Reparación de baterías de alta tensión – Configuración interna

Antes de comenzar con desmontajes y comprobaciones, debemos tener claro la estructura interna de una batería de AT. Cada fabricante diseña la batería conforme al espacio que se dispone en los bajos del vehículo, pero todos disponen de los mismos componentes en cuanto a acumulación de energía se refiere: celdas – elementos – módulos. Hay que tener en cuenta que estos nombres no están estandarizados y algunos fabricantes ponen otros nombres.

• Celdas: es el componente más pequeño que dispone la batería. Son las encargadas de almacenar la energía. En caso de ser de tipo LiPo tienen un voltaje nominal de 3,6 V aproximadamente y su conexión es en paralelo, de esta forma se consigue sumar la intensidad para la autonomía total del vehículo.

• Elementos: se componen de 2 o más celdas en paralelo. Los elementos se conectan todos en serie para conseguir los 360 V nominales. Son los componentes de la batería mas simples que podemos medir con el voltímetro.

• Módulos: se componen por varios elementos conectados en serie. Los módulos se conectan en serie unos con otros. Muchas baterías disponen de módulos para agrupar los elementos en función del espacio. Algunas baterías no disponen de módulos y disponen todos los elementos en un solo conjunto.

Veamos un par de ejemplos de arquitectura de batería de alta tensión y un esquema eléctrico para entender su configuración.

El Nissan Leaf de 40 kWh monta una batería HV con una configuración de 24 módulos con 2 elementos cada uno. Cada elemento dispone de 4 celdas con una configuración de 2 conexiones en serie de 2 celdas en paralelo. Cada celda tiene un voltaje nominal de 3,75 V y una capacidad de 56,3 Ah.

Batería de Nissan Leaf con celdas rectangulares

El Tesla Model S de 85 kWh monta una batería HV con una configuración de 16 módulos con 6 ladrillos (elementos) cada uno. Cada ladrillo contiene 72 celdas (18650) en paralelo. Cada celda tiene un voltaje nominal de 3,75 V y una capacidad de 3,4 Ah.

Batería de tesla con celdas 18650

Ejemplo de esquema de conexión de dos módulos

Las baterías AT montan una unidad BMS que controla toda la batería, o varias BMS para controlar distintos módulos o un número determinado de elementos. En caso de varias BMS, una de ellas tiene que hacer de principal o maestra para gestionar todo y comunicarse con otras unidades del vehículo por la red multiplexada.

Las baterías montan sensores de temperatura, estos miden la temperatura de los módulos.

También sensores de corriente que miden el amperaje en un cable determinado y de interruptores RAD para controlar el hinchamiento de la batería. Todos estos sensores informan a las unidades BMS.

A la salida de la batería se ubica el conjunto de relés contactores. Generalmente se montan 3 relés y una resistencia de precarga. Estos relés cierran o abren el paso de corriente de la batería a los distintos componentes de alta tensión del vehículo, como por ejemplo en inversor. Un relé corta el cable negativo, otro el positivo y el último, también el positivo pero pasa primero por la resistencia de precarga. Puede tener relés adicionales si el vehículo equipa un cargador.

Algunos vehículos, la resistencia de precarga la monta en el cable negativo, por lo que la explicación anterior la haría al revés. También podemos encontrar que el circuito contrario al que tenga la resistencia de precarga no disponga relé.

Ejemplo de relés de un hyundai Ionic PHEV

Los elementos de seguridad de una batería HV son los fusibles, el enchufe de seguridad y programas de monitorización de fuga de voltaje en las unidades BMS para detectar fallos de aislamiento eléctrico.

En el próximo post ya comenzaremos a ver como diagnosticar algunos de los fallos de las baterías AT.