为了查找绝缘不良究竟发生于何处,笔者几乎找遍了整个车辆的橙色高压电源电路,涉及动力电池系统相关的不同子系统,拆除各电路端头仔细测量绝缘电阻(图3),但均没有发现任何故障。对于这种“软”故障,让维修人员感到十分困惑。
动力电池系统当然也应包括电池本身,出于安全考虑,动力电池的正极或负极均不接车壳搭铁。通常资料中指的高压绝缘,就是指正极或负极及电缆对车壳绝缘电阻的要求。实际上动力电池本身是由多节单体电池组合而成(图4),普锐斯的单体电池共有34节,每块镍氢单体电池为1.2V,每节内由六块串接电压为7.2V,总电压为244.8V。
每节镍氢电池均直接装在底盘车壳上,其外壳均是接车身搭铁的,每节电池又确实存在绝缘漏电问题,当然对每节电池都有绝缘的要求。如果单节电池漏电或绝缘不良,同样会“高压绝缘不良”。当某节电池绝缘不好出现漏电现象,严重时会形成电池的局部短路,甚至会造成火灾或触电等恶性安全事故。所以一旦发现有电池绝缘不好的情况,从安全行车的角度考虑,汽车电脑就会马上中断汽车动力。
在检修试车中一旦发现有“高压绝缘不良”的故障后,应首先拆解电池的串接线,用兆欧表逐一对每节电池进行绝缘检测。通过详细检测,最后发现故障车动力电池中有两块单体电池的绝缘电阻降到了1.2MΩ左右(图5)。对绝缘电阻阻值的要求与存放环境的温度和湿度有关,理论上一般要求绝缘电阻不应低于20MΩ,但实际检测证明,正常状态下每节电池的绝缘电阻值均高于数百兆欧。
普锐斯可在-28~80℃的环境温度下正常工作,动力电池的循环寿命一般可达8年以上。在行驶时动力电池会因放电或充电而发热,正常工作时电池温度也会随之升高。如果电池温度过高,一方面会导致动力电池的容量会急剧下降,另一方面还会引起电池内部的绝缘电阻下降。如果电池使用年限较长、散热风扇工作不良或通道堵塞,电池温度超限时,其内部绝缘电阻下降到低限值时,就会引发“绝缘不良”的报警,导致车辆动力中断。
需要指出的是,之所以动力电池会出现这种“软故障”,是因为电池内部的绝缘不是物理损坏,而是绝缘电阻会根据车况发生改变的。电池处于冷态时,一般不易出现绝缘不良的故障,但在车辆行驶时间较长后,旦电池温度升高到某一极限值后,绝缘电阻变小就可能出现这种故障。为了保证动力电池能很好地散热,在镍氢电池箱体中均装有专门的散热风扇和通风管道(图6),且每块电池的金属表面都有粗粒状凸起,以保证各块电池不紧密贴合,而留有一定的通风间隔通道。另外,为实时监控动力电池的温度,在散热通道和电池表面都装有温度传感器。
对于本故障车,在更换了绝缘电阻不合格的单节电池后,经过试车及四个多月的实车验证,故障被彻底排除了。
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