Universidad Ute Facultad De Ciencias De La Ingeniería E
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UNIVERSIDAD UTE
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA E INDUSTRIAS
CARRERA DE INGENIERÍA AUTOMOTRIZ
DESARROLLO DE UN MANUAL PARA EL COMPROBADOR DE PACKS PARA BATERÍAS DE VEHÍCULOS HÍBRIDOS
TRABAJO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO AUTOMOTRIZ
Autor: CARLOS ALEJANDRO CARRIÓN INDIO
Director: ING. LUIS XAVIER ORBEA HINOJOSA, MSc.
Santo Domingo, Abril 2019
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© Universidad UTE. 2019 Reservados todos los derechos de reproducción
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FORMULARIO DE REGISTRO BIBLIOGRÁFICO TRABAJO DE TITULACIÓN
DATOS DE CONTACTO CÉDULA DE IDENTIDAD: 1206680280 APELLIDO Y NOMBRES: Carrión Indio Carlos Alejandro DIRECCIÓN: Cdla. Las Mercedes, Quevedo. EMAIL: [email protected] TELÉFONO FIJO: (2)-752-554 TELÉFONO MÓVIL: 0985202568
DATOS DE LA OBRA TÍTULO: Desarrollo de un manual para el comprobador de packs para baterías de vehículos híbridos AUTOR O AUTORES: Carrión Indio Carlos Alejandro FECHA DE ENTREGA DEL PROYECTO DE 24 de abril del 2019 TITULACIÓN: DIRECTOR DEL PROYECTO DE Ing. Xavier Orbea Hinojosa, MSc. TITULACIÓN: PROGRAMA: PREGRADO X POSGRADO TÍTULO POR EL QUE INGENIERO AUTOMOTRIZ OPTA: RESUMEN: La falta de mantenimiento a las baterías de alto voltaje (HV) se presenta como un problema frente a la creciente demanda de vehículos híbridos en el mercado nacional, debido a sus ventajas ambientales y leyes que lo eximen de ciertos impuestos. Dichas baterías HV no cuentan con un programa de mantenimiento específico, por lo que una vez deteriorada debe ser reemplazada por una nueva batería HV, evadiendo mantenimiento alguno para su posible reutilización, por lo que dicho cambio representa un elevado costo al usuario de este tipo de vehículos. Para corrección de este contexto que afecta al ambiente, se precisa de un mantenimiento a
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los packs de la batería HV, pudiendo así evidenciar el estado de estos packs por medio de un diagnóstico realizado a través del comprobador de packs, alargando la vida útil de los mismos. Este comprobador precisa de parámetros para el diagnóstico y categorización de los packs a realizar las pruebas, para lo cual, la presente investigación trata acerca del desarrollo de un manual para el comprobador de packs para baterías de vehículos híbridos. El manual está enfocado en el diagnóstico de los packs de la batería HV del Toyota Prius de tercera generación (3g). Para las pruebas se realizó un protocolo el cual establece la categorización en la que se encuentren los packs, determinando así el estado de la batería HV y a su vez pudiendo ser esta restaurada para su posterior uso, o incluso, reutilizar los packs de acuerdo a su categorización para la remanufacturación de una batería HV. Asimismo, el manual describe la correcta manipulación para las pruebas en el comprobador de packs y medidas de seguridad con lo cual se evita posibles descargas al usuario. PALABRAS CLAVES: Batería NiMH, mantenimiento de batería HV, packs de batería HV, Categorización de packs. Se autoriza la publicación de este Proyecto de Titulación en el Repositorio Digital de la Institución.
f:______CARRIÓN INDIO CARLOS ALEJANDRO CI: 1206680280
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DECLARACIÓN Y AUTORIZACIÓN
Yo, CARRIÓN INDIO CARLOS ALEJANDRO, CI 1206680280 autor del proyecto titulado: Desarrollo de un manual para el comprobador de packs para baterías de vehículos híbridos, previo a la obtención del título de INGENIERO AUTOMOTRIZ en la Universidad UTE. 1. Declaro tener pleno conocimiento de la obligación que tienen las Instituciones de Educación Superior, de conformidad con el Artículo 144 de la Ley Orgánica de Educación Superior, de entregar a la SENESCYT en formato digital una copia del referido trabajo de titulación de grado para que sea integrado al Sistema Nacional de información de la Educación Superior del Ecuador para su difusión pública respetando los derechos de autor. 2. Autorizo a la BIBLIOTECA de la Universidad UTE a tener una copia del referido trabajo de titulación de grado con el propósito de generar un Repositorio que democratice la información, respetando las políticas de propiedad intelectual vigentes.
Santo Domingo, 24 de abril del 2019
f:______CARRIÓN INDIO CARLOS ALEJANDRO CI: 1206680280
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CERTIFICACIÓN DEL TUTOR
En mi calidad de tutor, certifico que el presente trabajo de titulación que lleva por título “Desarrollo de un manual para el comprobador de packs para baterías de vehículos híbridos”, para aspirar al título de INGENIERO AUTOMOTRIZ fue desarrollado por CARRIÓN INDIO CARLOS ALEJANDRO, bajo mi dirección y supervisión, en la Facultad de Ciencias de la Ingeniería e Industrias; y que dicho trabajo cumple con las condiciones requeridas para ser sometida a la evaluación respectiva de acuerdo a la normativa interna de la Universidad UTE.
Ing. Luis Xavier Orbea Hinojosa, MSc. DIRECTOR DEL TRABAJO C.I. 0502576929
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DEDICATORIA
El presente trabajo de titulación va dedicado para Dios y mi familia, quienes son los principales impulsos de una serie de motivos y dedicaciones. En especial para mis padres, María y Saúl quienes, como personas, únicas, como padres, los mejores. Así mismo a mis hermanos Mauricio y Josué, como el resto de amigos familiares y personas que dispusieron de su tiempo y empeño en mí.
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AGRADECIMIENTO
El agradecimiento principal de este trabajo es para mis docentes, quienes dedicaron su tiempo en la enseñanza, ofrecimiento de conocimientos y apoyo en la parte académica. De igual manera un total reconocimiento a mis compañeros y amigos de clases, que de igual forma colaboraron en mi crecimiento personal. Otro agradecimiento a la Universidad UTE por contar con todo lo necesario para el desarrollo educativo.
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ÍNDICE DE CONTENIDOS
PÁGINA RESUMEN...... 1
1. INTRODUCCIÓN ...... 2 1.1. VEHÍCULO HÍBRIDO; VENTAJAS Y DESVENTAJAS ...... 2 1.2. COMPONENTES DEL VEHÍCULO HÍBRIDO ...... 3 1.3. CLASIFICACIÓN DE LOS HÍBRIDOS ...... 4 1.4. TIPOS DE HÍBRIDOS POR INTEGRACIÓN ELÉCTRICA DEL MOTOR...... 4 1.5. CONJUNTO DE LA BATERÍA HV DEL VEHÍCULO HÍBRIDO ...... 5 1.5.1. UNIDAD DE CONTROL DE LA BATERÍA HV ...... 5 1.5.2. SENSORES DE TEMPERATURA ...... 6 1.5.3. SENSORES DE VOLTAJE ...... 6 1.5.4. SENSOR DE CORRIENTE ...... 6 1.5.5. SISTEMA DE VENTILACIÓN...... 6 1.5.6. SISTEMA DE RELÉS DE CONEXIÓN ...... 6 1.5.7. BATERÍA HV ...... 7 1.5.7.1. Tipos de batería HV por su composición...... 8 1.5.7.2. Batería del Toyota Prius de acuerdo a su generación ...... 9 1.5.7.3. Progreso de las baterías HV ...... 10 1.6. MANTENIMIENTO Y REGENERACIÓN DE LA BATERIA HV ...... 11 1.7. JUSTIFICACIÓN ...... 12
2. METODOLOGÍA ...... 13 2.1. DESCRIPTIVO ...... 13 2.2. ANALÍTICO ...... 13 2.3. DEDUCTIVO ...... 13 2.4. EXPERIMENTAL ...... 14 2.5. MANUAL PARA EL COMPROBADOR DE PACKS Y DIAGNÓSTICO A LA BATERÍA HV TOYOTA PRIUS 3G ...... 14 2.5.1. COMPROBADOR DE PACKS PARA BATERÍAS HV ...... 14 2.5.2. PARTES DEL COMPROBADOR DE PACKS DE BATERÍA HV…………………...………………………………………………..15 2.5.2.1. Panel de control del comprobador de packs ...... 15
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2.5.2.2. Área del trabajo ...... 19 2.5.2.3. Conectores para alimentación y monitoreo de los packs ... 19 2.5.2.4. Cable de fuente de alimentación del comprobador de packs….………………………………………………………..20 2.5.3. DIAGNOSTICO MEDIANTE EL COMPROBADOR DE PACKS...... 21 2.5.3.1. Extracción del conjunto de la batería HV ...... 21 2.5.3.2. Indicaciones previas a los procesos del comprobador ...... 35 2.5.3.3. Protocolo para el diagnóstico de los packs ...... 38 2.5.3.4. Procedimiento de conexión para pruebas en el comprobador de packs ...... …………………………………………………..39 2.5.4. PARÁMETROS PARA CATEGORIZACIÓN DE PACKS DE LA BATERÍA HV TOYOTA PRIUS 3G ...... 45
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN ...... 46 3.1. DIAGNÓSTICO DE LOS PACKS DE UNA BATERÍA HV TOYOTA PRIUS 3G ...... 46 3.1.1. MEDICIÓN INICIAL DE LOS PACKS...... 46 3.1.2. DESCARGA EN PARALELO ...... 46 3.1.3. PROCESO DE CARGA ...... 47 3.1.3.1. Pre-carga ...... 47 3.1.3.2. Reposo ...... 48 3.1.3.3. Carga ...... 50 3.1.4. PROCESO DE DESCARGA ...... 51 3.1.4.1. Descarga en serie ...... 51 3.1.4.2. Descarga en paralelo ...... 52 3.1.5. PROCESO DE CARGA FINAL ...... 53 3.1.6. REPOSO EN PARALELO ...... 54 3.1.7. COMPROBACIÓN DE FUGA DE CORRIENTE ...... 55 3.2. CATEGORIZACIÓN DE LOS PACKS DE LA BATERÍA HV TOYOTA PRIUS 3G ...... 57 3.3. COMPARACIÓN DEL ESTADO DE VOLTAJE INICIAL Y FINAL DE LOS PACKS ...... 58
4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ...... 60 4.1. CONCLUSIONES ...... 60
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4.2. RECOMENDACIONES ...... 62
BIBLIOGRAFÍA ...... 64
ANEXOS ...... 68
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ÍNDICE DE TABLAS
PÁGINA
Tabla 1. Características de la batería Toyota Prius segunda generación ...... 9 Tabla 2. Características de la batería Toyota Prius tercera generación ...... 10 Tabla 3. Consideraciones del protocolo para el diagnóstico de los packs ... 39 Tabla 4. Tabla de parámetros para la categorización de packs ...... 45 Tabla 5. Valores de voltaje en medición inicial del Bloque A y Bloque B ..... 46 Tabla 6. Valores de voltaje por descarga en paralelo del Bloque A y B ...... 47 Tabla 7. Valores de voltaje en pre-carga Bloque A ...... 47 Tabla 8. Valores de voltaje en pre-carga Bloque B ...... 48 Tabla 9. Valores de voltaje en reposo Bloque A ...... 49 Tabla 10. Valores de voltaje en reposo Bloque B ...... 49 Tabla 11. Valores de voltaje en carga Bloque A ...... 50 Tabla 12. Valores de voltaje en carga Bloque B ...... 50 Tabla 13. Valores de voltaje por descarga en serie Bloque A ...... 51 Tabla 14. Valores de voltaje por descarga en serie Bloque B ...... 52 Tabla 15. Valores de voltaje por descarga en paralelo del Bloque A y B ..... 53 Tabla 16. Valores de voltaje en carga Bloque A ...... 53 Tabla 17. Valores de voltaje en carga Bloque B ...... 53 Tabla 18. Valores de voltaje de reposo en paralelo Bloque A ...... 54 Tabla 19. Valores de voltaje de reposo en paralelo Bloque B ...... 55 Tabla 20. Comprobación de fuga de corriente del Bloque A ...... 56 Tabla 21. Comprobación de fuga de corriente del Bloque B ...... 57 Tabla 22. Categorización de packs en batería HV ...... 58 Tabla 23. Voltaje inicial y final de Bloque A ...... 59 Tabla 24. Voltaje inicial y final de Bloque B ...... 59
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ÍNDICE DE FIGURAS
PÁGINA
Figura 1. Componentes del Vehículo Hibrido ...... 3 Figura 2. Conjunto batería HV...... 5 Figura 3. Módulo de la batería HV ...... 7 Figura 4. Comprobador de packs para batería HV ...... 14 Figura 5. Panel de control del Comprobador de packs ...... 15 Figura 6. Sistema de encendido ...... 16 Figura 7. Sistema de ventilación ...... 16 Figura 8. Voltímetros ...... 16 Figura 9. Área de carga ...... 17 Figura 10. Área de descarga en serie ...... 17 Figura 11. Sección para descarga en paralelo ...... 18 Figura 12. Voltímetro individual ...... 18 Figura 13. Voltímetro individual ...... 19 Figura 14. Área de trabajo ...... 19 Figura 15. Conectores para alimentación y monitoreo de los packs ...... 20 Figura 16. Cable de fuente de alimentación del comprobador ...... 20 Figura 17. Cubierta trasera ...... 23 Figura 18. Extracción de cobertores ...... 23 Figura 19. Desconexión de la batería auxiliar ...... 24 Figura 20. Desconexión del fusible ...... 24 Figura 21. Extracción del protector de la batería HV ...... 25 Figura 22. Extracción del protector de entrada de aire ...... 25 Figura 23. Extracción del conducto de admisión del soplador ...... 26 Figura 24. Desconexión de relés ...... 26 Figura 25. Extracción del conducto de salida del soplador ...... 27 Figura 26. Extracción del ventilador ...... 27 Figura 27. Extracción de cubierta superior ...... 28 Figura 28. Desconexión de los terminales del conjunto de relés ...... 28 Figura 29. Desconexión de manguera de evacuación de gases ...... 29 Figura 30. Extracción de retenedores de tapicería ...... 29 Figura 31. Extracción de pernos del conjunto de la batería HV ...... 30 Figura 32. Extracción del conjunto de la batería HV...... 30 Figura 33. Extracción de cubierta metálica superior ...... 31 Figura 34. Retiro de protectores laterales de los módulos...... 31 Figura 35. Extracción del seguro de conducto de gases ...... 32 Figura 36. Extracción de conductos de gases ...... 32 Figura 37. Extracción de los sensores de temperatura ...... 33 Figura 38. Retiro de chapas metálicas ...... 33 Figura 39. Extracción de pernos inferiores del conjunto de la batería HV ... 33 Figura 40. Batería HV desguazada ...... 34 Figura 41. Desguace de la batería HV ...... 34 Figura 42. Extracción de los packs ...... 35 Figura 43. Montaje en los bloques para pruebas ...... 35
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Figura 44. Verificación de ajuste de chapas ...... 36 Figura 45. Inspección del estado de las chapas ...... 36 Figura 46. Acople de los packs en las jaulas...... 37 Figura 47. Intercalación de polos de los packs ...... 37 Figura 48. Rejillas de ventilación ...... 38 Figura 49. Guía de jaula...... 39 Figura 50. Numeración de los packs a pruebas ...... 40 Figura 51. Medición inicial de los packs ...... 41 Figura 52. Conexión en paralelo para descarga y reposo en paralelo ...... 42 Figura 53. Conexión en serie para carga y descarga en serie ...... 42 Figura 54. Comprobación para fuga de corriente ...... 44 Figura 55. Variación de voltaje del Bloque A y B en Pre-carga ...... 48 Figura 56. Variación de voltaje del Bloque A y B en Reposo ...... 49 Figura 57. Variación de voltaje del Bloque A y B en Carga ...... 51 Figura 58. Variación de voltaje del Bloque A y B en Descarga en serie ...... 52 Figura 59. Variación de voltaje del Bloque A y B en Carga en serie ...... 54 Figura 60. Variación de voltaje del Bloque A y B en Reposo en paralelo .... 55 Figura 61. Fuga de corriente - Bloque A ...... 56 Figura 62. Fuga de corriente - Bloque B ...... 57
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ÍNDICE DE ANEXOS
PÁGINA
Anexo 1. Cartel de precaución ...... 68 Anexo 2. Evidencia fotográfica del comprobador ...... 69
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RESUMEN
La falta de mantenimiento a las baterías de alto voltaje (HV) se presenta como un problema frente a la creciente demanda de vehículos híbridos en el mercado nacional, debido a sus ventajas ambientales y leyes que lo eximen de ciertos impuestos. Dichas baterías HV no cuentan con un programa de mantenimiento específico, por lo que una vez deteriorada debe ser reemplazada por una nueva batería HV, evadiendo mantenimiento alguno para su posible reutilización, por lo que dicho cambio representa un elevado costo al usuario de este tipo de vehículos. Para corrección de este contexto que afecta al ambiente, se precisa de un mantenimiento a los packs de la batería HV, pudiendo así evidenciar el estado de estos packs por medio de un diagnóstico realizado a través del comprobador de packs, alargando la vida útil de los mismos. Este comprobador precisa de parámetros para el diagnóstico y categorización de los packs a realizar las pruebas, para lo cual, la presente investigación trata acerca del desarrollo de un manual para el comprobador de packs para baterías de vehículos híbridos. El manual está enfocado en el diagnóstico de los packs de la batería HV del Toyota Prius de tercera generación (3g). Para las pruebas se realizó un protocolo el cual establece la categorización en la que se encuentren los packs, determinando así el estado de la batería HV y a su vez pudiendo ser esta restaurada para su posterior uso, o incluso, reutilizar los packs de acuerdo a su categorización para la remanufacturación de una batería HV. Asimismo, el manual describe la correcta manipulación para las pruebas en el comprobador de packs y medidas de seguridad con lo cual se evita posibles descargas al usuario. Palabras clave: Batería NiMH, mantenimiento de batería HV, packs de batería HV, Categorización de packs.
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1. INTRODUCCION
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1. INTRODUCCIÓN
Mediante la búsqueda de optimizar los avances tecnológicos en cuanto a las invenciones híbridas en los años sesenta, se pudieron realizar mejoras en los automóviles disminuyendo el uso de combustible sustituyéndolo por energía eléctrica. No obstante, a pesar de que ya se había dado a conocer en años anteriores lo carros híbridos en la industria automotriz fue a inicios de la década de los noventa cuando la empresa Toyota, dio a conocer su prototipo “Toyota Prius” como modelo principal en la gama de los autos híbridos, el objetivo de este prototipo era disminuir el consumo de combustible, utilizando la unificación de un motor de combustión interna (MCI) y un motor eléctrico.
De acuerdo con (Vargas, 2012), no fue hasta inicios del 2014 donde llegaron los primeros autos híbridos a Ecuador con 5 ejemplares en específico. Para (Michelet, 2018) los autos híbridos representan una opción sumamente interesante en el sector automotriz ecuatoriano. Estos vehículos demuestran de tecnología muy actualizada, además de ser más amigables con el ambiente, así como sus mejoras en cuanto a la ergonomía y el confort.
Por medio del diario (EL COMERCIO, 2017), determina qué; Ecuador busca reducir las emisiones de gases que contaminan el ambiente, por esta razón a partir del 2017 el sector automotor se ajustó a la norma Euro 3. Dicha regulación no afecta en un futuro cercano a este tipo de vehículo hibrido como es el Toyota Prius 3g debido a que este automotor cuenta con regulaciones de la norma Euro 5, proporcionando notables beneficios ambientales. Según el (Ministerio del Ambiente, 2011), La norma ecuatoriana de calidad del aire, establece los límites permisibles de contaminantes convencionales del aire, regulando así contaminantes como el monóxido de carbono (CO) y dióxido de azufre (SO2). Con lo que estos vehículos presentan de ciertas ventajas y consecuente a su tecnología y componentes también de ciertas desventajas.
1.1. VEHÍCULO HÍBRIDO; VENTAJAS Y DESVENTAJAS
Un vehículo hibrido presenta las siguientes ventajas; 1) frenada regenerativa, que permite recargar las baterías además de reducir la energía perdida en las frenadas habituales de conducción. (Martínez, 2010), 2) Disminución del consumo de combustible, que puede llegar a un 50% de ahorro, y 3) Reducciones de las emisiones contaminantes, ya que el motor de combustión interna trabaja a regímenes muy eficientes (CONUEE, 2018).
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Para (Morán, 2018), este tipo de vehículos presenta las siguientes desventajas; 1) Materiales escasos, que son utilizados y que para ser extraídos deben atravesar por procedimientos complejos, 2) Usuarios limitados, ya que es ideal para ser usado en carreteras urbanas, zonas de elevada afluencia vehicular, y 3) Peso, al vehículo hibrido se suman otros componentes, como son; motor eléctrico, inversor y la batería HV (Martínez, 2010).
1.2. COMPONENTES DEL VEHÍCULO HÍBRIDO
Para (Toyota.es, 2017), el vehículo hibrido se encuentra conformado por las siguientes componentes principales; 1) Motor térmico, cumple con la función de propulsar el vehículo y recargar las batería HV (esto de acuerdo a su clasificación), 2) Unidad de control de energía, gestiona la energía eléctrica entre la batería, motores generadores y MCI, 3) Cableado de alta tensión, conduce la corriente desde el inversor hasta la batería HV, 4) Batería de alto voltaje, acumula la energía proveniente del inversor para otorgarle al vehículo cuando este lo demande, 5) Inversor, es un conmutador de corriente alterna a continua y viceversa de acuerdo a los procesos los cuales le comanda la UCE, 6) Motor eléctrico, se alimenta de energía eléctrica proporcionada por la batería HV, y quien entrega la potencia continua a las ruedas propulsando el vehículo, 7) Transmisión, es un sistema de engranajes planetarios incorporados a los motores del vehículo hibrido. 8) Generador, opera como motor de arranque para el MCI y es el responsable de la marcha en reversa, 9) Frenos regenerativos, su función está en absorber la energía cinética proveniente de las desaceleraciones del vehículo al momento de efectuar el freno, y 10) Batería auxiliar, utilizada para alimentar los diferentes accesorios que tiene el vehículo. Dichos componentes se pueden observar por la Figura 1. La movilización del vehículo hibrido dependerá de la clasificación y su integración eléctrica.
Figura 1. Componentes del Vehículo Hibrido (Toyota.es, 2017) 3
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1.3. CLASIFICACIÓN DE LOS HÍBRIDOS
Según (Chong, 2018) se puede dividir a los vehículos híbridos de la siguiente forma: híbridos en serie, híbridos en paralelo e híbridos serie/paralelo.
. Híbrido en serie Según (Zuñiga, 2014), utiliza un motor de combustión interna que produce una energía mecánica lo que consecutivamente se convierte en energía eléctrica. Dicha transformación se da por medio del conjunto inversor.
. Híbrido en paralelo De acuerdo con (Perez, 2014), son aquellos que tanto el motor generador (MG2) como el motor de combustión interna (MCI) se encuentran conectados directamente a las ruedas del vehículo, permitiendo el trabajo de forma conjunta y por separado.
. Híbrido en serie/paralelo Conocidos como hibrido mixto, se caracteriza por trasladarse ya sea con el MCI o con el motor eléctrico. (Toyota Motor Corporation, 2017).
1.4. TIPOS DE HÍBRIDOS POR INTEGRACIÓN ELÉCTRICA DEL MOTOR
Para (Toyota.es, 2018), los híbridos se pueden dividir por los siguientes tipos en cuanto a la integración eléctrica del motor, pudiendo ser estos; micro híbridos, mild hybrid, full hybrid y híbrido enchufable.
. Micro híbrido o hibrido suave Absorbe la energía cinética que es producida en las desaceleraciones del vehículo y la transfiere a la batería HV, conocido como sistema Kers o frenada regenerativa. (Toyota.es, 2018).
. Mild hybrid Presenta la mayor relación posible del MCI, quien permite el arranque del vehículo, y el motor eléctrico, quien sirve de apoyo al MCI y recarga la batería HV. (Toyota.es, 2018).
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. Híbrido puro o full hybrid Tipo de vehículo que admiten el trabajo autónomo sea del MCI y motor eléctrico. Además, se puede conceder el funcionamiento total en modo eléctrico. (Toyota.es, 2018).
. Híbrido enchufable (PHEV) Tipo de vehículo que presenta la batería HV auto recargable y enchufable, teniendo una batería de mayor capacidad y con mayor potencia en su motor eléctrico. Su desventaja radica en que necesita de una fuente de alimentación externa. (Toyota.es, 2018).
1.5. CONJUNTO DE LA BATERÍA HV DEL VEHÍCULO HÍBRIDO
Para (Erazo, G., Espinoza, L. y Mena, L., 2013), el conjunto de la batería HV (Figura 2), se compone de; la unidad de la ECU de la Batería HV, la batería HV, sensores de temperatura, sensores de voltaje, sensor de corriente, sistema de ventilación y el sistema de relés de conexión.
Figura 2. Conjunto batería HV (Ballestin, 2012)
1.5.1. UNIDAD DE CONTROL DE LA BATERÍA HV
Es la computadora del conjunto de la batería HV la cual, mediante cálculos determina, coordina y evalúa los requerimientos de acuerdo a la demanda del vehículo, controlando así los siguientes componentes; batería HV, sensores de temperatura, sensores de voltaje, sensor de corriente sistema de ventilación y el sistema de relés de conexión. (Erazo, G., Espinoza, L. y Mena, L., 2013).
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1.5.2. SENSORES DE TEMPERATURA
Dicho sensor mide la temperatura a la batería HV. Posee tres sensores los cuales están dispuestos equitativamente. (Erazo, G., Espinoza, L. y Mena, L., 2013).
1.5.3. SENSORES DE VOLTAJE
Posee un sensor de voltaje para cada uno de los packs que conforman la batería HV y tiene como función medir la variación de voltaje. (Erazo, G., Espinoza, L. y Mena, L., 2013).
1.5.4. SENSOR DE CORRIENTE
Sensor que tiene como función evaluar la cantidad de corriente que es transportada y circula por la batería HV. (Erazo, G., Espinoza, L. y Mena, L., 2013).
1.5.5. SISTEMA DE VENTILACIÓN
Cuenta con un ventilador que aspira el aire del interior del habitáculo el cual es transportado por el ducto de ventilación hasta en conjunto de la batería HV, permitiendo ventilar los packs de batería HV y por consiguiente disminuyendo así la temperatura. (Erazo, G., Espinoza, L. y Mena, L., 2013).
1.5.6. SISTEMA DE RELÉS DE CONEXIÓN
También llamado conjunto relevadores, dispone de tres relés que conceden el paso de la corriente a transitar, los cuales están dispuestos en las salidas positivas y negativas de la batería HV. (Erazo, G., Espinoza, L. y Mena, L., 2013).
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1.5.7. BATERÍA HV
Una batería es un acumulador que entrega energía eléctrica a partir de la energía química contenida en su interior. Está formada por celdas electroquímicas, las cuales están compuestas por electrodos inmersos en electrólito el conduce los iones entre sus electrodos. Tanto electrodos, positivo y negativo, como electrolitos poseen de sustancias activas. Para evitar cortocircuito se utiliza separadores como aislante. (Urbain, M., Rael, S., Davat, B. y Desprez, P., 2008).
La batería de alto voltaje, conocida como batería HV (por sus siglas en ingles “High Voltage”), es la encargada de almacenar la energía eléctrica proveniente de los motores generadores y el motor de combustión interna. (Autoavance.com, 2011), la cual es conmutada a través del conjunto inversor, pudiendo la batería HV, ser recargada por el sistema Kers o por la alimentación del MCI, a excepción de los modelos recargables por medio de red eléctrica como PHEV o REHEV (Costas, 2010).
La batería HV del Toyota Prius de tercera generación está conformada por 28 módulos dispuestas en serie (14 packs), a su vez, cada módulo tiene un voltaje de 7.2 V, el cual se subdivide en 6 celdas que contienen 1.2 V como lo muestra la Figura 3, con lo que dicha batería HV presenta un voltaje total de 201.6 V. La composición de los módulos de la batería HV varía de acuerdo a su generación.
Módulo = 7,2 V
Celda=1,2 V Celda=1,2 V Celda=1,2 V Celda=1,2 V Celda=1,2 V Celda=1,2 V
Figura 3. Módulo de la batería HV
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1.5.7.1. Tipos de batería HV por su composición
Baterías de Níquel Cadmio (NiCd)
Batería que en su polo positivo tiene como sustancia activa al cadmio y en su polo negativo presenta un compuesto de níquel. La reacción recíproca entre estas dos sustancias produce una fuerza electromotriz. Posee de desventajas en cuanto a su densidad energética y toxicidad, además de presentar el efecto memoria, fenómeno que se origina cuando se le asigna carga a la batería sin esta haberse descargado completamente. (Burgos, 2013).
Baterías de Níquel Metal Hidruro (NiMH) Este tipo de batería presenta Níquel en su polo positivo y aleación de Metal Hidruro en su polo negativo. Como ventaja presentan entre un 25% y 40 % más de energía que los acumuladores de NiCd. Así mismo, presentan la desventaja del efecto memoria. (Burgos, 2013). El ciclo de vida de esta batería, varía entre los 500 a 700 cargas. Pues una de sus desventajas más notables es la elevada temperatura que puede alcanzar durante su carga. (Baterías Madrid, 2014).
Baterías de Litio (Li) Esta batería presenta litio en su polo negativo. Tiene dos ventajas principales; ligereza, por lo que una batería de este tipo es más liviana frente a las de NiCd o NiMH, y su alto potencial electroquímico, el cual proporciona mayor tensión. Como electrolito utiliza de solventes orgánicos los cuales son potencialmente inflamables. (Burgos, 2013).
Baterías de Ion Litio (Li+)
Este tipo de batería reemplaza a la batería de litio eliminando la formación dendrítica en el electrodo metálico, que se produce en las baterías de litio. Para lograrlo, se sustituyó el electrodo de litio por un electrodo de carbón. Su principio de funcionamiento se basa en el efecto “columpio”, el cual migra de un electrodo hacia el otro, los iones de litio dentro de la celda electroquímica. El sentido de migración dependerá del proceso de carga o descarga de la batería. Su ventaja se da en la elevada densidad energética. (Burgos, 2013).
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Baterías de Polímero de Litio (LiPo)
También llamadas baterías de polímero ion litio. Su diferencia frente a las de Litio se encuentra en un gel de polímero que es utilizado como electrólito y sal de litio, la cual es diluida como solvente no acuoso para ion litio. Soportan temperaturas de entre 80 a 120 grados centígrados, por lo que es su principal inconveniente. (Burgos, 2013).
1.5.7.2. Batería del Toyota Prius de acuerdo a su generación
Primera generación (2000-2003)
Presentado en el comercio automovilístico japonés en 1997 con la denominación NHW10. Su introducción hacia el continente americano no se dio hasta el 2001. Este modelo cuenta con 70 Hp, motor de gasolina de 1.5 litros y un motor eléctrico con 44 Hp. (Goodwin, 2016).
Segunda generación (2004 - 2009) Su introducción se dio en el 2003 con el nombre interno de XW20. Para esta presentación el vehículo mejora el coeficiente de arrastre aerodinámico de 0.26 evolucionando en un hatchback. Adopta un motor de 1.5 litros con 76 Hp en el motor a gasolina, 67 Hp en motor eléctrico aportando una suma de potencia de 110 Hp. (Goodwin, 2016). El Toyota Prius de primera como de segunda generación tienen las mismas características de la batería como muestra la Tabla 1.
Tabla 1. Características de la batería Toyota Prius segunda generación Conjunto de la batería del HV Tensión del conjunto de la batería 201, 6 voltios Numero de módulos de baterías de NiMH que 28 forman el paquete Peso del conjunto de la batería 39 kg (86 libras) Tensión del módulo de batería de NiMH 7,2 voltios Dimensiones del módulo de la batería de NiMH 276x20x106 mm (pulgadas) (11x1x4) Peso de módulo de la batería de NiMH 1.040 gramos (2,3 libras) (Toyota Motor Corporation, 2004)
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Tercera generación (2010 - 2015)
Se mantuvo el estilo hatchback, su lanzamiento inicio en el 2009 inaugurando como modelo 2010, pero su coeficiente de arrastre disminuye a 0.25. Presenta un motor de gasolina de 1.8 litros y 98 Hp, logrando una potencia total de 143 Hp. (Goodwin, 2016). La batería de NiMH del Toyota Prius no tiene efecto memoria debido a que el sistema eléctrico fue diseñado para que este, no baje de cierto nivel de carga mientras que el vehículo se encuentre en funcionamiento. (Cajamarca, D. & Garcia, V., 2010). A continuación, se presentan otras características mediante la Tabla 2.
Tabla 2. Características de la batería Toyota Prius tercera generación Conjunto de la batería HV Tensión del conjunto de la batería 201, 6 voltios Número de células de baterías de Li-ion del conjunto 56 Peso de la célula de la batería de Li-ion 0,55 lb / 0,25 kg Tensión de la célula de la batería de Li-ion 3,6 voltios 111x14x112 mm Dimensiones de la célula de la batería de Li-ion 4,4x0,6x4,4 pulgadas 830x220x370 mm Dimensiones del conjunto de la batería de Li-ion 32,1x8,7x14,6 pulgadas Peso del conjunto de la batería de Li-ion 69 lb (31,5 kg) (Toyota Motor Corporation, 2009)
Cuarta generación (2015 y posterior) La cuarta generación del Toyota Prius se presenta con el modelo XW40, la cual posee dos versiones Prius V y Prius C. Para el año 2016, se presenta un modelo denominado XW50. Para estas versiones Toyota redujo el coeficiente de arrastre aerodinámico a 0.24. (Goodwin, 2016). Esta posterior generación de híbridos presenta baterías de Litio, con lo que presenta un menor peso de la batería HV.
1.5.7.3. Progreso de las baterías HV
Con los recientes avances de la tecnología en estos vehículos se hizo hincapié en los sistemas de acumulación de energía, las baterías HV (Buendía, 2017). El interés particular para su desarrollo son aspectos con relación a la densidad energética, capacidad, seguridad, duración, ciclos de carga y descarga, así como interface de comunicación (Contreras, 2018). A pesar de que las baterías HV ocasionan también un impacto climático, los vehículos híbridos y eléctricos tienen un diseño eficaz y, es llamativa la poca contaminación
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emanada por su fabricación, uso y desechos (Martínez, 2010). Cuando se trata de los autos híbridos, acota (Nuria, 2010) qué; es necesario un desarrollo de las baterías en cuanto a su tiempo de recarga siendo este su principal factor a desarrollar, consiguiendo una buena autonomía para su uso habitual.
Para (Arias, 2015), son diversas las grandes empresas como Tesla Motors o BMW están obteniendo prototipos trasformadores y muy eficaces. El desarrollo de nuevas tecnologías para vehículos híbridos puede aparecer junto con las baterías de grafeno. (Soto, 2010), afirma que las compañías como Toyota tienen vehículos en constantes pruebas, al mismo tiempo que las baterías HV siguen cruzando por diferentes transformaciones para reducir peso y tamaño, además de mejorar la vida útil. Se puede agregar por medio de (Torrejon, 2010), que se busca de baterías competentes, ofreciendo altas tensiones y energía determinada, dando un menor amperaje y teniendo así un menor desgaste de energía. (Artés, 2012) Refiere que, con el creciente mercado para el segmento de usuarios de vehículos híbridos se tiene una variante más que son los vehículos con pilas de hidrogeno, siendo estos el inicio de una nueva era que varía de fuente complementaria.
1.6. MANTENIMIENTO Y REGENERACIÓN DE LA BATERIA HV
(TAAET ELECTRONICS, 2018), expresa que; tanto vehículos convencionales como los vehículos híbridos depende de mantenimientos para su correcto funcionamiento que, con el uso, este tipo de vehículos tiende a tener problemas con; las baterías, como son contactos sulfatados, pérdida de capacidad y calentamientos. Como lo acota también (Franquicias y negocios, 2018), enunciando que; posterior al largo uso las baterías empiezan a fallar disminuyendo así su capacidad.
Para (Zelaya, 2006), hace referencia que para este tipo de vehículo es de gran importancia realizar una investigación sobre el desarrollo y los diversos sistemas que componen un híbrido. Asimismo (Gómez, F. & Hidalgo,D., 2014), expresa que; existe una falta de técnicos y centros especializados para el mantenimiento y reparación de estos vehículos, por lo que se requiere de la investigación en cuanto a la reparación y mantenimiento de las baterías de alta tensión.
(Electromovilidad, 2017), refiere que; un mantenimiento preventivo puede incrementar un 25% la vida útil de la batería. Por medio del mantenimiento se puede; determinar fallos en los módulos de carga, revertir e incrementar la
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duración de carga de la batería HV y con ello extender su vida útil, mejorar rendimiento y capacidad, además de reutilizar los packs o celdas de la batería HV. Para (EUROPA PRESS, 2016), recomienda de una inspección a este sistema de manera anual. El objeto de un mantenimiento en las baterías de alto voltaje (HV) es su reducción, reutilización y reciclaje. (SEVILLA WORLD, 2017).
1.7. JUSTIFICACIÓN
Las baterías HV pueden valerse de un mantenimiento a través de un comprobador de packs, con lo que esta investigación se trazó como objetivo principal el desarrollo de un manual para el comprobador de packs para baterías de vehículos híbridos, con el propósito de la correcta utilización del comprobar, bajo ciertas medidas de seguridad a tener en cuenta, permitiendo así realizar el correcto análisis en una batería HV de un Toyota Prius de tercera generación (3g), consiguiendo comprobar el estado en que se encuentran los packs de la batería HV, logrando prolongar la vida útil que puedan tener dichos packs.
Para el desarrollo del mismo se plantearon los siguientes objetivos específicos, como son:
Describir el comprobador de packs para baterías de vehículos híbridos Delimitar parámetros y medidas de seguridad para la comprobación de los packs de una batería HV del Toyota Prius tercera generación. Definir los procedimientos para las pruebas a la batería HV del Toyota Prius tercera generación mediante el comprobador de packs. Categorizar los packs de batería HV mediante los resultados obtenidos.
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2. METODOLOGÍA
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2. METODOLOGÍA
El presente proyecto se desarrolló por medio de los siguientes métodos científicos; descriptivos, analíticos, deductivos y experimentales. Para la indagación se sustrajo información antecesora en trabajos similares, manuales de Toyota y cursos a través de Cise Electronics Corp., obteniendo suficiente información para desarrollo del mismo.
2.1. DESCRIPTIVO
Método que se utilizó para describir el proceso que se debe llevar a cabo en el diagnostico mediante el comprobador de packs con el objetivo de indicar la extracción del conjunto de la batería HV, las indicaciones previas a tener en cuenta en las pruebas, así como el procedimiento de conexión en el comprobador de packs y su protocolo para el diagnóstico.
2.2. ANALÍTICO
Se analizaron las pruebas de descarga y carga de la manera más eficiente que se llevaron a cabo en los packs de la batería HV, con lo cual se pudieron definir los parámetros concretos y establecer así la categorización de packs en una batería HV para el Toyota Prius de tercera generación (3G).
2.3. DEDUCTIVO
Se estudió la información teórica en manuales, tesis, libros y postulados, en los cuales se especifica las características de la batería HV, así como advertencias de seguridad y respuestas ante posibles emergencias en cuanto a la manipulación de la misma. Con lo cual permitió establecer parámetros y procesos que determinen el estado de los packs.
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2.4. EXPERIMENTAL
Para la investigación de campo se llevó a cabo el método experimental que permitió diagnosticar el estado de los packs con las pertinentes pruebas realizadas, logrando categorizar los packs de la batería HV sometida a pruebas, con lo que se evaluó el estado en que se encuentra.
2.5. MANUAL PARA EL COMPROBADOR DE PACKS Y DIAGNÓSTICO A LA BATERÍA HV TOYOTA PRIUS 3G
Por medio del presente manual se describirá el correcto uso y proceso que se da en el comprobador para llevar a cabo las pertinentes pruebas que diagnosticaran el estado de los packs de la batería HV. Además de contar con las medidas de seguridad tanto en su manipulación, advertencia y emergencia ante posibles derrames si se encontrara algún pack roto.
2.5.1. COMPROBADOR DE PACKS PARA BATERÍAS HV
El comprobador de packs para baterías de vehículos híbridos (Figura 4), permite el diagnóstico, reparación y mantenimiento a los packs de baterías HV, pudiendo verificar su estado, prolongar su vida útil, dar manteamiento para reutilización de packs, y categorización de los mismos.
Figura 4. Comprobador de packs para batería HV
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2.5.2. PARTES DEL COMPROBADOR DE PACKS DE BATERÍA HV
El comprobador de packs para batería HV consta de las siguientes partes, como son; panel de control, área de trabajo, conectores para alimentación/monitoreo de los packs, y el cableado de fuente de alimentación.
2.5.2.1. Panel de control del comprobador de packs
El comprobador de packs cuenta con los siguientes elementos en su panel de control, como lo indica la Figura 5:
1. Encendido del comprobador 2. Encendido del ventilador 3. Voltímetros para procesos de descarga en serie 4. Selector de procesos descarga/carga a. Descarga 3 Interruptores para selección de intensidad (0.5 A, 0.8 A, y 2.4 A) Amperímetro de descarga b. Carga 1 Interruptor para selección de intensidad (1.2 A y 2.4 A) Amperímetro de carga 5. Sección para descarga en paralelo 1 Interruptor 1 Voltímetro 2 Conectores hembra (positivo y negativo) 6. Voltímetro individual 7. Reloj/cronometro
Figura 5. Panel de control del Comprobador de packs
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Encendido del comprobador Es un interruptor que activa o desactiva el comprobador, cuenta con un foco color verde que nos permite verificar cuando esté encendido el sistema. Dicho sistema está diseñado para cargar 7 packs de la batería HV del Toyota Prius III generación puesto que cada pack de dicho vehículo tiene un voltaje 14.4 Vcc sumando un voltaje de 100.8 Vcc.
Figura 6. Sistema de encendido
Encendido del ventilador Cuenta con un foco indicador de color blanco el cual nos permite verificar si el sistema está en funcionamiento, dicho sistema proporciona alimentación de aire hacia el interior del comprobador para evitar el sobrecalentamiento de los elementos internos del comprobador.
Figura 7. Sistema de ventilación
Voltímetros El equipo tiene 7 voltímetros para procesos en serie que permiten visualizar el voltaje de cada pack en los diferentes procedimientos, como son los procesos de carga y descarga en serie.
Figura 8. Voltímetros
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Selector de procesos descarga/carga Este interruptor de 3 posiciones permite la selección del proceso que se va a trabajar siendo estos los procesos de cargar y descarga.
Área de carga
Está compuesto por un amperímetro y un interruptor que permite la selección del amperaje pudiendo ser de 1.2 y 2.4 (A) para su carga.
Figura 9. Área de carga
Área de descarga en serie
Compuesto por tres interruptores que nos permiten descargar de formas diferentes en cuanto a su amperaje pudiendo descargarse a: 0.5, 0.8 y 2.4 (A).
Figura 10. Área de descarga en serie
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Sección para descarga en paralelo Cuenta con un interruptor el cual permite activar y desactivar el proceso de descarga en paralelo, de modo que cada celda se descarga de manera uniforme y equilibrada. Este sistema permite descargar las celdas hasta un voltaje mínimo de 3 V sin riesgo a invertir su polaridad. Así mismo tiene un voltímetro para dar lectura en este proceso.
Figura 11. Sección para descarga en paralelo
Voltímetro individual Es un voltímetro adicional que permite dar lectura de manera independiente, verificando la variación del potencial eléctrico que presenten los packs y sus módulos.
Figura 12. Voltímetro individual
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Reloj/cronometro Permite ver y registrar el tiempo que demoran los packs en el proceso de descarga, así como los tiempos que se le asignen en el proceso de carga.
Figura 13. Voltímetro individual
2.5.2.2. Área del trabajo
Esta área está determinada para llevar a cabo los diferentes procesos de diagnóstico de los packs soportando el peso de los módulos de la batería HV.
Figura 14. Área de trabajo
2.5.2.3. Conectores para alimentación y monitoreo de los packs
Mediante estos se realiza la conexión del comprobador hacia el bloque de packs al que se someterá a pruebas.
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Figura 15. Conectores para alimentación y monitoreo de los packs
2.5.2.4. Cable de fuente de alimentación del comprobador de packs
Proporciona la energía al comprobador de packs desde una fuente con corriente alterna que la alimenta con 110 Vac, debido a que su interior cuenta con un puente rectificador transforma la energía a corriente continua, permitiendo así la alimentación directa hacia los packs de batería.
Figura 16. Cable de fuente de alimentación del comprobador
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2.5.3. DIAGNOSTICO MEDIANTE EL COMPROBADOR DE PACKS
Para llevar a cabo las actividades en el comprobador y poder diagnosticar los packs de una batería HV, se deberá seguir de las siguientes etapas: . Extracción del conjunto de la batería HV . Identificación del tipo de batería HV . Indicaciones previas a los procesos del comprobador de packs . Procedimiento de conexión para pruebas en el comprobador de packs . Procesos de diagnóstico
2.5.3.1. Extracción del conjunto de la batería HV
Medidas de seguridad
Para la correcta manipulación y evitar posibles lesiones por quemaduras de descarga eléctrica, se debe seguir ciertas medidas de seguridad para su empleo, utilizando el correcto equipo de protección personal y una serie de cuidados a tener en cuenta.
. Para la manipulación del conjunto de la batería HV es imprescindible despojarse de todos los objetos metálicos que pueda contener la persona como por ejemplos; anillos, reloj, aretes, entre otros elementos. . De igual manera no se deberá manipular cerca de sustancias liquidas o húmedas.
Equipos de protección personal
Para manipular las baterías de alto voltaje se utiliza el siguiente equipo de protección personal, el cual evita hacer contacto y posibles descargas al momento de manipular los packs como el resto de elementos del conjunto de la batería HV, como son:
. Gafas protectoras . Delantal adecuado para sustancias alcalinas. . Guantes dieléctricos (hule, látex o nitrilo). . Botas dieléctricas. . Cinta de vinilo para aislar.
Antes de utilizar los guantes aislantes, verifique que no estén rotos, agrietados, rasgados o dañados. No utilice guantes aislantes húmedos.
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Precauciones para la extracción
Antes del desguace de los componentes del sistema de alta tensión, se debe tomar las medidas necesarias para evitar descargas eléctricas.
. El sistema de alto voltaje puede permanecer encendido hasta 10 minutos después de que el vehículo se apague o se deshabilite. . Para prevenir lesiones graves o la muerte por quemaduras graves o descarga eléctrica, evitar tocar, cortar o remover el aislamiento de los cables de alimentación de alto voltaje color naranja o los componentes de alto voltaje. . Se debe esperar 5 minutos después de haber desconectado el fusible de alta tensión (Toyota Motor Corporation, 2009).
Emergencia ante derrames La batería de NiMH es un alcalino cáustico con un pH de 13.5 que daña los tejidos humanos. Para evitar lesiones por contacto con el electrólito, lleve puesto el equipo de protección personal adecuado. Para neutralizar el electrolito de NiMH en caso de derrame:
. Utilice una solución de ácido bórico o vinagre. . Solución de ácido bórico - 800 gramos de ácido bórico para 20 litros de agua o 5.5 onzas de ácido bórico para 1 galón de agua. . Enjuague las áreas afectadas con agua durante 20 minutos (Toyota Motor Corporation, 2009).
Desmontaje de la batería HV
Una vez tomado en cuenta las precauciones para la extracción de la batería y con la vestimenta adecuada de los equipos de protección personal, se puede proceder al desmontaje de la batería guiándose por los siguientes pasos:
. Cartel de precaución
Ubique el “Cartel de Precaución” encima del vehículo para anunciar el mantenimiento a efectuarse (Toyota Motor Corporation, 2011). Ver Anexo 1.
. Vehículo apagado Para proceder al desmontaje se debe verificar que todos los accesorios estén apagados. Además, se debe mantener el control del vehículo apartado de este.
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. Cubierta trasera
Se debe extraer la cubierta del piso trasero. Para esto deberá girar las perillas lo cual libera el bloqueo, y se retira la caja del piso trasero tirando de ella hacia arriba.
Figura 17. Cubierta trasera
. Extracción de cobertores 1) Tumbe los asientos traseros hacia la parte de adelante, de modo que nos permita extraer los 2 cobertores traseros. 2) Para su extracción se debe introducir una paleta de plástico o un desarmador plano haciendo palanca. 3) Tire de dichos cobertores para retirarlos.
Figura 18. Extracción de cobertores
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. Desconexión de la batería auxiliar
Extraiga la cubierta lateral derecha de la batería auxiliar, y luego desconecte al terminal negativo con la ayuda de un dado 10.
Figura 19. Desconexión de la batería auxiliar
. Desconexión del fusible 1) Deslice hacia arriba el fusible de alta tensión (Jumper color naranja) de la batería HV. 2) Extraiga el fusible de la toma de servicio mientras gira la palanca hacia la izquierda y tirando atrás. 3) Guarde el jumper de seguridad (fusible de alta tensión) en un lugar seguro para evitar que alguien lo vuelva a colocar.
Figura 20. Desconexión del fusible
Extracción del conjunto de la batería HV
Para la extracción de conjunto de la batería HV se deberá aislar cada cable o conector a extraer, evitando el contacto con la carrocería del vehículo, además de seguir los siguientes pasos:
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1) Para extraer el protector de la batería HV se deben aflojar 2 pernos (dado 12) y los anclajes de la correa de sujeción del equipaje.
Figura 21. Extracción del protector de la batería HV
2) Extraer el protector de entrada de aire, para esto se deberá retirar el perno de soporte (dado 12), ubicado en la parte baja del asiento trasero lateral derecho del vehículo.
Figura 22. Extracción del protector de entrada de aire
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3) Extraer el conducto de admisión del sistema de ventilación, retirando 2 retenedores de tapicería que lo aseguran. Para su extracción se debe de tirar en sentido de los asientos como lo indica la Figura 23.
Figura 23. Extracción del conducto de admisión del soplador
4) Desconectar los 3 terminales de color blanco que están cerca al ventilador (Figura 24), siendo estos los conectores del relé principal del sistema, conector del interbloqueo y el conector de la ECU de la batería HV.
Figura 24. Desconexión de relés
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5) Extraer el conducto de salida del sistema de ventilación, retirando el retenedor de color naranja que lo asegura (Figura 25).
Figura 25. Extracción del conducto de salida del soplador
6) Extraer el ventilador retirando los 4 pernos que están en su base. Para su extracción se utilizará un dado 10, la ubicación se aprecia en la Figura 26.
Figura 26. Extracción del ventilador
Además, se deberá inspeccionar el estado del ventilador y efectuar su correcta limpieza despojándose de cualquier suciedad que se encuentre en su interior.
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7) Extraer la cubierta superior del sistema de relés quitando 4 tuercas, 1 perno y 1 retenedor color naranja. Para retirar las tuercas y perno se sebera extraer con dado 10.
Figura 27. Extracción de cubierta superior
8) Desconectar el terminal negativo y positivo del sistema de relés con un dado 10. Mantener aislados los terminales del sistema con cinta aislante.
Figura 28. Desconexión de los terminales del conjunto de relés
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9) Desconectar la manguera de evacuación de gases de los módulos de la batería HV de color negro como se aprecia en la Figura 29, ubicada en el extremo opuesto del ventilador. Para su desconexión solo se debe tirar de el ya que no posee seguro alguno.
Figura 29. Desconexión de manguera de evacuación de gases
10) Extraer tres retenedores de tapicería que se encuentran anclados entre las bases del conjunto de la batería HV y los asientos traseros del habitáculo, como lo indica la Figura 30.
Figura 30. Extracción de retenedores de tapicería
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11) Retirar todos los pernos que aseguran el conjunto batería HV, que se encuentra ubicado a los costados de la cubierta metálica.
Figura 31. Extracción de pernos del conjunto de la batería HV
12) Extraer la batería HV, siempre y cuando antes se haya realizado una comprobación visual del estado de la batería y los cables de alta tensión.
Figura 32. Extracción del conjunto de la batería HV
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Desguace de la batería HV Una vez desmontada la batería de alta tensión, se debe llevar al comprador de packs, donde se procede al desguace de la siguiente manera:
1) Extraer todas tuercas que aseguren la cubierta metálica superior
Figura 33. Extracción de cubierta metálica superior
2) Retirar los protectores laterales de color negro que protegen las conexiones lateras a los módulos de la batera HV.
Figura 34. Retiro de protectores laterales de los módulos
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3) Extraer el seguro para conducto de gases que emanan los modulos cunado estos alcanzan temperaturas superiores a la correspondiente, para ello se debe tirar de ellos hacia la parte superior.
Figura 35. Extracción del seguro de conducto de gases
4) Extraer los dos conductos de gases que contiene la batería HV, dichos conductos despojan los gases que generan los módulos. Se debe inspeccionar que dichos cauchos no presenten fisuras.
Figura 36. Extracción de conductos de gases
5) Extraer los sensores de temperatura que se encuentran en la parte superior de los módulos de la batería, dispuestos uno en cada extremo y al centro.
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Figura 37. Extracción de los sensores de temperatura
6) Retirar las chapas metalizas aflojando todas las tuercas que las aseguran.
Figura 38. Retiro de chapas metálicas
7) Girar el conjunto de la batería HV, quedando los packs a la parte inferior, y extraer las tuercas restantes que sujetan los packs a la cubierta metálica inferior.
Figura 39. Extracción de pernos inferiores del conjunto de la batería HV
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8) Retirar la carcasa metálica inferior, quedando la jaula de la batería HV donde se encuentran alojados los módulos.
Figura 40. Batería HV desguazada
9) Desmontar los packs de la jaula aflojando los pernos que la sujetan, teniendo pernos por cada lado.
Figura 41. Desguace de la batería HV
10) Extracción de los packs, se extraen los packs de la jaula para posteriormente colocarlos en las jaulas para pruebas.
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Figura 42. Extracción de los packs
11) Montaje en los bloques para pruebas, se procede a montar los packs en los bloques para pruebas (Bloque A y Bloque B).
Figura 43. Montaje en los bloques para pruebas
2.5.3.2. Indicaciones previas a los procesos del comprobador
Para llevar a cabo los procesos de diagnóstico que determina el estado de los packs, se deberán dividir los 14 packs de la batería HV del Toyota Prius 3g en dos jaulas para pruebas a los cuales llamaremos Bloque A y Bloque B, ensamblando 7 packs para cada bloque. Prosiguiendo con el proceso se debe tener en cuenta las siguientes recomendaciones:
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. Se debe verificar que las chapas metálicas estén debidamente ajustadas permitiendo el correcto contacto.
Figura 44. Verificación de ajuste de chapas
. Inspeccionar que las chapas metálicas no estén sulfatadas o corroídas lo cual evita el flujo de corriente.
Figura 45. Inspección del estado de las chapas
. Para las jaulas a pruebas, tanto el Bloque A como el Bloque B, presentan etiquetas que indican el polo al cual deben de ir acoplados, siendo rojo para el polo positivo y negro para el polo negativo.
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Figura 46. Acople de los packs en las jaulas
. En el ensamble de cada jaula, se deberá inspeccionar que los packs queden ensamblados de manera que permita la conexión en serie, quedando estos intercalados sus polos como lo muestra la Figura 47.
Figura 47. Intercalación de polos de los packs
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. Las rejillas de ventilación (Figura 48), debe estar despejada para despojar el aire caliente que proviene del interior del comprobador de packs.
Figura 48. Rejillas de ventilación
. Para la conexión del comprobador, se debe verificar que los interruptores estén apagados, a excepción del botón de encendido.
. Cuando se está llevando a cabo los procesos de diagnóstico en el comprobador de packs, es importante no manipular los cables de conexión hacia los packs ni los interruptores del panel de control, evitando hacer contacto alguno entre sus pinzas con lo que se evita una descarga eléctrica o posible cortocircuito que afecte al equipo o usuario del mismo.
2.5.3.3. Protocolo para el diagnóstico de los packs
Para llevar a cabo el diagnóstico de los packs por medio del comprobador de packs, se debe seguir el orden la de la siguiente tabla de manera que los procesos tienen que ser sistémicos por lo que dichos procesos no pueden parar en su ejecución. La Tabla 3, indica las observaciones (de acuerdo al amperaje y tiempo) y consideraciones (voltaje mínimo o máximo) a tener en cuenta en cada proceso. Los packs que no se encuentren dentro de las observaciones y consideraciones mencionadas para cada proceso, presentan un desperfecto, afectando el funcionamiento del conjunto de la batería HV.
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Tabla 3. Consideraciones del protocolo para el diagnóstico de los packs N° Proceso Observación Consideraciones Identificar voltaje de cada 1 Medición inicial de los packs < 13,0 V pack 2 Descarga en paralelo Hasta los 3 V 3 Proceso de carga -Pre-carga 1,2 A / 25 min > 20,0 V - Reposo 10 min < 14,4 V - Carga 2,4 A / 50 min > 20,0 V 4 Proceso de descarga -Descarga en serie 0,8 A / Hasta los 13 V min < 13,0 V -Descarga en paralelo Hasta los 3 V 5 Proceso de carga final 2,4 A / 50 min > 20,0 V 6 Reposo en paralelo 60 min < 14,4 V Comprobación para fuga de 7 < 14,4 V corriente
2.5.3.4. Procedimiento de conexión para pruebas en el comprobador de packs
La conexión del comprobador hacia los packs se dará según el proceso (prueba) a realizar. La jaula o bloque a prueba, estará marcada en la parte superior por una letra, pudiendo ser esta “A” o “B”. Dicha marca siempre ira de frente al panel del comprobador de packs como guía, como lo indica la Figura 49.
Figura 49. Guía de jaula
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Para las pruebas, ambos Bloques (A y B), deberán ser señalados reconociendo los packs de manera que queden identificados para su posterior diagnóstico. Para su identificación, se puede utilizar una cinta de papel indicando el número de pack como lo muestra la Figura 50.
Figura 50. Numeración de los packs a pruebas
Medición inicial de los packs Para dar inicio al diagnóstico y determinar el estado de los packs que conforman la batería HV, se deben tomar el potencial eléctrico con el que se encuentran cada bloque, dando así una referencia de voltaje inicial. En este punto ningún pack debe estar por debajo de los 13 V, siendo este el voltaje mínimo para que trabajen correctamente. Para efectuar la medición de los packs del bloque a pruebas se utilizará el voltímetro individual, como se parecía en la Figura 51.
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Figura 51. Medición inicial de los packs
Descarga en paralelo Para el proceso de descarga en paralelo se debe hacer hasta que el valor de voltaje llegue a los 3 V, el tiempo dependerá del voltaje que tenga cada una de las celdas. El propósito de la descarga en paralelo es que cada celda tenga un voltaje similar o incluso igual. Para llevar a cabo este proceso, se hace necesaria la ayuda de los cables auxiliares que conectan de forma paralelo los módulos hacia las entradas del voltímetro individual como lo muestra la Figura 52.
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Figura 52. Conexión en paralelo para descarga y reposo en paralelo
Proceso de carga El proceso de carga iniciara con una pre-carga lo que hace que evite una carga excesiva de manera inesperada. Posteriormente a esto se dejará el bloque en reposo, para luego aplicar una carga en serie, donde los packs demostraran si logran mantener el voltaje asignado en la carga. Para llevar a cabo el proceso se conectará los cables de alimentación de los packs y sus packs conectados en serie, demostrado en la Figura 53.
Figura 53. Conexión en serie para carga y descarga en serie
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- Pre-carga Para el proceso de pre carga se debe aplicar 1.2 amperios por 25 minutos, es decir 0.5 Ah, teniendo en cuenta que el valor de voltaje no supere los 20 V por pack, en caso de exceder dicho valor indicado, el pack está deteriorado.
- Reposo Se debe dejar reposar el bloque a prueba por 10 minutos luego del proceso de la pre-carga. Los packs de la batería, no deberán descender del voltaje nominal 14.4 V. Si algún pack desciende más del valor nominal, dicho pack se encuentra deteriorado.
- Carga Para la carga, se alimenta el bloque a prueba con una intensidad de 2,4 amperios por un tiempo de 50 min, lo que quiere decir que se le asigna una carga de 1.6 Ah.
Proceso de descarga La finalidad del proceso de descarga es que nos permite equilibrar los módulos a prueba mediante la descarga en paralelo, permitiendo la estabilización de su potencial eléctrico.
- Descarga en serie
Para el proceso de descarga en serie se ejecuta la descarga a 0.8 amperios (A), tomando el tiempo en minutos cuando el valor de cada pack llegue hasta los 13 V como voltaje mínimo. Para la descarga en serie se mantiene la conexión del bloque a pruebas (Figura 53).
- Descarga en paralelo
El proceso de descarga en paralelo permite la descarga de las celdas de manera equilibrada y uniforme, equilibrando así el voltaje de sus packs. Dicha descarga en paralelo tiene que ser hasta no más de un voltaje mínimo de 3 V como manera de prevención, evitando que se invierta la polaridad. Para el proceso de descarga en paralelo la conexión se indica en la anterior Figura 52.
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Proceso de carga final En este proceso se da una carga final con un tiempo de 50 min a una intensidad de 2.4 amperios (2 Ah). Para este proceso se vuelve a efectuar la misma conexión que la Figura 53.
Reposo en paralelo Una vez finalizado los anteriores procesos mencionados se da un tiempo de 60 min de reposo en paralelo al bloque que ha sido sometido a pruebas, esto con el objetivo que todos los packs tengan el mismo voltaje. Además, al realizar las pruebas sometidas a constante carga y descarga los packs de la batería HV tienden a inflarse, por lo que es necesario dejarlas descansar. Para el reposo en paralelo se realiza la conexión de la Figura 52.
Comprobación para fuga de corriente Después del reposo en paralelo con las baterías ya cargadas, se debe hacer una última comprobación para determinar si existen posibles fugas de corriente en los packs, esto se denotará al tomar el valor de la variación del voltaje cada 30 minutos durante las siguientes 3 horas posteriores. Para este proceso los se debe de hacer la conexión de packs en serie y se ira tomando los valores de voltaje por packs, como lo muestra la Figura 54.
Figura 54. Comprobación para fuga de corriente
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2.5.4. PARÁMETROS PARA CATEGORIZACIÓN DE PACKS DE LA BATERÍA HV TOYOTA PRIUS 3G
Una vez realizado el mantenimiento a todos los packs que conforman la batería HV se le asigna a una categorización como lo indica la Tabla 4, dicha categorización nos permite conocer el estado del pack, demostrando el porcentaje de carga que esté presente. Esta categorización es proporcionalmente directa al tiempo de entrega que tiene un pack.
Tabla 4. Tabla de parámetros para la categorización de packs ESTADO CATEGORIA TIEMPO MIN TIEMPO MAX TIEMPO EN (H) (H) MINUTOS EXCELENTE A 2:11 2:30 131-150 BUENO B 1:51 2:10 111-130 REGULAR C 1:31 1:50 91-110 MALO D 0:00 1:30 0-90
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3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
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3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
3.1. DIAGNÓSTICO DE LOS PACKS DE UNA BATERÍA HV TOYOTA PRIUS 3G
3.1.1. MEDICIÓN INICIAL DE LOS PACKS
Para llevar a cabo este proceso, se tomó el voltaje de cada pack como se observa en la Tabla 5, haciendo referencia al voltaje inicial de cada bloque a prueba. Por medio de los valores de voltaje medidos se comprobó que existen 3 packs de la batería HV por debajo de los 13.0 V (Voltaje mínimo), siendo estos los packs P4, P6 y P7 del Bloque A.
Tabla 5. Valores de voltaje en medición inicial del Bloque A y Bloque B PACK VOLTAJE VOLTAJE (P) BLOQUE A BLOQUE B 1 13.3 14.1 2 13.7 14.2 3 13.5 14.0 4 12.9 13.8 5 13.1 14.2 6 12.6 13.9 7 12.1 14.8 TOTAL 91.2 99.0
La batería HV a pruebas (Bloque A Y Bloque B), presenta un voltaje inicial total de 190.2 V.
3.1.2. DESCARGA EN PARALELO
En la Tabla 6, se muestran los valores de voltaje que han sido tomados del proceso de descarga en paralelo para cada bloque a prueba, el tiempo de descarga varía dependiendo qué tan cargados están los módulos de la batería HV.
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Tabla 6. Valores de voltaje por descarga en paralelo del Bloque A y B PACK VOLTAJE VOLTAJE (P) BLOQUE A BLOQUE B 1 2 3 4 3 3 5 6 7
3.1.3. PROCESO DE CARGA
Para proceso se realizaron tres pruebas como lo indica el protocolo, siendo estas las pruebas de pre-carga, reposo y carga.
3.1.3.1. Pre-carga
El proceso de pre-carga se realizó para evitar una sobre carga en los packs, con lo que se efectuó una baja carga con poco tiempo y un bajo amperaje. En la Tabla 7, se muestran los valores de voltaje de cada pack que han sido tomados durante la pre-carga. El voltaje más alto registrado está representado por el cuarto packs (P4) con 15.9 V, con lo cual se notifica que ningún pack del Bloque A supera los 20.0 V, el cual es el voltaje máximo que debe alcanzar un pack en este proceso.
Tabla 7. Valores de voltaje en pre-carga Bloque A BLOQUE PACK VOLTAJE (P) (V) 1 15.2 2 15.6 3 15.4 4 15.9 A 5 15.7 6 15.6 7 15.3 TOTAL 108.7
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En la Tabla 8, se aprecian los valores de voltajes de los packs que integran el segundo bloque a pruebas siendo este el Bloque B. Al igual que el Bloque A, ningún pack supera los 20.0 V.
Tabla 8. Valores de voltaje en pre-carga Bloque B BLOQUE PACK VOLTAJE (P) (V) 1 15.9 2 16.2 3 16.0 4 16.1 B 5 16.1 6 15.9 7 16.0 TOTAL 112.2
La Figura 55, indica mediante grafica de barras, la variación de voltaje que existe del Bloque A con relación al Bloque B durante la pre-carga. Denotando que la jaula a pruebas del Bloque B, presenta mejores condiciones en la fase o proceso de la pre-carga.
Variación de voltaje del Bloque A y B en Pre-carga
16,2
16,1 16,1
16 16
15,9 15,9 15,9
15,7
15,6 15,6
15,4
15,3 15,2
P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7
BLOQUE A BLOQUE B
Figura 55. Variación de voltaje del Bloque A y B en Pre-carga
3.1.3.2. Reposo
En la Tabla 9, se aprecian los valores de voltaje que fueron tomados en el proceso de reposo del Bloque A. Como se puede observar, ningún pack estuvo por debajo de su voltaje nominal (14.4 V). El pack con menor voltaje registrado fue para el séptimo pack (P7) con 15.0 V. Además, se puede apreciar como la tensión en dicho bloque empieza a presentar una estabilidad.
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Tabla 9. Valores de voltaje en reposo Bloque A BLOQUE PACK VOLTAJE (P) (V) 1 15.1 2 15.3 3 15.2 4 15.3 A 5 15.4 6 15.2 7 15.0 TOTAL 106.5
Por la Tabla 10, se demuestran los valores de voltaje del Bloque B durante el reposo, el cual indica que el pack de menor voltaje está dado por el primer pack siendo este P1 con 15.1 V.
Tabla 10. Valores de voltaje en reposo Bloque B BLOQUE PACK VOLTAJE (P) (V) 1 15.1 2 15.5 3 15.5 4 15.7 B 5 15.4 6 15.6 7 15.3 TOTAL 108.1
Por la Figura 56, se aprecia la variación de voltaje que hay entre el bloque A y el Bloque B, determinando que para el proceso de reposo existe un mínimo voltaje de 15.0 V dado por el pack P7 del Bloque A en esta batería HV sometida a pruebas.
Variación de voltaje del Bloque A y B en Reposo
15,7
15,6
15,5 15,5
15,4 15,4
15,3 15,3 15,3
15,2 15,2
15,1 15,1 15
P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7
BLOQUE A BLOQUE B
Figura 56. Variación de voltaje del Bloque A y B en Reposo
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3.1.3.3. Carga
La Tabla 11, muestra los valores de voltaje con carga para el Bloque A. Como se analiza ningún pack alcanzo los 20.0 V, el cual es el voltaje máximo en este proceso, si algún alcanza este voltaje estaría en desperfecto estado dicho pack.
Tabla 11. Valores de voltaje en carga Bloque A BLOQUE PACK VOLTAJE (P) (V) 1 17.0 2 17.1 3 17.0 4 16.8 A 5 16.7 6 16.6 7 16.9 TOTAL 118.1
En la Tabla 12, al igual que la anterior tabla, se constata que ningún valor excede los 20.0 V, por lo que hasta este proceso los packs del bloque B se encuentran todavía en buen estado.
Tabla 12. Valores de voltaje en carga Bloque B BLOQUE PACK VOLTAJE (P) (V) 1 17.4 2 17.2 3 17.1 4 17.3 B 5 17.1 6 17.1 7 17.3 TOTAL 120.5
Por medio de la Figura 57, se aprecia la variación de voltaje tanto del bloque A como del Bloque B, determinando que el máximo voltaje en este proceso es de 17.4 V que lo registra el primer pack (P1) del Bloque B.
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Variación de voltaje del Bloque A y B en Carga
17,4
17,3 17,3
17,2
17,1 17,1 17,1 17,1
17 17
16,9
16,8
16,7 16,6
P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7
BLOQUE A BLOQUE B
Figura 57. Variación de voltaje del Bloque A y B en Carga
3.1.4. PROCESO DE DESCARGA
El proceso de descarga viene precisado por dos pruebas de manera consecutiva, como son; descarga en serie y descarga en paralelo.
3.1.4.1. Descarga en serie
En la Tabla 13, se puede observar la diferencia del tiempo de cada pack mediante el Bloque A, lo que indica un tiempo mínimo de descarga en serie de 1h00min dado por P5, y un tiempo máximo de 1h44min por P3, con lo cual refiere que dichos packs no se encuentran en buen estado para en proceso de descarga.
Tabla 13. Valores de voltaje por descarga en serie Bloque A BLOQUE PACK (P) VOLTAJE MÍNIMO (V) TIEMPO 1 1:30:00 2 1:40:00 3 1:44:00 A 4 13 1:10:00 5 1:00:00 6 1:09:00 7 1:05:00
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Por medio de la Tabla 14, se observa asimismo en el Bloque B, el tiempo en que demoran en descargarse los packs hasta llegar a los 13.0 V con un consumidor de 0.8 A, demostrando un tiempo máximo de descarga en serie de 2h28min dado por el primer pack (P1).
Tabla 14. Valores de voltaje por descarga en serie Bloque B BLOQUE PACK (P) VOLTAJE MINIMO (V) TIEMPO 1 2:28:00 2 2:21:00 3 2:17:00 B 4 13 1:55:00 5 2:16:00 6 1:55:00 7 1:45:00
Por la Figura 58, se aprecia mediante la gráfica de barras que, notablemente el Bloque B presenta packs en mejor estado y que se encentran en buen funcionamiento para soportar procesos de carga y descarga en el vehículo.
Variación de voltaje del Bloque A y B en Descarga en serie
2:28:00
2:21:00
2:17:00
2:16:00
1:55:00 1:55:00
1:45:00
1:44:00
1:40:00
1:30:00
1:10:00
1:09:00
1:05:00 1:00:00
P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7
BLOQUE A BLOQUE B
Figura 58. Variación de voltaje del Bloque A y B en Descarga en serie
3.1.4.2. Descarga en paralelo
La Tabla 15, indica el voltaje que tienen los bloques A y B durante la descarga en paralelo, teniendo en cuenta que para este proceso el voltaje mínimo es de 3.0 V.
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Tabla 15. Valores de voltaje por descarga en paralelo del Bloque A y B PACK VOLTAJE VOLTAJE (P) BLOQUE A BLOQUE B 1 2 3 4 3 3 5 6 7
3.1.5. PROCESO DE CARGA FINAL
En la Tabla 16, se evidencia el voltaje que tiene cada pack del Bloque A durante el proceso de carga en serie o carga final, siendo esta la última carga que se le asigna al bloque a pruebas. Ningún pack excedió el voltaje máximo en este proceso (20.0 V).
Tabla 16. Valores de voltaje en carga Bloque A BLOQUE PACK VOLTAJE (P) (V) 1 17.1 2 16.9 3 17.3 4 17.2 A 5 17.3 6 17.1 7 17.2 TOTAL 120.1
La Tabla 17, demuestra los valores de voltaje en carga del Bloque B, con lo que se tiene un voltaje máximo de 17.7 V asignado por el primer pack (P1), lo que nos indica que ningún pack excedió los 20.0 V.
Tabla 17. Valores de voltaje en carga Bloque B BLOQUE PACK VOLTAJE (P) (V) 1 17.7 2 17.5 3 17.4 4 17.5 B 5 17.4 6 17.5 7 17.5 TOTAL 122.5
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La Figura 59, expresa la variación de voltaje entre el Bloque A y el Bloque B, por lo que se tiene un voltaje máximo de carga final de 17.3 V por el Bloque A, y de 17.7 V por el Bloque B.
Variación de voltaje del Bloque A y B en Carga en serie
17,7
17,5 17,5 17,5 17,5
17,4 17,4
17,3 17,3
17,2 17,2
17,1 17,1 16,9
P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7
BLOQUE A BLOQUE B
Figura 59. Variación de voltaje del Bloque A y B en Carga en serie
3.1.6. REPOSO EN PARALELO
Una vez finalizados los anteriores procesos mencionados, se le asigno siguiendo el protocolo un reposo en paralelo con un tiempo de 60 min. Mediante la Tabla 18, se tiene que P6 indica el mínimo voltaje para el bloque A, con un valor de 13.1 V y un máximo de 14.5 V, con lo que se muestra una variación de voltaje mayor a 1.0 V.
Tabla 18. Valores de voltaje de reposo en paralelo Bloque A BLOQUE PACK VOLTAJE (P) (V) 1 14.3 2 14.1 3 14.5 4 13.5 A 5 13.6 6 13.1 7 13.4 TOTAL 96.5
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Para la Tabla 19, se presenta un potencial eléctrico más estable en sus packs, teniendo un voltaje mínimo en el Bloque B de 14.6 V en P6 y, un voltaje máximo de 15.3 V en P1, con lo cual aquí, su variación de voltaje no excede los 1.0 V.
Tabla 19. Valores de voltaje de reposo en paralelo Bloque B BLOQUE PACK VOLTAJE (P) (V) 1 15.3 2 15.1 3 15.1 4 14.9 B 5 15.2 6 14.6 7 14.7 TOTAL 104.9
La Figura 60, expresa la variación de voltaje en el proceso de reposo en paralelo de los bloques A y B sometidos a pruebas, determinando una mayor estabilidad en este proceso al Bloque B, con lo que la mayoría de dichos packs presentan mejores condiciones para el funcionamiento en un vehículo híbrido.
Variación de voltaje del Bloque A y B en Reposo en paralelo
15,3
15,2
15,1 15,1
14,9
14,7
14,6
14,5
14,3
14,1
13,6
13,5
13,4 13,1
P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7
BLOQUE A BLOQUE B
Figura 60. Variación de voltaje del Bloque A y B en Reposo en paralelo
3.1.7. COMPROBACIÓN DE FUGA DE CORRIENTE
En la Tabla 20, se muestra la comprobación para fugas de corriente siendo este proceso el final de la prueba a realizar. Por medio de este proceso se determina las posibles fugas de corriente y su comprobación en la variación
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de voltaje. Por este proceso se denota que no existe una fuga de corriente notoria en sus packs.
Tabla 20. Comprobación de fuga de corriente del Bloque A BLOQUE PACK 30 60 90 120 150 180 (P) min Min Min min min min 1 14.0 13.9 13.9 13.9 13.9 13.9 2 13.7 13.6 13.6 13.6 13.6 13.6 3 14.4 14.3 14.3 14.3 14.3 14.2 4 13.2 13.1 13.0 13.0 13.0 13.0 A 5 13.4 13.3 13.3 13.3 13.3 13.2 6 12.9 12.8 12.8 12.8 12.8 12.8 7 13.1 13.0 13.0 13.0 12.9 12.9 TOTAL 94.7 94.0 93.9 93.9 93.8 93.6
En la Figura 61, se puede apreciar de manera gráfica la estabilidad con respecto al voltaje que se obtiene a través del protocolo para llevar a cabo el diagnóstico de los packs por medio del comprobador. Para este caso, en la Tabla 20, se observa la fuga de corriente del Bloque A, denotando que P6 presenta el voltaje más bajo con 12.8 V, y P3 con el voltaje más alto (14.2 V), dándonos una variación de voltaje mayor a 1.0 V.
Fuga de corriente - Bloque A 15,5
15
14,5
14
13,5
13
12,5 30 min 60 min 90 min 120 min 150 min 180 min
P 1 P2 P3 P4 P5 P6 P7
Figura 61. Fuga de corriente - Bloque A
Por medio de la Tabla 21, se representan los valores de voltaje en la comprobación de fuga de corriente que presentan los packs mientras se encuentran en reposo. 56
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Tabla 21. Comprobación de fuga de corriente del Bloque B BLOQUE PACK 30 60 90 120 150 180 (P) Min min min min min min 1 15.2 15.2 15.1 15.1 15.1 15.1 2 15.0 14.9 14.9 14.9 14.9 14.9 3 15.1 15.0 14.9 14.9 14.9 14.9 4 14.8 14.7 14.7 14.7 14.7 14.7 B 5 15.1 15.0 15.0 15.0 15.0 15.0 6 14.4 14.4 14.4 14.4 14.4 14.4 7 14.3 14.3 14.3 14.3 14.2 14.2 TOTAL 103.9 103.5 103.3 103.3 103.2 103.2
Mediante la Figura 62, se aprecia gráficamente que el voltaje en las pruebas del bloque B durante el proceso de fuga de corriente indican mayor estabilidad, teniendo por la Tabla 21, un voltaje mínimo de 14.2 V en el séptimo pack (P7), y un voltaje máximo de 15.1 V dado por (P3). Los packs en este bloque a pruebas no presentan una variación mayor a 1.0 V.
Fuga de corriente - Bloque B 15,5
15
14,5
14
13,5
13
12,5 30 min 60 min 90 min 120 min 150 min 180 min
P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7
Figura 62. Fuga de corriente - Bloque B
3.2. CATEGORIZACIÓN DE LOS PACKS DE LA BATERÍA HV TOYOTA PRIUS 3G
En la Tabla 22, se determina la categorización de los packs que conforman la batería HV, integrando los packs a pruebas de ambos bloques, tanto del
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Bloque A como del Bloque B, demostrando el estado en que se encuentran dichos packs de la batería HV de NiMH.
Tabla 22. Categorización de packs en batería HV BLOQUE PACK CATEGORÍA BLOQUE PACK CATEGORÍA (P) (P) 1 C 1 A 2 C 2 A 3 C 3 A A 4 D B 4 B 5 D 5 A 6 D 6 B 7 D 7 C
En los packs analizados se logró determinar que cuatro packs se encuentran en categoría B siendo estas los packs de la batería HV en desperfecto estado con lo que no se puede cumplir el correcto funcionamiento de las mismas. Para la categoría C, se obtuvieron de igual manera cuatro packs, los cuales tienen un estado regular, pero no para las correspondientes prestaciones que tiene un vehículo hibrido. Dos de los catorce packs que conforman la batería HV lograron la categoría B, los cuales funcionan con normalidad en un vehículo hibrido con excepción de una elevada potencia y uso del aire acondicionado, pues estas perderían de la potencia a entregar rápidamente. Para la categoría A, se obtuvieron cuatros packs los cuales funcionaran correctamente en el vehículo hibrido y respondiendo ante cualquier demanda de potencia que requiera el vehículo, pues estos packs están en excelentes condiciones para soportas cargas y descargas en la batería HV. Por medio de la categorización se puede ensamblar una batería con todos los packs conformados por una sola categoría, pudiendo estas ser de; categoría A, para baterías HV con un excelente estado, categoría B, para vehículos con un uso adecuado y bajas revoluciones, y categoría C, para vehículos que no presten de mucha demanda de potencia y traslados cortos.
3.3. COMPARACIÓN DEL ESTADO DE VOLTAJE INICIAL Y FINAL DE LOS PACKS
Por medio de las pruebas en el comprobador de packs realizadas a una batería HV, se denoto que los valores tomados al inicio del proceso difieren a los valores tomados en la comprobación por fuga de corriente, dando como
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resultado una variación de datos más uniforme como lo indican las Tablas 23 y 24, esto se pudo lograr por los procesos designados en el comprobador.
Tabla 23. Voltaje inicial y final de Bloque A PACK VOLTAJE INICIAL VOLTAJE FINAL (P) (V) (V) 1 13.3 13.9 2 13.7 13.6 3 13.5 14.2 4 12.9 13.0 5 13.1 13.2 6 12.6 12.8 7 12.1 12.9 TOTAL 91.2 93.6
Por la Tabla 23, tenemos un voltaje inicial mínimo del séptimo packs (P7) con 12.1 V y un voltaje inicial máximo de 13.7 V en el Bloque A. Para el voltaje final se encuentra un voltaje mínimo de 12.8 V en el sexto pack (P6) y, un voltaje máximo de 14.2 V en el tercer pack (P3).
Tabla 24. Voltaje inicial y final de Bloque B PACK VOLTAJE INICIAL VOLTAJE FINAL (P) (V) (V) 1 14.1 15.1 2 14.2 14.9 3 14.0 14.9 4 13.8 14.7 5 14.2 15.0 6 13.9 14.4 7 14.8 14.2 TOTAL 99.0 103.2
Asimismo, se compara por medio de la Tabla 24, la variación de voltaje de la prueba inicial con respecto a la prueba final en el Bloque B, donde se tiene un voltaje mínimo inicial de 13.8 V en P4, y voltaje máximo inicial de 14.8 V en P7. Para el voltaje mínimo final se registró el séptimo pack (P7) con 14.2 V, y un voltaje máximo final de 15.1 V en P1. La sumatoria del voltaje final del Bloque A y B es de 196.8 V en total.
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4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
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4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
4.1. CONCLUSIONES
Se describió al comprobador de packs para la correcta utilización del mismo, con lo cual permitió resultados favorables y correctos en los procesos a efectuarse.
Se delimitaron los parámetros adecuados para la categorización de los packs, teniendo como resultado 4 categorías, las cuales son; A, B, C y D, determinando que; los packs que se encuentren en la categoría A, se presentan en excelentes condiciones, para la categoría B, tienen un buen funcionamiento, y para las categorías C y D, dichos packs ya se encuentran fuera de funcionamiento.
Se describieron las medidas de seguridad a considerar en los procesos a llevar a cabo por el comprobador de packs, para evitar lesiones y posibles descargas de corriente del conjunto o bloques de las baterías, precautelando así la integridad del usuario.
Se definieron procedimientos para efectuar las pruebas de los packs por medio del comprobador, con lo cual se evita de realizar otro modo de llevarlo a cabo, manipulando correctamente el comprobador.
Se categorizaron los packs con los resultados obtenidos en las pruebas, comprobando que se encontraron un total de 4 packs en categoría A, 2 packs en categoría B, 4 packs en categoría C y, 4 packs en categoría D, con lo que se diagnosticó que la batería HV a prueba se encontraba en mal estado y con una variable de categorías.
Los packs encontrados en categoría “A”, presentan un tiempo de duración de descarga en serie superior a 2h 11min. Dichos packs de categoría “A”, pueden ser utilizados para recuperar otras baterías HV mediante la sustitución de los packs deteriorados con los packs ya analizados.
Se determinó que 2 de los 14 packs se encuentran con buen estado con una categorización de tipo B, lo que nos indica que estas pueden ser utilizadas para la restauración de una batería para su posible uso, teniendo en cuenta además la variación de voltaje que estas puedan presentar.
Para llevar a cabo el diagnostico mediante el comprobador de packs, se debe efectuar el proceso determinado por el manual de manera
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consecutiva, con lo una vez iniciado el proceso no se podrá detener puesto que variaría en sus datos (valores de tensión).
Se determinó que los packs encontrados en el centro del conjunto de la batería HV, son más afectados producto de la ventilación deficiente que tienen, ya que se refrigeran por el aire aspirado desde el habitáculo.
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4.2. RECOMENDACIONES
Conocer el funcionamiento del comprobador de packs a través del manual desarrollado anteriormente antes de su utilización, para obtener resultados correctos en los procesos.
Tener en cuenta las normas de seguridad para el desarrollo de la comprobación de los packs, para evitar cualquier forma de descarga eléctrica que afecte la salud del usuario.
Cumplir con los procedimientos de trabajo establecidos, para evitar daños en los componentes internos del comprobador.
Cumplir con los equipos de protección personal descritos en este manual.
Se debe tener en cuenta que no exista contacto alguno entre las pinzas al momento de realizar las pruebas de diagnóstico, puesto que ocasionarían un corto circuito.
Para un correcto contacto de las chapas metálicas, estas no deberán presentar sulfataciones, en caso de presentar posibles corrosiones, se deberán limpiar con ácido sulfúrico. Además, no se deberán lijar puesto que tienen una lámina protectora.
Los polos de las celdas (positivo y negativo), deben presentarse correctamente limpios para evitar valores erróneos.
Se recomienda rotar los packs de la batería HV de tal forma que los packs que se encuentran en el centro de la batería HV, queden dispuestos en sus extremos, y los packs de los extremos al centro de la misma.
Al momento de efectuar las pruebas por medio del comprobador de packs, no se deberán remover los cables de conexión de los packs, puesto que se puede producir un cortocircuito que, por consiguiente, afectará a los voltímetros.
El sistema de ventilación deberá permanecer encendió en la utilización del comprobador de packs, especialmente para las pruebas de descarga en serie y paralelo.
Para llevar a cabo cualquier proceso en el comprobador de packs, se debe verificar que los interruptores del panel de control se encuentren en la posición “OFF”, a excepción del botón de encendido y ventilación.
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Se recomienda mantener el aire acondicionado (A/C) del vehículo encendido ya que el sistema de ventilación del conjunto de la batería HV, sustrae aire desde el interior del habitáculo para la ventilación de las celdas.
Asimismo, se podría cambiar la ubicación de los sensores de temperatura, dejando estos dispuestos en la parte opuesta del conducto de ventilación de la batería HV, ya que aquí se presenta una deficiencia de ventilación, por lo que dichos sensores, a través de la ECU de la batería HV, hará reaccionar al ventilador, con lo cual, permite que dicho elemento permanezca un mayor tiempo encendido.
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BIBLIOGRAFÍA
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ANEXOS
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ANEXOS ANEXO 1 CARTEL DE PRECAUCIÓN
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ANEXO 2 EVIDENCIA FOTOGRÁFICA DEL COMPROBADOR
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