2008款豐田普銳斯行駛中動力突然中斷

◆文/廣東 汪貴行

汪貴行 (本刊編委會委員)

長期在汽車運用與檢測的第一線工作，1984年起被交通部門指派長期在伊拉克、也門等多個阿拉伯國家工作，負責機務技術并兼高級電氣工程師。1995年起在深圳市特發(fā)華日豐田汽車公司從事技術工作，2009年退休后到深圳市通達汽車培訓學校工作。2014年3月，在“香港之聲”宣傳電動汽車的應用。2013年，由深圳市科技部門推薦，主要工作業(yè)績被選編在“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汽車，搭載排量1.5L的1NZ型發(fā)動機和最大凈功率57kW的直流電機，行駛途中動力突然消失，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，四個多月前，在行駛途中車輛突然失去了動力。這時，即使立即踩油門，發(fā)動機也沒有絲毫反映，車輛被迫停在路邊。當時儀表盤上閃現(xiàn)“高壓絕緣不良”的提示信息。由于是遇到高壓電故障，當時車主十分緊張不知所措。停駛一段時間后，車主試著再次啟動，這時儀表盤上又恢復了正常，車輛又可起步并正常行駛。車主當時以為是車輛偶發(fā)故障，也就沒有在意。

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

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

圖1 普銳斯動力電池及其相關電路

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

圖2 普銳斯的動力電池

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

為查找出絕緣不良的故障，在檢修時使用了專門用于測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)電機產(chǎn)生1 000V的電壓，利用高電壓來檢測電路的絕緣情況。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。對電動汽車及動力電池的絕緣進行檢測，這里建議采用數(shù)字兆歐表測量絕緣，宜用500V電壓這檔進行。

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車輛的橙色高壓電源電路，涉及動力電池系統(tǒng)相關的不同子系統(tǒng)，拆除各電路端頭仔細測量絕緣電阻(圖3)，但均沒有發(fā)現(xiàn)任何故障。對于這種“軟”故障，讓維修人員感到十分困惑。

圖3 檢測每節(jié)電池的絕緣電阻

動力電池系統(tǒng)當然也應包括電池本身，出于安全考慮，動力電池的正極或負極均不接車殼搭鐵。通常資料中指的高壓絕緣，就是指正極或負極及電纜對車殼絕緣電阻的要求。實際上動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)電池又確實存在絕緣漏電問題，當然對每節(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“高壓絕緣不良”。當某節(jié)電池絕緣不好出現(xiàn)漏電現(xiàn)象，嚴重時會形成電池的局部短路，甚至會造成火災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，汽車電腦就會馬上中斷汽車動力。

在檢修試車中一旦發(fā)現(xiàn)有“高壓絕緣不良”的故障后，應首先拆解電池的串接線，用兆歐表逐一對每節(jié)電池進行絕緣檢測。通過詳細檢測，最后發(fā)現(xiàn)故障車動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)。對絕緣電阻阻值的要求與存放環(huán)境的溫度和濕度有關，理論上一般要求絕緣電阻不應低于20MΩ，但實際檢測證明，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，動力電池的循環(huán)壽命一般可達8年以上。在行駛時動力電池會因放電或充電而發(fā)熱，正常工作時電池溫度也會隨之升高。如果電池溫度過高，一方面會導致動力電池的容量會急劇下降，另一方面還會引起電池內(nèi)部的絕緣電阻下降。如果電池使用年限較長、散熱風扇工作不良或通道堵塞，電池溫度超限時，其內(nèi)部絕緣電阻下降到低限值時，就會引發(fā)“絕緣不良”的報警，導致車輛動力中斷。

需要指出的是，之所以動力電池會出現(xiàn)這種“軟故障”，是因為電池內(nèi)部的絕緣不是物理損壞，而是絕緣電阻會根據(jù)車況發(fā)生改變的。電池處于冷態(tài)時，一般不易出現(xiàn)絕緣不良的故障，但在車輛行駛時間較長后，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扇和通風管道(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，而留有一定的通風間隔通道。另外，為實時監(jiān)控動力電池的溫度，在散熱通道和電池表面都裝有溫度傳感器。

圖5 故障車動力電池某單節(jié)電池絕緣電阻僅1.2MΩ

圖6 普銳斯動力電池的散熱系統(tǒng)

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

維修小結(jié)

平時維修普銳斯時應特別注意清理動力電池的通風管道，檢查風機的運轉(zhuǎn)情況，保證良好的散熱。許多維修人員一般都比較重視對動力電池各項性能指標的檢查，如電壓的平衡、輸出與輸入的電流、繼電器的控制等，而常常忽視動力電池的散熱能力，尤其容易疏忽對散熱通道的檢查。因為，經(jīng)過近10年的運行，動力電池的散熱通道常易積塵堵塞，而導致散熱不良。另外，特斯拉純電動汽車使用的是“三元鋰”動力電池，由7000多個單體電池組合而成。為徹底解決動力電池組本身的絕緣問題，采取的絕緣措施是將全部的動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力電池本身的絕緣漏電問題。

內(nèi)容補充

焦建剛

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

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