Elektrické kompresory jsou již nějakou dobu na trhu a v současnosti pohánějí většinu systémů HVAC v hybridních a elektrických vozidlech. Použití elektrických kompresorů má několik výhod a zároveň disponují několika speciálními vlastnostmi, které je odlišují od tradičních klima kompresorů poháněných klínovým řemenem. Firma Nissens vám díky tomuto článku pomůže lépe porozumět kompresorům HV AC, pokud jde o základní problematiku a jak ji můžete řešit v moderních hybridních a elektrických autech se systémy tepelných čerpadel.

Koncepce a provoz

Kompresory HV AC se liší od tradičních jednotek, stále jsou však velmi podobné v konstrukčních komponentech. Elektrický kompresor efektivně cirkuluje chladivo v klima okruhu nebo okruhu tepelného čerpadla, přičemž je schopen provozu s vysokým točivým momentem.

Kompresory HV AC využívají technologii na bázi spirál, kde je chladivo stlačováno pomoci rotace sady spirál. Ve srovnání s tradičními jednotkami poháněnými řemenem má konstrukce méně dílů. Neexistují žádné písty, žádný mechanismus kyvných desek nebo řídicí ventily, které mají tradiční kompresory. Jediným ventilem ve spirálovém systému je relativně jednoduchý kovový ventil pro řízení vstupu a výstupu chladiva v kompresoru.

Tři hlavní části

Stručně řečeno, zařízení má tři hlavní části:

• Šneková/spirálová sestava pro stlačení chladiva
• 3-fázový elektrický motor, který otáčí kompresními prvky v srdci systému. Bezkomutátorový elektromotor skládající se z rotorového magnetu a statorové cívky. Motor pracuje při vysokých napětích nad 200 V. Chladivo okruhu se používá i k tepelné ochraně motorové jednotky.
• Integrovaný modul napájecího invertoru neboli PIM: k pohonu a řízení chodu motoru elektrického kompresoru. Převádí stejnosměrný proud z vysokonapěťové baterie vozidla na střídavý proud, který pohání elektromotor. Modul PIM se také skládá z hardwarové a softwarové části elektroniky navržené pro řízení rychlosti motoru a výstupního točivého momentu klima kompresoru.

Mnoho modelů kompresorů je vybaveno dvěma konektory. Větší konektor je pro vysokonapěťové připojení k akumulátoru vozidla. Zásuvka i kabeláž k baterii jsou z bezpečnostních důvodů v oranžové barvě, což značí vysoké napětí. Druhá menší zásuvka je pro komunikaci kompresoru s řídící jednotkou HVAC systému.

Řídicí jednotka posílá vstupní signály do modulu PIM, který je transformuje a řídí kompresor prostřednictvím napěťových signálů resp. úroveň elektrického proudu zasílaného do elektromotoru. Úroveň elektrického proudu řídí výstupní točivý moment kompresoru. Frekvence signálu řídí rychlost motoru.

Výhody

Elektrické kompresory jsou navrženy se zaměřením na nezávislost, spolehlivost a energetickou účinnost. Existuje několik důvodů, proč je mnoho nových energetických vozidel používá. Mezi ně patří:

• Stabilní komprese, vysoká rychlost a točivý moment.
• Zvýšená účinnost — vynikající výkon s nižší energií potřebnou k provozu kompresoru. Jemně vyladěná regulace výkonu snižuje spotřebu energie a prodlužuje životnost baterie vozidla. Provoz a řízení otáček vysokonapěťového kompresoru probíhá prostřednictvím řízení proudu, který je řízen PIM.
• Nejsou potřeba žádné řídicí ventily ani snímače rychlosti.
• Spolehlivý provoz nezávislý na pohonu vozidla — kompresor může běžet, ikdyž je elektromotor vozidla vypnutý a vůz se nepohybuje. Kromě využití pro klimatizaci umožňuje konstrukce kompresoru také použití pro tepelné čerpadlo a výrobu tepla.
• Tišší a umožňující vyšší rychlost – díky celkově menšímu počtu prvků jsou spirálové mechanismy jednodušší.
• Malé a kompaktní rozměry – není potřeba motorový pohon, což usnadňuje jeho umístění v uspořádání vozidla.

Běžná selhání

Stejně jako u jakéhokoliv jiného kompresoru mohou klima elektrokompresory mít podobné poruchy z důvodu selhání systému. Hlavní příčinu v kompresoru musí potvrdit vyškolený technik a zrověň vždy důkladně zkontrolovat systém, protože k většině poruch kompresoru dochází z jiných příčin.

Elektřina
Nepravidelný provoz kompresoru může být mimo jiné spojen s nepředvídatelnými elektrickými signály do nebo uvnitř elektronického řídicího modulu.

Problémy systému mohou naznačovat různé symptomy – neobvyklý hluk nebo nepravidelný chod nebo když vozidlo funguje pouze v některých režimech nebo nefunguje vůbec.

Mechanické poškození
Vysokonapěťový klima kompresor může být snadno mechanicky poškozen, což může způsobit další vážné systémové poruchy. Například nadměrné tření ve vnitřních částech a hlučnost mohou naznačovat zhoršené mazání kompresoru.

Častými příčinami jsou také přehřívání, vlhkost v okruhu nebo separace oleje. Častým důsledkem nadměrného zatížení jednotky jsou vážné poruchy vnitřních částí kompresoru – porucha spirálového mechanismu nebo celého kompresoru.

Některé z těchto vad může způsobit nedostatek nebo degradace maziva, stav chladiva nebo nadměrné tepelné namáhání. Uvědomte si, že nečistoty v okruhu, předávkování nebo použití nepovolených látek (UV barviva nebo látky zastavující netěsnosti) mohou kompresor zničit.

Mazání
Podobně jako u tradičních kompresorů je i pro elektrické kompresory olej také velmi důležitý. Kromě mazání a chlazení mechanických částí izoluje olej elektrické součásti. Nízkotlaké chladivo ochlazuje vinutí vysokonapěťového motoru, když se mísí s olejem. Proto je izolace mezi vinutím motoru kompresoru a kostrou podvozku vozidla zásadní. Olej musí mít odpovídající izolační odpor. Používejte pouze specifické typy olejů s vysokou rezistencí a předepsaných výrobcem automobilu.

VAROVÁNÍ! Některé typy maziv se nikdy nesmí používat například kvůli jejich vlastnostem absorbovat vlhkost.

Nesprávná aplikace/míchání oleje sníží elektrickou izolaci a způsobí poruchu vysokonapěťového systému. To může způsobit zkrat nebo vyvolat chyby systému, které pak vypnou kompresor nebo samotné vozidlo.

Výměna
Mějte na paměti, že než budete měnit kompresor jako zdroj selhání systému, tak poruchu nejprve diagnostikujte. Ujistěte se, že závadu nezpůsobuje žádná jiná součást, abyste zabránili opětovnému selhání nového kompresoru. Před montáži nového kompresoru se ujistěte, že systém byl propláchnut.

Pamatujte, že výměnu VN systému by měl provádět pouze odborný a kvalifikovaný personál, který má odpovídající certifikaci a školení. Dodržujte prosím bezpečnostní pravidla a používejte nářadí a další spotřební materiál určený pro vozidlo.

VAROVÁNÍ!

Při odstraňování závad nebo opravách vysokonapěťových systémů buďte opatrní. Mějte na paměti, že musíte být vyškoleni v údržbě těchto systémů a používat bezpečnostní opatření jako jsou rukavice (Třída 0). Důrazně doporučujeme, abyste si před kontrolou nebo opravou systému prostudovali servisní informace OE.

Jak diagnostikovat klima elektrokompresor

Proces diagnostiky kompresoru by měl začít základní kontrolou systému, pro zjištění provozuschopnosti okruhu.

Základní odstraňování problémů
Proces by měl zahrnovat:

• Celková kontrola výkonu systému – přívod studeného nebo teplého vzduchu do kabiny a výstup v různých režimech vytápění/chlazení.
• Kontrola statického tlaku pro zjištění, zda je v okruhu dostatek chladiva.
• Pracovní tlaky systému kontrolující výkon kompresoru a případná omezení průtoku
  Kontrola čistoty vnitřního systému.

Vizuální kontrola
Nikdy nevynechávejte tuto zásadní část úvodní kontroly systému. Věnujte zvláštní pozornost:

Všem spojením a jejich možným netěsnostem. – Dávejte pozor na zbytky oleje a přichyceným nečistotám.

Povrch kondenzátoru – podívejte se, zda není špinavý, nemá omezení proudění vzduchu resp. nemá poškozené lamely nebo trubky.

Jakékoli poruchy musí být zkontrolovány a opraveny, protože mohou způsobit selhání klima kompresoru.

Zkontrolujte také samotný kompresor. Ujistěte se, že obal nevykazuje známky přehřátí – vybledlý povrch nebo spálené štítky. Zkontrolujte, zda je elektrické spojení a izolace neporušená

Zvuková kontrola
Poslouchejte zvuk kompresoru při spuštění. Při provozu zkontrolujte, zda jednotka nevydává nějaké podezřelé zvuky. Neobvyklé zvuky – broušení nebo drnčení mohou souviset s poškozením vnitřních prvků např. jako jsou ventily spirálového mechanismu.

OBD
Palubní diagnostika dokáže přesně určit možné problémy s kompresorem registrované řídicí jednotkou systému HVAC. Poruchy se mohou týkat klima kompresoru anebo jednoho z prvků systému generujících řídicí signály – senzory nebo výkonová elektronika.

Osciloskop a signály třífázového proudu
Elektrická diagnostika vysokonapěťového kompresoru pomocí osciloskopu a proudových svorek je jednou z metod diagnostiky elektrického stavu většiny kompresorů s integrovaným modulem PIM. Modul není třeba otevírat, protože je zapečetěný a nikdy by se neměl rozebírat.

Obsluha potřebuje pouze přístup k vysokonapěťovým stejnosměrným vodičům z akumulátoru vozidla a vhodnému osciloskopu s proudovou svorkou.

Diagnostika je založena na získávání průběhů proudu z jednoho ze stejnosměrných vodičů. Kontrola může určit provozní stav kompresoru a jeho hnacího systému.

Opatrně získejte přístup k jednomu z VN vedení a připojte k němu stejnosměrnou proudovou svorku.

Se správně nastaveným osciloskopem odečtěte signály poskytované přes svorku.

Inspekce poskytuje dobrý pohled na 3-fázový proud jako druh pulsační vlny viděné na záchytu.

Před zapnutím kompresoru je proud obvykle nula ampér, takže nedochází k žádnému zvlnění. Při počátečním spuštění kompresoru lze pozorovat maximální vlnu, která indikuje mnohem vyšší než průměrný proud aplikovaný jako náběhový režim kompresoru. Krátce poté je proud výrazně nižší a závisí na výstupu přikázaném klima kompresoru řízením okruhu. Zde stabilizovaný obraz vlny 3fázového proudu pomáhá určit stav elektrického tvaru kompresoru.

Když jsou výška a frekvence vlny konzistentní a téměř identické po celou dobu snímání, tak elektromotor kompresoru a ovládací prvky jsou v dobrém stavu.

Jakékoli významné zvýšení nebo snížení amplitudy vlny může znamenat vážný problém s modulem výkonového invertoru nebo pohonem kompresoru. Spolu s nepravidelností proudu pozorovanou na osciloskopu může vadný provozní kompresor také vykazovat některé neobvyklé zvuky způsobené elektrickou fázovou nerovnováhou. Protože elektrický klimakompresor má integrovaný PIM, znamenalo by to, že klima kompresor by měl být vyměněn jako celá jednotka.