PROBLEMAS DE MANUTENÇÃO E DIFICULDADES DE DIAGNÓSTICO EM VEÍCULOS EQUIPADOS COM SISTEMA ELÉTRICO 12 V/48 V (SISTEMAS MICRO-HÍBRIDOS)

Os fabricantes de automóveis têm vindo a desenvolver de forma dinâmica o setor dos veículos híbridos há vários anos e têm apresentado várias soluções e configurações diferentes. São cada vez mais os veículos disponíveis nas versões designadas como micro-híbrida, híbrida ligeira ou híbrida completa. Entre estes grupos de veículos, a tecnologia híbrida ligeira, baseada num sistema de 48 V, tem vindo a desenvolver-se de forma dinâmica. O desenvolvimento dinâmico dos veículos com um sistema de 48 V é consequência da utilização desta tecnologia não exigir grandes alterações estruturais no veículo e permitir obter resultados satisfatórios do ponto de vista da proteção do ambiente e do desempenho. Com o sistema de 48 V, é possível realizar uma série de funções adicionais, por exemplo, a função alargada do sistema de para-arranca, a funcionalidade e-boost, ou seja, o suporte do motor de combustão interna por um motor elétrico ou a função de recuperação, que consiste em mudar do motor elétrico para o modo de funcionamento do gerador, para alimentar a bateria do sistema de 48 V. Além disso, graças a esta solução, é possível implementar a denominada função de “navegação”, ou seja, desligar o motor de combustão interna ao soltar os pedais do travão e do acelerador.

Construção do sistema

O sistema de 48 V é um sistema adicional e não substitui o sistema de 12 V, mas funciona em estreita colaboração com este. A configuração do sistema elétrico de 48 V inclui uma bateria de 48 V, um motor elétrico (o denominado alternador de arranque), um conversor CC/CC e cabos de instalação auxiliares. É cada vez mais comum, sobretudo em veículos altamente equipados, o sistema auxiliar ser utilizado para alimentar cargas adicionais que requerem elevada potência, incluindo: motores estabilizadores eletromecânicos (sistema eAWS) ou compressores de ar de carregamento elétrico. A bateria do sistema de 48 V não substitui a bateria de 12 V. Trata-se de uma bateria adicional. É fabricada com tecnologia de iões de lítio. Esta tecnologia implica a utilização de elementos que monitorizam a tensão das células desta bateria e gerem a temperatura. É da responsabilidade do controlador da bateria de 48 V, que está localizado na caixa desta bateria. No interior da bateria auxiliar ou junto à própria bateria existe uma ventoinha para a refrigeração da mesma e um contactor de potência interno que liga a bateria às cargas do sistema auxiliar. Geralmente, a bateria auxiliar encontra-se no interior do veículo, na bagageira ou debaixo do banco do passageiro.

Rys.1 Akumulator instalacji 48 woltowej [materiał własny]

Imagem 1 Bateria do sistema de 48 V [own material]

O conversor CC/CC é um elemento que liga o sistema de 12 V ao sistema de 48 V. Este desempenha o papel do alternador, uma vez que é responsável por carregar a bateria de 12 V através da energia proveniente do sistema de 48 V. O conversor, tal como a bateria, está igualmente equipado com uma ventoinha de arrefecimento. Geralmente, está localizado no interior do veículo ou no compartimento do motor. O motor elétrico, designado como alternador de arranque, está integrado no compartimento do motor, ligado à roda cambota por meio de uma correia de acessórios. O motor elétrico é responsável pelo carregamento da bateria de 48 V, pelo arranque/reinício do arranque do motor de combustão interna e pela assistência ao motor de combustão interna durante a aceleração. O motor elétrico funciona como um gerador, que alimenta a bateria de 48 V, à semelhança de um alternador, e pode funcionar em modo de motor ao arrancar e auxiliar o motor de combustão interna, em que a potência é retirada da bateria secundária. É necessário um amplo ângulo de enrolamento da correia de acessórios da polia do alternador/arrancador para que as funções indicadas sejam executadas. Para este efeito, são utilizados dois tensores que garantem a tensão adequada da correia, seja qual for a fase de operação. Em determinadas soluções, a refrigeração do motor elétrico é feita com líquido do sistema de refrigeração. Os elementos do sistema de 48 V estão ligados por cabos roxos brilhantes.

Problemas de manutenção

Durante a manutenção de veículos com um sistema de 48 V, é necessário dar especial atenção à segurança no trabalho. Não são necessárias licenças elétricas adicionais para operar este tipo de sistema, mas é necessário respeitar os procedimentos de segurança adequados para reduzir o risco de acidentes. Em determinadas marcas de veículos, é um procedimento básico de segurança desativar o sistema de 48 V antes de proceder a determinadas operações. O procedimento de desativação é necessário, entre outros, quando se substitui componentes do sistema auxiliar. O procedimento de desativação deve ser realizado com um dispositivo de diagnóstico adequado com esta função. Deve seguir procedimentos de manutenção adicionais para veículos com um sistema danificado ou uma bateria de 48 V, tal como num acidente. Os obstáculos à manutenção dos sistemas de 48 V que podem ocorrer em veículos envolvidos em acidentes estão relacionados não só com danos mecânicos, mas também com o bloqueio do sistema de 48 V por motivos de segurança. Como exemplo, vamos utilizar um veículo Volvo, o modelo XC 60 de 2021, com um motor diesel de 2 litros com 145 kW. Neste veículo, quando é detetado um impulso de evento pelo controlador do airbag, o algoritmo de funcionamento do sistema pode optar por desligar a bateria auxiliar do sistema de 48 V. O algoritmo toma esta decisão independentemente de os elementos pirotécnicos de proteção do condutor e dos passageiros, ou seja, os cintos de segurança ou os airbags, terem sido ativados. Depois de desligar o sistema auxiliar na sequência da deteção, por exemplo, de uma colisão, será guardado um código de erro correspondente na memória do controlador que suporta a bateria do sistema de 48 V. Exemplo a seguir:

5. Erro de memória

B16527F Colisão detetada

Componente desligado

Imagem 2 Código de erro da desconexão de alta tensão devido a uma leitura de colisão no controlador da bateria do sistema de 48 V [BOSCH KTS diagnostic tool]

A interrupção do sistema é feita pelo inversor de desconexão, que se encontra no interior da bateria auxiliar e é possível verificar o respetivo estado mediante a análise dos parâmetros reais do controlador. Não é possível voltar a ativar o inversor enquanto o código de erro B16527F estiver armazenado na memória do controlador. Geralmente, é impossível eliminar o defeito em questão, sendo que, quando este é registado, de acordo com a recomendação do fabricante, deve substituir o controlador da bateria do sistema de 48 V. Neste veículo em particular, o controlador da bateria encontra-se no interior da bateria auxiliar e é substituível com a bateria completa.

Bateria de 48 V, inversor de desconexão: estado do interruptor

Estado: componente aberto

Imagem 3 Estado do inversor de desconexão do sistema de 48 V lido no controlador da bateria [BOSCH KTS diagnostic tool]

A descarga excessiva da bateria de 48 V também pode constituir um problema de manutenção. A insuficiência de carga da bateria pode ser causada, entre outras razões, por questões operacionais, como o arranque/paragem frequente do motor de combustão, as manobras frequentes e a utilização em distâncias curtas e a baixas temperaturas. Nestas situações, a anomalia é comunicada ao condutor através das luzes indicadoras da bateria (amarelas ou vermelhas) e de uma mensagem de erro. Quando o nível de carga da bateria auxiliar é inferior a 30%, é apresentada uma mensagem no painel de instrumentos. Neste caso, pare o veículo num local seguro e coloque-o ao ralenti até que a luz e a mensagem se apaguem. Uma outra causa de carga anormal da bateria auxiliar pode ser um problema com o motor elétrico ou com os respetivos acessórios. Quando suportam um motor de combustão interna, os motores elétricos geram potência ao nível de 10 kW ou mais, o que exerce uma grande pressão sobre a correia de acessórios e os rolamentos, tensores e, consequentemente, o seu desgaste prematuro. As correias de acessórios utilizadas em veículos com um sistema de 48 V têm um reforço adicional de fibras de aramida devido às cargas que suportam, além de terem de ser montadas com procedimentos adequados, ou seja, não podem ser dobradas ou torcidas durante a montagem. Neste momento, os motores elétricos, de acordo com as recomendações do fabricante, não estão sujeitos a reparação, mas sim a substituição. Tenha em atenção que as avarias no sistema de 48 V afetam diretamente o sistema de 12 V, o que pode resultar, por exemplo, na falta de carga do sistema elétrico principal. Com base na experiência anterior, este tipo de avaria costuma ser causado pela falha do conversor CC/CC, responsável pelo carregamento da bateria de 12 V a partir do sistema de 48 V. À semelhança dos motores elétricos, os conversores CC/CC, de acordo com a tecnologia do fabricante, não são reparáveis, pelo que estão sujeitos a substituição.
A popularidade dos veículos com sistemas elétricos modernos é cada vez maior no mercado. Qualquer oficina de reparação que queira ser competitiva e reconheça a importância do crescimento tem de estar preparada para reparar veículos deste tipo, desde sistemas de 48 V a sistemas de alta tensão. Para fazer face a estes desafios, este tópico será aprofundado numa série de artigos futuros, nos quais serão apresentados e descritos problemas reais e exemplos de manutenção, bem como procedimentos de diagnóstico e reparação para este tipo de veículos.