摘 要：随着世界各国环境保护的措施越来越严格，替代燃油发动机汽车的方案也越来越多，目前最有实用性价值的，只有混合动力汽车。混合动力是指油电混合动力，即燃料（汽、柴油）和电能的混合。经过十多年的发展，混合动力系统总成已发展到发动机电机和变速箱一体化结构，即集成化混合动力总成系统。混合动力汽车是由电动马达作为发动机的辅助动力来驱动汽车的。混合动力汽车为车主提供了良好的燃油经济性和舒适性，也为环保做出了极大贡献。混合动力汽车复杂的控制系统和高达500 V的工作电压使维修难度加大，给维修工带来了更高的要求。本文围绕一辆丰田普锐斯混合动力汽车发动机不能自行启动故障排除过程，为很少接触混合动力汽车的同行们提供一些借鉴。

关键词：变频器 HV电池 驱动桥（MG2） 起动机（MG1）

中图分类号：TM461 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）04（b）-0084-02

混合动力装置的汽车，这种混合动力装置既发挥了发动机持续工作时间长，动力性好的优点，又可以发挥电动机无污染、低噪声的好处，汽车的热效率可提高10%以上，废气排放可改善30%以上。车主可以享受更强劲的起步、加速，实现较高水平的燃油经济性。

1 故障现象

一辆丰田普锐斯混合动力汽车（NHW 20L-AHEEBC）发动机无法自行启动。发动机故障警告灯、VSC警告灯、三角形警告灯同时点亮。由于电池的电力无法维持车辆长时间行驶，所以车辆被拖回修理厂。

2 故障确认

首先进行故障确认，踩下刹车踏板，按下启动按钮，仪表上“READY”指示灯点亮，在P档位置踩下油门踏板，发动机不能启动。试图使发动机进入维修模式，经过多次尝试都不能成功。多功能显示屏上的能量显示器显示HV电池已经耗至极限，紫色的电池耗净指示灯在闪烁。说明发动机确实无法自行启动。不存在人为操作的问题。由于混合动力汽车结构比较复杂。为了能够尽快找到故障点，缩短维修时间，必须了解该车的基本结构和工作原理。

3 普锐斯混合动力汽车的组成

3.1 变频器

变频器是混合动力汽车的关键部件，车辆启动时将201.6 V直流电转换为500 V交流电用以驱动车轮。能量回收时将500 V交流电转换为288 V直流电对电池进行充电。同时内部集成288 V-12 V DC-DC直流转换器，为车内其它电器提供电源，同时为12 V辅助电池充电。

3.2 HV电池

采用201.6 V直流HV蓄电池以减轻重量1.2 V×6排×28块=201.6 V，电池ECU对电池的充放电过程进行全程监测，避免对电池进行过充电或过放电使电池遭受损坏或缩短使用寿命。

3.3 驱动桥（MG2）

采用同步交流电动机，额定电压：AC500 V，最大功率：50 kW/1200～1540 rpm最大扭矩：400 n.m/1200 rpm，最大扭矩时电流：230 A，最大转速：6700 rpm。

3.4 起动机（MG1）

同步交流电动机（发电机），发动机起动时作为电动机使用，启动完成后作为发电机使用。其转子与发动机曲轴刚性连接，同时作为发动机的飞轮。额定电压：AC500 V 最大功率：37.8 kW/9500 rpm最大扭矩：45 n.m/0-6000 rpm最大扭矩时电流：75 A 最大转速：10000 rpm。

3.5 汽油发动机

型号：1NZ-FXE，发动机形式：四缸直列DOHC VVT-i，排量：1497 cm3，最大输出功率：57 kW/5000 rpm，最大扭矩：111 N.M/4200 rpm。

3.6 能量监控系统

车载多功能显示屏能够实时动态显示车辆的行驶状况、充电状况及燃油消耗情况。

4 混合动力汽车基本的特点和工作原理（见图1）

4.1 环保性、经济性和舒适性

机动车辆废气排放大部分的有害气体是在起动和怠速时排放的，PRIUS只工作在巡航状态，所以它的有害气体的排放减少了65%，在市区行驶时百公里油耗不足3升，对于1.5升排量的发动机来说这种油耗已是极限，这是对保护地球气候变暖和能源消耗做出的巨大贡献。

在纯电动模式行驶时，车辆的噪音不到10分贝，而微风吹拂树叶的声音在20分贝左右，非常安静的驾驶环境给了驾乘人员极大的舒适性。

4.2 驱动方式

复合动力电动汽车有三种基本的工作方式，即串联式、并联式和串并联（或称混联）式。复合动力驱动汽车的缺点是：有两套动力，再加上两套动力的管理控制系统，结构复杂，技术较难，价格较高。

丰田的Prius属于以电机为主的混联式如图2。混联式装置包含了串联式和并联式的特点。动力系统包括发动机、发电机和电动机，根据助力装置不同，它又分为发动机为主和电机为主两种。以发动机为主的形式中，发动机作为主动力源，电机为辅助动力源；以电机为主的形式中，发动机作为辅助动力源，电机为主动力源。该结构的优点是控制方便，缺点是结构比较复杂。

4.3 能量回收

制动能量回收问题对于提高EV的能量利用率具有重要意义。电动汽车采用电制动时，驱动电机运行在发电状态，将汽车的部分动能回馈给蓄电池以对其充电，对延长电动汽车的行驶距离是至关重要的。在存在较频繁的制动与起动的城市工况运行条件下，有效地回收制动能量，可使电动汽车的行驶距离有效延长。汽车在滑行、减速、长下坡过程中都要使用制动系统，这种惯性所产生的能量对于常规车辆是一种极大的浪费。混合动力汽车可以有效地利用车辆滑行过程中车轮带动电动机旋转从而有效地进行能量回收。这些能量可以作为车辆下次起步时的能量，既减少了燃油消耗，又达到了零排放的目的。

5 故障分析检查与排除

混合动力汽车发动机不能启动有多方面的原因：

（1）燃油耗尽，如果燃油耗尽，发动机多次启动不能成功时将不再启动，并且会记录故障代码P0A7A，但加注燃油，关闭点火开关后系统会恢复正常，现在显然不属于这个故障。

（2）起动机（MG1）故障，该启动机属于500 V交流同步电动机，兼做发电机使用，可以使用IT-II的主动测试功能使其强制运转。

（3）起动机线路故障，该故障发生故障的概率极小，因为变频器就安装在发动机附近，线路很短，并且有多重保护，不易受损，外观检查也没有发现明显破损痕迹。

（4）发动机故障，如保养不当致使曲轴或凸轮轴抱死，活塞或连杆损坏使发动机运行不平稳等，用扳手转动曲轴，没有卡滞现象，可以排除发动机本身故障。

（5）变频器故障，这是起动机的动力来源，HV电池的200 V直流电经过变频器升压处理后成为500 V交流电供起动机使用，该设备的检查需要专用仪器和设备。

（6）HV电池故障，当HV电池发生故障（如某一格电池失效）将导致变频器失去200 V电源，起动机无法正常工作。

（7）发动机控制系统故障，经过检查发动机电气部分并没有储存任何故障代码，可以基本排除发动机控制系统的故障，并且即使发动机控制系统出现故障也不会导致起动机不工作。

（8）通讯线路故障，如果CAN-BUS线路发生故障将导致通讯失效，车辆无法启动，但此故障可以借助专用仪器进行检查。

（9）设定在EV模式。

（10）其他原因。

遵循先易后难的原则，按照TOYOTA PRIUS维修手册RM1076的维修流程首先进行电路检查：

①使用智能检测仪连接到DLC3，进入下列菜单。

Power train/Hybrid control/DTC 检测仪显示P0A7A-324故障码：如果发电机变频器出现故障、内部短路或过热，则发电机变频器将故障信号通过GFIV线路传送到HV ECU，并记录DTC P0A7A。故障码显示发电机变频器故障（GFIV）信号检测（由变频器总成故障导致过流）。故障可能发生部位为线束或连接器或带转换器的变频器总成。

②检查变频器线路的连接情况，如图3标示断开HV保险丝，这步骤非常必要。第一，拆下变频器盖；第二，检查变频器I9、I10端子的连接紧固良好。如图3，第三，断开连接器检查及连接后测量，I9、I10端子线束接触良好，未见有腐蚀及松动现象。

③检测变频器（IGCT电压）。如图4，测量IGCT（I9-1）—GND1（I9-2）电压为12.5 V（标准为8 V或更高）。

④参照线路图，检查相关故障线路的线束和连接器：混合动力车辆控制（ECU—变频器）断开H11，HV控制ECU连接器和I10变频器连接器。

⑤打开电源开关至IG档，测量HV控制ECU连接器的端子与车身接地之间的电压（见表1）。

⑥关闭点火开关检查线束侧连接器的电阻（见表2）。

从上述的检测结果分析，检测结果都在标准范围内，从而可判断为故障在变频器总成内，由于变频器的技术含量较高，加上变频器总成是不可分解的部件，因此，只能采用部件互换法测试，和正常行驶的同类车型对换变频器试验，该故障车启动正常，相同故障在另外一台车出现，进一步证明故障出现在变频器内部。为了进一步确认该故障的排除，经过多次上路试车不能起动现象不再出现，说明该故障已彻底排除。

6 结语

汽车作为排放大户，新能源化、低碳化的呼声也越来越高。国家出台的一系列政策表明，新能源车项目的推广工作已经逐渐走向了落实阶段，新能源汽车的推广局面已经逐渐打开。虽然混合动力汽车保养便利，但是混合动气汽车结构复杂，维修起来往往费时费力。复杂的控制系统，超高的工作电压给维修工作带来了更高的要求，操作的安全注意事项一定要记牢。所有从事混合动力汽车维修与保养的从业人员都要求经过专业培训以免发生危险。对维修工具和场所也提出了更高的要求。

参考文献

[1] Repair manual.日本丰田汽车公司 NHW20系列，RM1706E1 VOLUME1[Z].2003.

[2] 李东江，宋良玉.现代汽车电子控制技术[M].科学技术文献出版社，1998.