◆文/廣東 汪貴行

汪貴行 (本刊編委會(huì)委員)

長(zhǎng)期在汽車運(yùn)用與檢測(cè)的第一線工作，1984年起被交通部門指派長(zhǎng)期在伊拉克、也門等多個(gè)阿拉伯國(guó)家工作，負(fù)責(zé)機(jī)務(wù)技術(shù)并兼高級(jí)電氣工程師。1995年起在深圳市特發(fā)華日豐田汽車公司從事技術(shù)工作，2009年退休后到深圳市通達(dá)汽車培訓(xùn)學(xué)校工作。2014年3月，在“香港之聲”宣傳電動(dòng)汽車的應(yīng)用。2013年，由深圳市科技部門推薦，主要工作業(yè)績(jī)被選編在“特區(qū)人物志”中。

故障現(xiàn)象

一輛2008年款豐田普銳斯混合電動(dòng)汽車，搭載排量1.5L的1NZ型發(fā)動(dòng)機(jī)和最大凈功率57kW的直流電機(jī)，行駛途中動(dòng)力突然消失，已行駛210 000km。

故障診斷與排除

據(jù)車主反映：之前該車車況一直比較穩(wěn)定，很少出現(xiàn)故障，四個(gè)多月前，在行駛途中車輛突然失去了動(dòng)力。這時(shí)，即使立即踩油門，發(fā)動(dòng)機(jī)也沒有絲毫反映，車輛被迫停在路邊。當(dāng)時(shí)儀表盤上閃現(xiàn)“高壓絕緣不良”的提示信息。由于是遇到高壓電故障，當(dāng)時(shí)車主十分緊張不知所措。停駛一段時(shí)間后，車主試著再次啟動(dòng)，這時(shí)儀表盤上又恢復(fù)了正常，車輛又可起步并正常行駛。車主當(dāng)時(shí)以為是車輛偶發(fā)故障，也就沒有在意。

兩個(gè)多月前，該車在行駛中又出現(xiàn)動(dòng)力突然中斷的故障，熄火后又能啟動(dòng)和行駛。前天這種情況又再次發(fā)生，車主只得將車送修。

在檢修和試車時(shí)這種突然失去動(dòng)力的故障，卻沒有再出現(xiàn)，這是個(gè)琢磨不定的“軟故障”。根據(jù)車主描述的失去動(dòng)力時(shí)會(huì)出現(xiàn)“高壓絕緣不良”的提示，顯然應(yīng)查找與“高壓電”相關(guān)的部件。此款混合電動(dòng)汽車，“高壓電”應(yīng)是指動(dòng)力電池及其相關(guān)電路(圖1)。

圖1 普銳斯動(dòng)力電池及其相關(guān)電路

與比亞迪電動(dòng)汽車的電池不同，普銳斯的動(dòng)力電池為NiMH鎳氫電池(圖2)，正極板材料為NiOOH，負(fù)極板為“吸氫合金”，隔膜為多孔維尼綸無紡布。鎳氫電池實(shí)質(zhì)是儲(chǔ)氫合金的一種應(yīng)用，儲(chǔ)氫合金相當(dāng)于“吸氫海綿”，在釋放氫離子的過程中，能控制化學(xué)反應(yīng)并輸出電能。它是一種綠色電池，具有高能量、長(zhǎng)壽命、無污染等特點(diǎn)。在豐田多款電動(dòng)車型，如雷克薩斯、皇冠及凱美瑞等混合電動(dòng)汽車上使用，在我國(guó)，特別是南方地區(qū)有比較高的保有量。

圖2 普銳斯的動(dòng)力電池

依據(jù)“高壓絕緣不良”的提示，應(yīng)重點(diǎn)檢查普銳斯動(dòng)力電池的供電系統(tǒng)，包括的部件較多，涉及的電路也較復(fù)雜。有驅(qū)動(dòng)行駛的MG2電機(jī)與發(fā)電機(jī)MG1等用的變頻器、帶動(dòng)空調(diào)的三相逆變器、電動(dòng)轉(zhuǎn)向的控制器、給低壓蓄電池充電的DC-DC轉(zhuǎn)換器，還有動(dòng)力電池本身及控制器等等，均會(huì)涉及到高壓電池系統(tǒng)。

為查找出絕緣不良的故障，在檢修時(shí)使用了專門用于測(cè)量電路絕緣的兆歐表。有兩種不同的兆歐表可供使用，一種是傳統(tǒng)手搖的兆歐表，即靠手搖發(fā)電機(jī)產(chǎn)生1 000V的電壓，利用高電壓來檢測(cè)電路的絕緣情況。另一種是VC60B型數(shù)字式兆歐表，利用電感儲(chǔ)能的變換原理，來產(chǎn)生1 000V的電壓。能將9V直流電池的電壓轉(zhuǎn)換成多種高壓電，如產(chǎn)生250V、500V、1 000V等較高的直流電壓，能直接顯示絕緣電阻數(shù)值，使用較方便又直觀。對(duì)電動(dòng)汽車及動(dòng)力電池的絕緣進(jìn)行檢測(cè)，這里建議采用數(shù)字兆歐表測(cè)量絕緣，宜用500V電壓這檔進(jìn)行。

為了查找絕緣不良究竟發(fā)生于何處，筆者幾乎找遍了整個(gè)車輛的橙色高壓電源電路，涉及動(dòng)力電池系統(tǒng)相關(guān)的不同子系統(tǒng)，拆除各電路端頭仔細(xì)測(cè)量絕緣電阻(圖3)，但均沒有發(fā)現(xiàn)任何故障。對(duì)于這種“軟”故障，讓維修人員感到十分困惑。

圖3 檢測(cè)每節(jié)電池的絕緣電阻

動(dòng)力電池系統(tǒng)當(dāng)然也應(yīng)包括電池本身，出于安全考慮，動(dòng)力電池的正極或負(fù)極均不接車殼搭鐵。通常資料中指的高壓絕緣，就是指正極或負(fù)極及電纜對(duì)車殼絕緣電阻的要求。實(shí)際上動(dòng)力電池本身是由多節(jié)單體電池組合而成(圖4)，普銳斯的單體電池共有34節(jié)，每塊鎳氫單體電池為1.2V，每節(jié)內(nèi)由六塊串接電壓為7.2V，總電壓為244.8V。

圖4 普銳斯動(dòng)力電池結(jié)構(gòu)

每節(jié)鎳氫電池均直接裝在底盤車殼上，其外殼均是接車身搭鐵的，每節(jié)電池又確實(shí)存在絕緣漏電問題，當(dāng)然對(duì)每節(jié)電池都有絕緣的要求。如果單節(jié)電池漏電或絕緣不良，同樣會(huì)“高壓絕緣不良”。當(dāng)某節(jié)電池絕緣不好出現(xiàn)漏電現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)會(huì)形成電池的局部短路，甚至?xí)斐苫馂?zāi)或觸電等惡性安全事故。所以一旦發(fā)現(xiàn)有電池絕緣不好的情況，從安全行車的角度考慮，汽車電腦就會(huì)馬上中斷汽車動(dòng)力。

在檢修試車中一旦發(fā)現(xiàn)有“高壓絕緣不良”的故障后，應(yīng)首先拆解電池的串接線，用兆歐表逐一對(duì)每節(jié)電池進(jìn)行絕緣檢測(cè)。通過詳細(xì)檢測(cè)，最后發(fā)現(xiàn)故障車動(dòng)力電池中有兩塊單體電池的絕緣電阻降到了1.2MΩ左右(圖5)。對(duì)絕緣電阻阻值的要求與存放環(huán)境的溫度和濕度有關(guān)，理論上一般要求絕緣電阻不應(yīng)低于20MΩ，但實(shí)際檢測(cè)證明，正常狀態(tài)下每節(jié)電池的絕緣電阻值均高于數(shù)百兆歐。

普銳斯可在-28~80℃的環(huán)境溫度下正常工作，動(dòng)力電池的循環(huán)壽命一般可達(dá)8年以上。在行駛時(shí)動(dòng)力電池會(huì)因放電或充電而發(fā)熱，正常工作時(shí)電池溫度也會(huì)隨之升高。如果電池溫度過高，一方面會(huì)導(dǎo)致動(dòng)力電池的容量會(huì)急劇下降，另一方面還會(huì)引起電池內(nèi)部的絕緣電阻下降。如果電池使用年限較長(zhǎng)、散熱風(fēng)扇工作不良或通道堵塞，電池溫度超限時(shí)，其內(nèi)部絕緣電阻下降到低限值時(shí)，就會(huì)引發(fā)“絕緣不良”的報(bào)警，導(dǎo)致車輛動(dòng)力中斷。

需要指出的是，之所以動(dòng)力電池會(huì)出現(xiàn)這種“軟故障”，是因?yàn)殡姵貎?nèi)部的絕緣不是物理?yè)p壞，而是絕緣電阻會(huì)根據(jù)車況發(fā)生改變的。電池處于冷態(tài)時(shí)，一般不易出現(xiàn)絕緣不良的故障，但在車輛行駛時(shí)間較長(zhǎng)后，一旦電池溫度升高到某一極限值后，絕緣電阻變小就可能出現(xiàn)這種故障。為了保證動(dòng)力電池能很好地散熱，在鎳氫電池箱體中均裝有專門的散熱風(fēng)扇和通風(fēng)管道(圖6)，且每塊電池的金屬表面都有粗粒狀凸起，以保證各塊電池不緊密貼合，而留有一定的通風(fēng)間隔通道。另外，為實(shí)時(shí)監(jiān)控動(dòng)力電池的溫度，在散熱通道和電池表面都裝有溫度傳感器。

圖5 故障車動(dòng)力電池某單節(jié)電池絕緣電阻僅1.2MΩ

圖6 普銳斯動(dòng)力電池的散熱系統(tǒng)

對(duì)于本故障車，在更換了絕緣電阻不合格的單節(jié)電池后，經(jīng)過試車及四個(gè)多月的實(shí)車驗(yàn)證，故障被徹底排除了。

維修小結(jié)

平時(shí)維修普銳斯時(shí)應(yīng)特別注意清理動(dòng)力電池的通風(fēng)管道，檢查風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，保證良好的散熱。許多維修人員一般都比較重視對(duì)動(dòng)力電池各項(xiàng)性能指標(biāo)的檢查，如電壓的平衡、輸出與輸入的電流、繼電器的控制等，而常常忽視動(dòng)力電池的散熱能力，尤其容易疏忽對(duì)散熱通道的檢查。因?yàn)椋?jīng)過近10年的運(yùn)行，動(dòng)力電池的散熱通道常易積塵堵塞，而導(dǎo)致散熱不良。另外，特斯拉純電動(dòng)汽車使用的是“三元鋰”動(dòng)力電池，由7000多個(gè)單體電池組合而成。為徹底解決動(dòng)力電池組本身的絕緣問題，采取的絕緣措施是將全部的動(dòng)力電池外殼用可靠的絕緣材料隔絕，不與車體的金屬材料接觸，這樣就能妥善地解決動(dòng)力電池本身的絕緣漏電問題。

內(nèi)容補(bǔ)充

焦建剛

如作者所述，這是一例蓄電池老化導(dǎo)致的高壓絕緣不良故障，作者所做的檢查非常的仔細(xì)、認(rèn)真，最后確認(rèn)了故障是由于其中兩塊電池異常所致。

值得一提的是，由于對(duì)單個(gè)電池的分解、檢查是不被廠家認(rèn)可的，所以，在維修手冊(cè)中也沒有相關(guān)的檢查方法、步驟。這主要是由于電池屬于高電壓部件，維修時(shí)具有一定的危險(xiǎn)，廠家不建議進(jìn)行單項(xiàng)維修作業(yè)，但相關(guān)作業(yè)一定要由有資質(zhì)的人員來進(jìn)行，并確保安全。下文擴(kuò)充普銳斯HV控制系統(tǒng)故障碼信息(表1)及普銳斯動(dòng)力電池系統(tǒng)故障碼信息(表2)。

表1 普銳斯HV控制系統(tǒng)故障碼信息

表2 普銳斯動(dòng)力電池系統(tǒng)故障碼信息