一辆2008年款丰田普锐斯混合电动汽车，搭载排量1.5L的 1NZ型发动机和最大净功率57kW的直流电机，行驶途中动力突然消失，已行驶210 000km。
2故障诊断与排除
据车主反映：之前该车车况一直比较稳定，很少出现故障，四个多月前，在行驶途中车辆突然失去了动力。这时，即使立即踩油门，发动机也没有丝毫反映，车辆被迫停在路边。当时仪表盘上闪现“高压绝缘不良”的提示信息。由于是遇到高压电故障，当时车主十分紧张不知所措。停驶一段时间后，车主试着再次启动，这时仪表盘上又恢复了正常，车辆又可起步并正常行驶。车主当时以为是车辆偶发故障，也就没有在意。两个多月前，该车在行驶中又出现动力突然中断的故障，熄火后又能启动和行驶。前天这种情况又再次发生，车主只得将车送修。在检修和试车时这种突然失去动力的故障，却没有再出现，这是个琢磨不定的“软故障”。根据车主描述的失去动力时会出现“高压绝缘不良”的提示，显然应查找与“高压电”相关的部件。此款混合电动汽车，“高压电”应是指动力电池及其相关电路(图1)。
图1 普锐斯动力电池及其相关电路
与比亚迪电动汽车的电池不同，普锐斯的动力电池为NiMH镍氢电池(图2)，正极板材料为NiOOH，负极板为“吸氢合金”，隔膜为多孔维尼纶无纺布。镍氢电池实质是储氢合金的一种应用，储氢合金相当于“吸氢海绵”，在释放氢离子的过程中，能控制化学反应并输出电能。它是一种绿色电池，具有高能量、长寿命、无污染等特点。在丰田多款电动车型，如雷克萨斯、皇冠及凯美瑞等混合电动汽车上使用，在我国，特别是南方地区有比较高的保有量。
图2 普锐斯的动力电池
依据“高压绝缘不良”的提示，应重点检查普锐斯动力电池的供电系统，包括的部件较多，涉及的电路也较复杂。有驱动行驶的MG2电机与发电机MG1等用的变频器、带动空调的三 相逆变器、电动转向的控制器、给低压蓄电池充电的DC-DC转换器，还有动力电池本身及控制器等等，均会涉及到高压电池系统。
为查找出绝缘不良的故障，在检修时使用了专门用于测量电路绝缘的兆欧表。有两种不同的兆欧表可供使用，一种是传统手摇的兆欧表，即靠手摇发电机产生1 000V的电压，利用高电压来检测电路的绝缘情况。另一种是VC60B型数字式兆欧表，利用电感储能的变换原理，来产生1 000V的电压。能将9V直流电池的电压转换成多种高压电，如产生250V、500V、1 000V等较高的直流电压，能直接显示绝缘电阻数值，使用较方便又直观。对电动汽车及动力电池的绝缘进行检测，这里建议采用数字兆欧表测量绝缘，宜用500V电压这档进行。
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。
图3 检测每节电池的绝缘电阻
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。
图4 普锐斯动力电池结构
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。
图5 故障车动力电池某单节电池绝缘电阻仅1.2MΩ
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，一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。
图6 普锐斯动力电池的散热系统
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。
3维修小结
平时维修普锐斯时应特别注意清理动力电池的通风管道，检查风机的运转情况，保证良好的散热。许多维修人员一般都比较重视对动力电池各项性能指标的检查，如电压的平衡、输出与输入的电流、继电器的控制等，而常常忽视动力电池的散热能力，尤其容易疏忽对散热通道的检查。因为，经过近10年的运行，动力电池的散热通道常易积尘堵塞，而导致散热不良。另外，特斯拉纯电动汽车使用的是“三元锂”动力电池，由7000多个单体电池组合而成。为彻底解决动力电池组本身的绝缘问题，采取的绝缘措施是将全部的动力电池外壳用可靠的绝缘材料隔绝，不与车体的金属材料接触，这样就能妥善地解决动力电池本身的绝缘漏电问题。
作者 汪贵行
长期在汽车运用与检测的第一线工作，1984年起被交通部门指派长期在伊拉克、也门等多个阿拉伯国家工作，负责机务技术并兼高级电气工程师。1995年起在深圳市特发华日丰田汽车公司从事技术工作，2009年退休后到深圳市通达汽车培训学校工作。2014年3月，在“香港之声”宣传电动汽车的应用。2013年，由深圳市科技部门推荐，主要工作业绩被选编在“特区人物志”中。
