Мы провели замену батареи и решили вскрыть старый элемент, чтобы выявить причину неисправности: как происходит замена батареи у гибридных автомобилей, какие сложности могут возникнуть при обслуживании таких систем, расскажем о процессе диагностики и поиске неисправностей, какие инструменты и методы мы использовали

Мы обратили внимание на ошибку, связанную с напряжением и температурой седьмой ячейки тяговой батареи. Ситуация осложнялась тем, что, в отличие от других моделей, например, Jaguar I-PACE, где схемы внутреннего устройства батареи доступны, для данного Range Rover производитель не предоставил подробной документации. Диагностам предстояло действовать практически вслепую, опираясь на свой опыт и логику. В программе руководства по ремонту отсутствуют схемы внутреннего устройства этой батареи. Мы видим ошибку, но как именно блок управления определяет неисправность, на каких ячейках измеряется напряжение – этой информации нет. Наша задача – погрузиться внутрь и понять, что же не понравилось блоку управления.

Прежде чем приступить к разбору гибридной установки, важно помнить о мерах предосторожности. Хотя напряжение отдельных блоков батареи около 40 Вольт неопасно, их последовательное соединение создает напряжение свыше 400 Вольт, что смертельно опасно для человека. Поэтому первым делом необходимо максимально обесточить систему, разобщив группы ячеек.

На Jaguar I-PACE для отключения батареи используется механический ключ, а в Range Rover эту функцию выполняет электроника. Два реле, на плюсе и минусе, отключают батарею при снятии высоковольтного разъема. Это значит, что от ручного механического выключателя производитель отказался.

Благодаря владельцу, который безвозмездно предоставил неисправный модуль для исследований, у команды LR-WEST появилась уникальная возможность детально изучить его устройство. Разборка оказалась непростой задачей. Инженерам пришлось не только открутить многочисленные винты, но и столкнуться со скрытыми штифтами и даже прибегнуть к "располовиниванию" корпуса батареи, так как он был склеен жестким компаундом.

Между половинами обнаружился тонкий радиатор охлаждения, установленный на термопасту, который отводит тепло от ячеек, а в холодное время года может их подогревать, так как зарядка замороженной батареи губительна. Внутри модуля находится BMS (Battery Management System) – мозг батареи. Этот блок не только контролирует заряд и разряд, но и отслеживает напряжение на каждой ячейке "бутерброда" и с помощью балансировочных резисторов выравнивает их, обеспечивая долгую и безопасную работу.

Разбег напряжения между ячейками свыше 0,1-0,2 Вольта уже считается критичным. Сам модуль состоит из групп ячеек. Каждая группа – это несколько (в данном случае четыре) последовательно соединенных блоков. Каждый такой блок, в свою очередь, состоит из 20 параллельно спаянных отдельных элементов. В этом Range Rover используются ячейки Samsung 48X, известные своей долговечностью. Номинальный ток одной ячейки – 10 Ампер, что в сумме для 20 параллельных ячеек дает внушительные 200 Ампер.

Измерения точным вольтметром, в качестве которого выступил осциллограф показали, что на семи из восьми "слоев" ячеек напряжение составляло порядка 4,1 Вольта, а на одном – проблемном восьмом, соответствующем ошибке по седьмой ячейке в общей нумерации всего 3,92-3,93 Вольта. Разница почти в 0,2 Вольта – это и есть тот самый критический разбег.

Но, тут возникла главная загадка: при считывании данных через диагностический компьютер (datalogger) все ячейки показывали идеальные 4,1 Вольта! Физически мы видим, что одна ячейка просажена, ошибка по батарее есть, а при считывании через компьютер этих самых напряжений мы видим, что всё в порядке. Вот это и было самым сложным для понимания.

Ответ крылся в слаботочных шлейфах, идущих от BMS к ячейкам для контроля напряжения. При их детальном осмотре обнаружилось подплавление пинов в разъеме, причем именно тех, которые отвечали за контроль напряжения "просевшей" группы ячеек! Вероятно, из-за плохого контакта в разъеме, возможно, заводской брак на практически новой батарее блок BMS получал неверные данные о напряжении. Из-за этого некорректно работала система балансировки, что и привело к реальному физическому разбегу напряжения на ячейках. Рядом с оплавленными пинами контроля напряжения находились пины датчика температуры. Это объяснило и вторую ошибку – по перегреву. Из-за проблем в контактах показания датчика исказились, и блок управления зафиксировал ложный перегрев.

Теоретически, можно было бы попытаться запаять разъем и "подтянуть" просевшую банку зарядкой. Однако, учитывая сложность конструкции, корпус приклеен компаундом, риски и ответственность, автомобиль стоимостью несколько десятков миллионов, такой ремонт в не заводских условиях был бы неразумным шагом. Безопасно и качественно собрать эту ячейку и поставить её на автомобиль с полной ответственностью это неразумный шаг. Поэтому только замена на заводское изделие.

В результате глубокого анализа был найден корень проблемы – дефект в разъеме контрольного шлейфа, вероятно, производственный брак. Этот дефект привел к каскаду проблем: неправильной оценке напряжения, нарушению балансировки ячеек и, как следствие, к их реальному разбегу по напряжению, а также к ложной ошибке по перегреву. Весь батарейный блок Range Rover PHEV состоит из четырех таких модулей, а общее количество ячеек Samsung достигает 2260 штук. Сборку самих блоков осуществляет фирма LG.