Los vehículos híbridos tienen un sistema inversor que cuenta con distintas condiciones. En todos los vehículos híbridos, como en todos los sistemas de control, existen componentes con algoritmos que identifican y supervisan que el comportamiento del auto sea óptimo para luego proceder y actuar de manera independiente o en conjunto. 

En el blog de hoy, les hablaré sobre el Sistema Inversor de un Auto híbrido y la función tan importante que cumple dentro de este.

El conjunto del Sistema Inversor tiene cuatro funciones específicas controladas en todo momento por la unidad de control electrónica del sistema Híbrido, dentro de estas funciones se encuentran: 

Funciones Sistema Inversor

• Elevar la tensión de 220 V aproximadamente a una tensión de 500VDC aproximadamente. Esto lo logra con un circuito Amplificador

• Con la tensión de 500VDC y usando la electrónica de potencia, genera una corriente Alterna en tres fases para conseguir el movimiento de MG2 y MG1 de forma independiente. Dentro del inversor se consigue la etapa de potencia, pero el control está a cargo de la unidad de control del sistema HV. 

• Accede invertir la situación de operación de MG1 Y MG2. De esta forma, logra por momentos convertirlos en generadores, y llevando esta carga hasta la batería de alta tensión HV.

• Utilizando la tensión de la batería de alta Tensión HV, genera una corriente alterna en tres fases. La corriente debe ser capaz de mover un motor eléctrico que opera el sistema compresor para el Aire Acondicionado.

• Permite que la carga de la batería de 12 V utilizando como fuente la carga de alta tensión de la batería HV, para esto utiliza un circuito conversor DC – DC incorporado en el mismo conjunto del inversor, toda la gestión es dada por la unidad de control electrónico del sistema híbrido HV. 

Otras funciones del Sistema Inversor

Se cuenta con otras funciones adicionales, como es por ejemplo: las mediciones de temperatura y corriente de los componentes internos. Estos componentes se encargan del monitoreo de la ECU HV y de esa forma se puede prevenir un mal funcionamiento que ocasione un riesgo en la operación del sistema.

En el análisis del circuito electrónico en el interior del INVERSOR, se encuentra el sistema divido en dos partes: una encargada de manejar los Moto Generadores y otra que maneja el motor del Aire Acondicionado y el conversor DC – DC. La primera contiene una fuente (ELEVADOR) , que se levanta a partir de los 220 V aprox. de la batería hasta una tensión de 500V y la segunda que opera con la tensión de 220 V Aprox.

Ahora bien, en esta ocasión describiré 5(cinco) componentes que son fundamentales en el funcionamiento del sistema Inversor:

*Cabe aclarar que este tema fue profundizado en nuestro más reciente Curso de Híbridos y Eléctricos en Cartagena y próximamente se llevará a cabo en Miami y Brasil, conoce aquí los cursos y profundiza un poco más*

1. Elevador de tensión (BOOSTER) 

El elevador de tensión es la clave del mecanismo inversor. El elevador está compuesto por un reactor, y módulo denominado IPM que en su interior contiene un par de transistores IGBT, estos transistores cumplen dos funciones específicas

• Crear una fuente SWTCH que eleve la tensión y siga a la parte de control de los moto Generadores. 

• Además, Permite el paso de tensión hacia la batería en el momento en que los Moto Generadores trabajan como Generadores. El Módulo IPM y el reactor son unos elementos de potencia importante y este módulo a la salida de 500 V cuentan con un circuito RC (Resistencia condensador, que genera estabilidad al sistema y descarga el condensador cuando se desconecta de las baterías. 

2. Reactor

Es una Bobina que se encuentra en serie con el circuito como se puede apreciar en la fotografía inferior, todas sus conexiones se encuentran enlazadas con Tornillos fuertes y en este punto no deben existir resistencias o caídas de tensión.

Sitema inversor

3. Módulo IPM 

Sistema Inversor

Los IPM (Intelligent Power Module)  son módulos aislados diseñados para aplicaciones de manejo de poder conmutadas. Dicho esto, este módulo genera conmutación a masa y para ello utiliza transistores IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor), estos cuentan con una serie de características electrónicas que permiten conmutar a altas frecuencias y cargas elevadas.

Dentro de las características importantes de este módulo se encuentra:

• Completa salida de Poder.

• Compuerta Aislada en el comando del módulo.

• Protección lógica del circuito (Corto circuito – Sobre Temperatura – Sobre Voltaje).

 Las aplicaciones para este IPM son variadas, las más recomendadas para este conjunto electrónico son: 

• Inversores. 

• UPS.

 • Servo Control. 

• Fuentes de Poder.

4. Operación IPM en la estrategia de carga de la Batería HV

Sistema Inversor

Hasta este punto solo se ha analizado lo que pasa de la batería hacia el sistema, pero existe una estrategia en el momento que el sistema necesite recibir energía, si se analiza el circuito completo del Inversor se puede apreciar la conexión de los motores eléctricos MG1 y MG2. 

Cada una de las fases de los Moto – Generadores operan corriente alterna. Esta corriente es generada por el Inversor en la etapa 2 y va hacia uno de los motores Generadores MG.  Como primera instancia, la Corriente alterna se debe convertir en directa, para ese fin cada fase utiliza el puente rectificador conformado por el conjunto de diodos.

Una vez que pasa por este circuito, se tiene una salida Positiva y Negativa de Corriente directa, que también se estabiliza gracias al paquete de condensadores. Lo interesante está en la forma en que esa tensión va a pasar a la batería HV.

En primera instancia, para que la tensión ingrese debe ser mayor que la de la batería HV. Luego cuando llegue al IPM, esta tensión no podría pasar directamente puesto que el diodo 2 no estaría correctamente polarizado. Es en este momento cuando la unidad de control del sistema Híbrido deja de operar a T1 ( Quien controla la fuente conmutada) y permite la activación de T2 creando así un paso para la tensión.

5. Condensadores circuito Sistema Inversor

 

Auto híbrido Sistema inversor

En la etapa de Potencia tanto de Booster como de manipulación de motores MG y recarga de las baterías HV, están involucrados los condensadores.

Los condensadores están dispuestos en un paquete sellado muy estable y de un manejo importante de potencia y disipación. En la gráfica inferior se puede observar este conjunto de tres condensadores en el paquete que está montado en el interior de Inversor. 

El valor que tienen los condensadores se estipula en su etiqueta. Pero se estima que para el condensador que se encuentra entre la Batería HV y el módulo IPM el  valor de 0.1 Microfaradios.

Por otro lado, para el condensador que se encuentra después del Booster y antes del circuito Inversor de los Moto generadores, se suele representar como uno solo, pero en realidad es una suma de dos Condensadores. El primero de 1120 Microfaradios y otro de 282 Microfaradios. En la foto superior podemos apreciar el esquema de cada uno. 

Es importante entonces resaltar que el Sistema Inversor de un auto híbrido tiene funciones muy específicas controladas por la unidad de control y que dependiendo de la manera en la que trabaje (sea óptima o no) así operará el sistema.

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