E-sprężarki w hybrydach i elektrykach – co warsztat powinien wiedzieć?

E-sprężarki – nowy obwód wysokiego napięcia

Pojazdy hybrydowe oraz elektryczne wykorzystują wysokonapięciowe sprężarki elektryczne, których praca nie jest uzależniona od pracy silnika spalinowego. Zapewnia to większy komfort korzystania z klimatyzacji w tego typu pojazdach. Za pomocą prostego zdalnego sterowania można schłodzić nagrzane wnętrze pojazdu do żądanej temperatury jeszcze przed rozpoczęciem jazdy. Do sprężania czynnika chłodniczego sprężarka wysokonapięciowa wykorzystuje technologię spiralną typu Scroll.

Dlaczego e-sprężarki?

Rozwój sprężarek elektrycznych wynika między innymi z:

• coraz szybszego ładowania pojazdów elektrycznych i wynikającego z tego zapotrzebowania na większą wydajność układu chłodzenia,
• konieczności jednoczesnego chłodzenia kabiny pasażerskiej oraz akumulatora trakcyjnego,
• rosnących wymagań dotyczących chłodzenia w dużych samochodach elektrycznych BEV oraz elektrycznych pick-upach,
• postępującej elektryfikacji pojazdów i szybkiego przechodzenia na instalacje 800 V oraz elektryczne sprężarki EDC o większej wydajności.

Najważniejsze cechy e-sprężarek

• Masa sprężarki została zmniejszona o 20%.
• Pojemność robocza sprężarki została zmniejszona o 20% przy zachowaniu tej samej wydajności.
• Do pracy sprężarki wymagane jest napięcie stałe wynoszące 200 V DC lub więcej.
• Sprężarka może pracować z prędkością 7500 obr./min niezależnie od prędkości obrotowej silnika pojazdu.
• Wysoka prędkość obrotowa sprężarki pozwala zmniejszyć ilość czynnika chłodniczego tłoczonego podczas jednego obrotu. Przekłada się to na wyższą sprawność oraz ograniczenie hałasu i drgań.
• Elektryczne sprężarki układów klimatyzacji nie są zależne od prędkości obrotowej silnika spalinowego, co pozwala ograniczyć zużycie paliwa i emisję spalin.
• Sprężarki wysokonapięciowe są montowane w podobnym miejscu jak konwencjonalne sprężarki klimatyzacji.

Budowa sprężarki wysokonapięciowej

Zespół sprężarki składa się z:

• mechanizmu sprężającego typu Scroll,
• bezszczotkowego silnika elektrycznego,
• falownika klimatyzacji,
• separatora oleju,
• wału.

Silnik elektryczny sprężarki jest zasilany z wysokonapięciowego akumulatora trakcyjnego — w opisanym rozwiązaniu napięciem 200 V DC. Falownik układu klimatyzacji steruje silnikiem w taki sposób, aby utrzymywać wymaganą prędkość obrotową sprężarki.

Valeo EDC jest systemem modułowym łączącym kilka obszarów technologicznych, między innymi:

• elektronikę,
• oprogramowanie,
• silnik elektryczny,
• technologię sprężania czynnika chłodniczego.

Sprężarka wysokonapięciowa a konwencjonalna sprężarka klimatyzacji

W samochodzie wyposażonym w ICE – Internal Combustion Engine, czyli silnik spalinowy, silnik odgrywa podstawową rolę zarówno w układzie ogrzewania, jak i chłodzenia. W przypadku chłodzenia powietrze tłoczone przez dmuchawę przepływa przez parownik, gdzie zostaje schłodzone dzięki czynnikowi chłodniczemu. Następnie sprężarka napędzana przez silnik pojazdu spręża czynnik chłodniczy opuszczający parownik.

W przypadku ogrzewania ciepło wytwarzane przez silnik spalinowy przekazywane jest do płynu chłodzącego. Nagrzany płyn przepływa następnie przez nagrzewnicę, która ogrzewa powietrze kierowane do kabiny. W tradycyjnym samochodzie silnik spalinowy odgrywa więc podstawową rolę zarówno w ogrzewaniu, jak i chłodzeniu kabiny pojazdu.

Jak wygląda to w samochodzie hybrydowym lub elektrycznym?

W samochodzie HEV lub EV, w którym napęd nie jest zależny od pracy silnika spalinowego, sprężarka klimatyzacji również nie jest napędzana przez silnik spalinowy. Do napędu sprężarki wykorzystywany jest bezszczotkowy silnik prądu stałego BLDC – Brushless DC Motor.

Za ogrzewanie odpowiada natomiast grzałka PTC Positive Temperature Coefficient lub — alternatywnie — pompa ciepła, która zastępuje w tym zakresie ciepło wytwarzane przez silnik spalinowy. Poza tymi elementami pozostała część układu klimatyzacji jest zasadniczo taka sama jak w pojeździe wyposażonym w silnik spalinowy.

Diagnostyka i naprawa

Przy pracy ze sprężarkami wysokonapięciowymi bezpieczeństwo ma kluczowe znaczenie. Nie wolno wykonywać prac przy sprężarce, gdy znajduje się ona pod napięciem wynoszącym od 200 do 400 V.

Podczas wykonywania prac należy stosować odpowiednie środki ochrony:

• izolowane obuwie ochronne,
• certyfikowane rękawice elektroizolacyjne,
• odpowiednią ochronę oczu,
• narzędzia przeznaczone i dopuszczone do pracy przy instalacjach wysokiego napięcia.

Wymiana sprężarki

Przed przystąpieniem do wymiany należy upewnić się, że główny akumulator wysokonapięciowy został odłączony od instalacji elektrycznej pojazdu poprzez wyjęcie głównego bezpiecznika.

Następnie należy:

1. Ustawić wyłącznik lub urządzenie odłączające akumulator w pozycji OFF.
2. Pozostawić pojazd na 15–20 minut, aby umożliwić rozładowanie kondensatorów falownika.
3. Odłączyć wysokonapięciowe złącze sprężarki klimatyzacji.
4. Zabezpieczyć odłączone złącze w taki sposób, aby wyeliminować możliwość przypadkowego kontaktu z jego stykami.
5. Za pomocą stacji obsługi klimatyzacji odzyskać cały czynnik chłodniczy znajdujący się w układzie.
6. Wymienić sprężarkę na nową.

Kontrola rezystancji izolacji sprężarki elektrycznej

W przypadku wystąpienia usterki urządzenia pracującego w obwodzie wysokiego napięcia należy przeprowadzić pomiar rezystancji izolacji.

Wyposażenie potrzebne do wykonania pomiaru

Należy użyć:

• miernika rezystancji izolacji,
• odpowiednich środków ochrony indywidualnej — PPE.

Procedura pomiaru rezystancji izolacji

Odłączyć złącze wiązki wysokiego napięcia od sprężarki elektrycznej. Następnie sprawdzić rezystancję izolacji sprężarki za pomocą odpowiedniego miernika.

Rezystancja izolacji powinna wynosić co najmniej 1 MΩ. Do wykonania pomiaru należy użyć zakresu 500 V miernika rezystancji izolacji. Po rozpoczęciu pomiaru należy odczekać około 30 sekund, aż wskazywana wartość się ustabilizuje.

Olej stosowany w sprężarkach wysokonapięciowych

To jeden z najważniejszych punktów całego artykułu z punktu widzenia warsztatu. Sprężarki wysokonapięciowe wykorzystują specjalny olej poliestrowy POE (Polyolester Oil), który posiada właściwości elektroizolacyjne. Olej pokrywa między innymi uzwojenia silnika elektrycznego sprężarki i zabezpiecza układ przed upływem prądu.

Nawet bardzo niewielkie zanieczyszczenie niewłaściwym olejem może mieć poważne konsekwencje. Już 1% standardowego oleju PAG może pogorszyć właściwości dielektryczne zatwierdzonego oleju POE i doprowadzić do uszkodzenia układu.

Nie należy również stosować niezatwierdzonych barwników UV do wykrywania nieszczelności, ponieważ mogą one negatywnie wpływać na właściwości izolacyjne oleju sprężarki. Należy zawsze stosować olej dokładnie zgodny z zaleceniami producenta pojazdu lub układu klimatyzacji.

Sprężarki Valeo w ofercie Inter Cars

Rosnąca liczba samochodów hybrydowych i elektrycznych na drogach sprawia, że obsługa wysokonapięciowych układów klimatyzacji będzie coraz częściej pojawiać się w codziennej pracy warsztatów. Odpowiedni dobór sprężarki oraz przestrzeganie właściwych procedur montażowych i serwisowych mają w takich pojazdach szczególne znaczenie.

Sprężarki klimatyzacji Valeo oraz pozostałe produkty marki przeznaczone do obsługi i naprawy układów klimatyzacji są dostępne w ofercie Inter Cars. Dobierz rozwiązanie odpowiednie do konkretnego pojazdu i sprawdź dostępność produktów w Inter Cars e-Catalog.