует» и машина движется только за счет электроэнергии. Потом электродвигатель «передает бразды правления» более мощному бензиновому (а теперь и дизельному) двигателю. При торможении также происходит рекуперация энергии и последующая зарядка батареи. У водителя появляется возможность движения в городских пробках в режиме «стоп-старт».
Но есть у преимуществ гибридной схемы и обратная сторона. Проходящий в огромных количествах поток электроэнергии вызывает интенсивный нагрев инвертора. Поэтому на любом гибридном автомобиле это устройство снабжается собственной системой охлаждения. Самая большая опасность для инвертора – перегрев. Создатели автомобилей еще на стадии проектирования пытаются если не предотвратить, то хотя бы максимально нивелировать неприятные последствия перегрева. Так, на Тойоте Приус есть система, которая при достижении критической температуры отключает тяговый электродвигатель, но при неквалифицированном обслуживании последующие перегревы все же случаются (нарушение циркуляции охлаждающей жидкости и прочее). При перегреве выходят из строя силовая электроника, что равнозначно поломке самого инвертора. Такую же неприятность таит при себе и сильный мороз (охлаждающая жидкость ниже определенной отметки термометра просто замерзнет). Другая опасность – не рекомендуется передвигаться с пустым бензобаком (хотя на большинстве последних модификаций возможность движения исключительно на электротяге предусмотрена изначально). На некоторых моделях это может закончиться фатально для батареи.
По признанию самих владельцев гибридных машин именно инвертор является «сердцем» этого чуда техники, так как от его «самочувствия» зависит работа всего автомобиля.
Как горят инверторы в гибридах
Инвертор с конвертором в сборе является важной частью гибридной силовой установки. Он преобразует постоянный ток высоковольтной батареи (ВВБ) с номинальным напряжением 201.6 вольт, в трёхфазный переменный ток, напряжением до 650 вольт, для управления мотор-генераторами гибридной трансмиссии, а также обратной конвертации тока с мотор-генераторов для зарядки ВВБ и питания 12-вольтовой бортовой сети. Во время разгона и движения автомобиля, в цепях инвертора протекают достаточно большие токи, которые коммутируются электронными силовыми ключами, представляющими из себя IGBT модули (транзисторные сборки), установленные на радиаторе с постоянной циркуляцией охлаждающей жидкости.
Периодически, на Prius ZVW30 и ZVW41 встречаются случаи неисправности инверторов по причине повреждения этих IGBT-модулей. В качестве примера я разобрал инвертор с такой неисправностью.
Корпус инвертора состоит из нескольких, герметично собранных частей, с защитой от пыли и влаги. Вся электроника распределена внутри, в несколько слоёв.
В самой нижней части находится преобразователь напряжения гибридной системы и схема зарядки 12-вольтовой бортовой сети.
Сверху расположен блок управления мотор-генераторами (высоковольтный конденсатор и силовые шины уже сняты, на фото отсутствуют).
Плата управления силового транзисторного модуля выполнена в единый блок с ним и теплообменником системы охлаждения инвертора. Для доступа к силовому модулю, необходимо отпаять более 100 соединительных ножек.
После демонтажа управляющей платы, открывается вот такая картина. Транзисторы объединены в сборки по несколько штук на общей подложке и залиты прозрачным силиконом.
Транзисторы в сборках соединены параллельно и равномерно делят нагрузку. При выходе из строя одного транзистора, повышенная нагрузка ложится на соседние, кратно перегружая их и тоже выводя из строя. На фото отчётливо видно последствия такого повреждения.
Сам собой напрашивается вопрос, от чего такое происходит и как этого избежать. К сожалению, однозначного ответа пока не существует. Вопреки утверждениям некоторых «специалистов», выгорание транзисторов напрямую не связано с недостаточным охлаждением в гибридной системе из-за якобы забитого радиатора охлаждения инвертора. Локальный перегрев силового модуля перед полным выходом из строя это уже следствие работы оставшихся транзисторов на повышенной нагрузке, которое и их лавинообразно выводит из строя.
Статистика показывает, что такая неисправность не зависит от уличной температуры, температуры двигателя и гибридной системы, а так же не имеет прямой зависимости от пробега а/м. Встречаются случаи выгорания силовых модулей в зимний период (конкретный пример), и даже на гарантийных машинах с небольшим пробегом и бережной эксплуатацией. В то же время, абсолютное большинство Prius 30 без проблем наезжает не одну сотню тысяч км, без каких-либо намёков на данную неисправность, включая а/м владельцев с агрессивным стилем вождения.
На данный момент предполагаю, что основная причина заключается в неком браке во время производственного процесса IGBT сборок, в результате чего они преждевременно деградируют и теряют способность коммутировать необходимый ток, что приводит к их локальному перегреву и возгоранию.
Официальная информация от производителя по этому поводу отсутствует. Процедура ремонта подразумевает возможность замены только силового модуля, но из за сложности процесса дефектовки и замены, даже в гарантийный период чаще меняют весь инвертор в сборе.
Неисправный силовой модуль уже не подлежит ремонту, вследствие чего инвертор в сборе на конкретном автомобиле был заменен на заведомо исправный б/у, последних годов выпуска модели.
Не зависимо от кат. номера инвертора в сборе, на все варианты, за весь период выпуска ZVW30 устанавливался только один тип транзисторного модуля — 04899-47020 (он же 04899-47021), подверженный спонтанному выходу из строя по причине выгорания IGBT сборок. Все варианты инверторов с этим модулем, по большому счёту, отличаются лишь версиями управляющего ПО, которое также обновляется до актуальной версии в ходе глобальной сервисной кампании 4KET-024 (для 30 кузова) и 15OSD-001 (для 40 кузова). Но обновление ПО лишь снижает нагрузку на IGBT сборки, за счёт перераспределения крутящего момента от электромотора в сторону бензинового двигателя и большего использования его тяги при ускорении. На общие динамические характеристики и максимальную мощность силовой установки это не влияет. После прошивки по сервисной кампании некоторые владельцы отмечают вялую динамику в EV режиме и более раннее подключение бензинового двигателя при ускорении, как следствие, небольшое увеличение расхода топлива (в пределах 0.2-0.5 л/100км).
По имеющейся статистике, чаще всего с выгоранием транзисторного модуля сталкиваются владельцы первых 30-ок 2009-2011 годов выпуска. Тем не менее, неисправность периодически встречается и на рестайлинговых 30-ках, и на 41-ом кузове. Вопреки распространённому мнению, якобы инвертор последней ревизии выпуска с января 2014 года имеет усовершенствованный модуль, фактически это не так. В последней ревизии инвертора использован всё тот же силовой модуль 04899-47021, применяемый в гибридах Toyota с июня 2010 года. Вполне возможно, что производитель улучшил технологический процесс изготовления транзисторных сборок, повысив надёжность и сведя риск выгорания к минимуму, но формально, последняя ревизия инвертора в сборе имеет лишь незначительные изменения в элементной базе управляющей схемы и последнюю версию управляющего ПО, не подлежащую обновлению в рамках глобальной сервисной кампании 4KET-024.
По настоящему надёжные транзисторные модули с большим запасом прочности под номером 04899-47070 устанавливались на Lexus CT200h, Prius ZVW35 PHV, Prius ZVW40 (с 2015 года выпуска), Auris ZWE186 Towing Package (комплектация под буксировку прицепа) и минивэны Noah / Voxy ZWR80. То есть, на модели, изначально рассчитанные под бо́льшую нагрузку на гибридную систему. В инверторах с этим силовым модулем нет проблем с выгоранием IGBT сборок.
ВНИМАНИЕ!
При полном или частичном копировании данного материала, пожалуйста, указывайте ссылку на этот источник.
Для автомехаников и любителей гибридных автомобилей
Toyota Estima и система охлаждения инвертора
Если мы с вами начали рассматривать проблемы с системами охлаждения гибридных автомобилей, то давайте рассмотрим самую частую проблему с системой охлаждения на примере вот этой красивой Эстимы в 10-м кузове. Ее хозяин – Дмитрий – проживает в Екатеринбурге (фото 1). Дмитрий приехал в наш «Гибрид-сервис» со следующей проблемой (фото 2).
Фото 1 
Фото 2 
Фото 3
На сканере в гибридной системе мы видим две ошибки: Р3125 – неисправность инвертора и Р3130 – неисправность системы охлаждения инвертора. Кстати, эта вторая ошибка (Р3130) встречается гораздо реже. Обычно дело заканчивается сгоревшими силовыми модулями в инверторе, т. е. ошибкой (Р3125).
Фото 4
Соответственно, перед тем как заменить сгоревший от перегрева модуль в инверторе, мы должны найти причину его выхода из строя. То есть установить причину этого самого перегрева. Радиаторы на своей Эстиме Дмитрий чистил в августе прошлого года, когда у него отказала из-за перегрева система климат-контроля. Но мы все равно проверяем их чистоту – они кристально чистые. А проблема перегрева, в данном случае, весьма банальна – вышла из строя помпа охлаждения инвертора!
Интересуемся у Дмитрия, сколько он проехал на данной помпе. Ответ впечатлил: почти 100 тыс. км! Ресурс же данной помпы, по нашим наблюдениям, редко превышает 60–70 тыс. км.
Подобраться к помпе, которая стоит снизу левого переднего лонжерона, весьма непросто. Для этого надо снять и защиту ДВС, и ее грязеотражательный фартук. После снятия помпы с кронштейна ее можно извлечь из недр машины на поверхность (фото 3). А вот она уже демонтирована и лежит на верстаке (фото 4). Проверить ее исправность достаточно легко: измеряем сопротивление электрообмотки помпы. Прибор показывает бесконечность. Значит она (обмотка) в обрыве (фото 5). Ремонтировать такую неисправность бесполезно. Меняем помпу на новую.
Фото 5
Устанавливаем новый силовой модуль в инвертер, и машинка вновь радует своего владельца Дмитрия (фото 6).
Вывод: если ресурс вашей помпы перевалил за 60–70 тыс. км, то в целях профилактики ее лучше заменить сразу, не дожидаясь полного выхода из строя. И такие случаи встречаются очень часто. На машинах с таким пробегом это в конце концов приводит к выходу из строя дорогущего инвертора.
Выполняю свое обещание: рассмотреть основную причину сгорания инверторов на Toyota Prius XW30
Не успело на Урал придти лето, как в «Гибрид-сервис» массово повезли на ремонт 30-е Приусы.
Почему? По логике вещей: он должен быть еще надежнее, чем 20-й Приус! Но в реальности – за первые две недели жары, которая обрушилась на Урал, по количеству неисправностей 30-й Приус является лидером! Основные причины обращения – это отказ системы кондиционирования и неисправность инвертора. А ведь причина выхода из строя этих, казалось бы, не имеющих отношения друг к другу систем лежит на поверхности. Давайте рассмотрим ее на примере привезенного сегодня из Тюмени Приуса в 30-м кузове.
Владелец Александр так рассказывает о причине поломки: ехал по городу – никого не трогал, радовался теплому солнечному денечку. Вдруг машина заглохла. На мониторе надпись: «проверьте гибридную систему». Все танцы с бубном в виде пинания по колесам, протирания лобового стекла и сбрасывания минусовой клеммы ни к чему не привели… Далее машина и ее владелец оказались у нас. Результаты диагностики неутешительны для владельца – вышел из строя силовой модуль в инверторе.
Но если тупо заменить инвертор на исправный, то в 99% случаев, если причина выхода инвертора из строя не установлена, новый инвертор постигнет та же участь. Поэтому наша первая и основная задача: найти ОСНОВНУЮ ПРИЧИНУ выхода инвертора из строя. Первым делом проверяем обмотки мотор-генераторов на пробой (проверяем мегомметром сопротивление обмоток на массу). Результаты показывают, что с обмотками все в порядке. Переходим к следующей, наиболее частой причине выхода инверторов из строя.
Как вы думаете, что это может быть?
Правильно! Нарушение системы охлаждения гибридной установки.
Первым делом снимаем и проверяем помпу гибридной системы. С ней все в порядке: качает хорошо, сопротивление обмотки в норме.
Следующий компонент системы охлаждения – это радиатор. К нему подобраться довольно сложно: надо снять передний бампер, систему активного круиз-контроля (на моделях с этой системой). Снять верхнюю планку телевизора (фото 1).
Фото 1
Мы видим радиатор гибридной системы, который расположен на радиаторе кондиционера. Снаружи загрязнения радиатора кажутся совсем не критичными (фото 2).
Фото 2
Но давайте располовиним (раздвинем) радиаторы кондиционера и ДВС и заглянем между ними (фото 3).
Фото 3
Вот тут уже хорошо видно, что радиатор гибридной системы работать надлежащим образом не может, так как на радиаторе ДВС находится плотная завеса грязи, которая не дает воздуху проходить между сотами и охлаждать теплоноситель (антифриз).
Владелец заметил, что намного хуже, по сравнению с прошлым годом, стал работать кондиционер. Он уже не так быстро создавал в салоне живительную прохладу.
Заглянем еще глубже между радиаторами (фото 4).
Фото 4
Как мы видим, все соты напротив радиатора кондиционера тоже забиты грязью, а на дне лежит мумифицированное тельце какой-то птички…
Вот это и является причиной выхода из строя второй системы 30-х Приусов в жару – системы климат-контроля!
Очищаем радиаторы (все три), устанавливаем новый инвертор, и машина оживает.
Только теперь владелец может быть уверен, что новый инвертор прослужит верой и правдой не один год!
Ну а напоследок совет: не доводите своих железных коней до такого состояния, когда вы «попадаете» на совсем не дешевую замену инвертора. Ведь гораздо проще и дешевле сделать профилактику этой болезни – очистить радиаторы и проверить перед жарким летним сезоном всю систему охлаждения!
Модераторы: Игорь RX300, Sergey2000, Zack, snow1975, VSV
По этой причине предлагаем Вам изучить переводной обзор Инвертер: что это и как работает, созданный на примере работы инвертеров Toyota (Prius, Estima и т.п.), принцип которых совпадает и со всеми моделями Lexus.
Далее, по мере появления у нас свободного времени, мы планируем выкладывать собственные материалы и специфические аспекты прочих агрегатов и технических проблем, связанных с гибридными силовыми установками, а также их ремонтом и обслуживанием, как делали уже в этом форуме ранее.
«Ставьте перед собой крупные цели. В них труднее промахнуться!» ©
«Ставьте перед собой крупные цели. В них труднее промахнуться!» ©
Вы, в очередной раз меня удивили. Ну ладно, в Авто.ру потерли мои каметны. Но почему и в этой Вашей статье не указан источник материала?
Статья размещена с использованием комбинированного материала с российских и американских профильных сайтов, а также собственного опыта в ремонте и обслуживании гибридных авто
В чем заключается «комбинированность»? В том, что к чужой статье вы добавили 4 ни о чем не говорящие фотки? И в чем заключен Ваш «собственный опыт» в данной компиляции?
Мне кажется, правильнее и честно было бы просто дать вот эту ссылку:
«Ставьте перед собой крупные цели. В них труднее промахнуться!» ©
Инвертер и ВВБ
Накопилось много информации об этом узле, (собранной в основном на club-lexus.ru), упоминание о котором некоторых автолюбителей приводит в ужас. Естественно, за раз всё в кучу не соберёшь, поэтому буду периодически добавлять сюда информацию.
Что же такое этот инвертер? «Инвертер» (Inverter) — сложное электронное устройство, предназначенное для:
— преобразования постоянного тока высоковольтной батареи (HV battery) в трехфазный ток для работы мотор-генераторов MG 1 и MG 2 и обратно.
— обратного преобразования энергии (рекуперация, — от лат. recuperatio — обратное получение, возвращение части материала или энергии, расходуемых при проведении того или иного технологического процесса, для повторного использования в том же процессе. Применительно к рассматриваемому вопросу – преобразование механической энергии в электрическую. За это в блоке инвертора отвечает прибор называемый «конвертором»)
— регулирования и распределения энергии, получаемой от MG 1
— электронного управления мотор-генераторами MG 1 и MG 2 в зависимости от режимов работы двигателя внутреннего сгорания на основании согласованных действий с остальными электронными устройствами автомобиля Inverter имеет свою систему охлаждения, не связанную с системой охлаждения ДВС.
Во первых, развею миф о чудовищной стоимости данного блока, частенько попадаются комментарии что «со слов уважаемых сервисменов его стоимость 800-900 тысяч рублей»… Скажу просто, это некомпетентные комментарии.
Думаю, комментарии излишни.
Второе, по большому счёту ломаться там нечему, большая железка-радиатор с кучей высоковольтных проводов и модулем ИСМ (интеллектуальный силовой молуль) внутри. Если что и можейт выйти из строя, так это как раз этот самый модуль ИСМ, в котором самым слабым местом являются силовые транзисторы, которые (извините за сумбур) могут сгореть от недостаточно эффективного теплоотвода.
PS: инструкция по замене модуля ИСМ:
Третье, недостаточно эффективный отвод тепла от модуля ИСМ (инвертора) может возникнуть только в двух случаях: выхода из строя помпы (насоса) перекачки охлаждающей жидкости инвертора либо из за отсутствия охлаждающей жидкости в системе, вследствии разгерметизации системы (разрыв подводящих — отводящих трубок или радиатора (например от камня).
Четвёртое. Практически все гибридные RX-ы в сентябре 2013 года попали под ССК (специальная сервисная компания) от Toyota, при которой происходила замена модуля ИСМ
Что ж мы имеем в итоге? Да только то, что «не так страшен чёрт, как его малютка»:), достаточно периодически заглядывать под капот и смотреть на расширительный бачок охлаждающей жидкости инвертора,
в нем должен быть уровень и жидкость должна бурлить от работающей помпы, ещё его называют «фонтанчиком».
Единственный минус этой системы в том, что миллиард узкоглазых инженеров Toyota не предусмотрела контроль температуры модуля ИСМ.
Блок-схема работы гибридной части автомобиля
где:
1. Плавкий предохранитель высокого напряжения обеспечивает защиту от короткого замыкания в HV батарее.
2. Положительные и отрицательные силовые кабели высокого напряжения соединены с HV
аккумуляторной батареей через нормально-разомкнутое реле с управлением от 12 В.
3. Нормально-разомкнутое реле.
4. Контроллер утечки высокого напряжения на шасси авто.
Данный размыкатель необходим для проведения работ на гибридной установке, т.е. при любых работах, связанных с обслуживанием и разборкой высоковольтных линий, данный размыкатель необходимо снять. Так же им необходимо воспользоваться при экстремальных ситуациях, например ДТП, при наводнении, когда возможно затопление салона водой и нет возможности оперативно вывезти авто из опасной зоны, это шанс не загубить гибридную часть.
ВВБ