英菲尼迪FX35半導體溫控座椅的檢修

文/廣東 汪學慧 汪學森

英菲尼迪FX35半導體溫控座椅的檢修

文/廣東 汪學慧 汪學森

故障現象

一輛3.5L的英菲尼迪FX35轎車，已行駛14320km，近期在更換駕駛員后，反映駕駛過程中使用溫控座椅的制冷模式時，開始座椅能正常制冷，吹出較涼爽的風，但隨后駕駛座椅的溫控指示燈熄滅，座椅無法制冷，鼓風機也不運轉。休息一段時間后重新啟動發動機，座椅制冷功能恢復正常，但行駛一段路程后此現象又重復出現。

故障診斷與排除

我們進行試車檢修時發現，溫控座椅在制冷模式時能正常制冷并吹出涼爽的風。但交車后該駕駛員卻反映依舊出現上述故障，于是我們跟車檢測，確認存在該故障。我們用該車的專用檢測儀CONSULT-3進行檢測，但進入CONSULT-3后，無法檢測出這個系統的故障。

該車使用半導體溫控座椅，其控制系統的結構如圖1所示。溫控座椅由控制單元控制，由溫度旋扭調節制熱或制冷信號。控制溫控座椅的面板上，主、副溫控開關下方各有一個圓形的溫度旋扭(見圖2)，帶“C”字母的藍色部分調節冷度，越向左旋則調節溫度越低；帶“H”字母的紅色部分調節暖度，越向右旋則調節溫度越高。溫控座椅的加熱源或冷卻源對鼓風機流出的氣流進行冷熱調節，最后吹向座椅的靠背和坐墊，達到調節座椅溫度的目的。

圖3是溫控座椅的溫度調節系統實物圖，包括溫控座椅控制單元、靠背熱電TED裝置、坐墊熱電TED裝置、鼓風機、連接風管和線束等。

靠背熱電裝置或坐墊熱電裝置實質上是一個調溫的熱交換器(圖4)，內有一個TED單元，它的作用是加熱或冷卻來自溫控座椅鼓風機吹來的氣流。該熱電裝置具有調冷及調熱的“雙氣候”功能，屬于一種半導體制冷及制熱的裝置，由許多N型和P型半導體材料互相排列而成。而N和P間用銅或鋁導體相連接，形成一個完整線路，最后用兩片陶瓷片像夾心餅干一樣夾起來，陶瓷片必須絕緣且導熱良好。

座椅的半導體調溫裝置用直流電供電，通過溫控開關即可改變電流的方向，在同一裝置上實現制冷或加熱。它允許調溫裝置的一側產生高溫，而另一側會同時產生低溫。一塊N型半導體材料和一塊P型材料串聯成電偶對時，當電路中接通直流電流后，就能產生能量的轉移。電流由N元件流向P元件的接頭吸收熱量成為冷端；而由P元件流向N元件的接頭釋放熱量成為熱端。制冷和放熱的大小則是通過電流的大小以及半導體N和P的元件對數來決定的。

如圖5所示，半導體的工作端置于風道中，熱電裝置的制冷源或制熱源，經風機吹出形成冷風或熱風。而半導體的另一端的熱量被裝置本身逐漸吸收。這種熱電裝置的優點是冷熱操作極簡便，雖然制冷或制熱的容量較小，但完全可滿足座椅的調溫要求。這里要說明的是，冷端或熱端間的溫差不能過大，一般限制在30℃之內，如果半導體調溫裝置的冷熱端之間的溫差超過30℃時，則溫控座椅控制單元會自動切斷供向P、N間的電流，使系統停止工作進而加以保護，并使風機以最大的轉速旋轉使溫差，迅速達到平衡。

針對此溫控座椅不能吹出冷風的故障，我們檢測了半導體TED及溫度傳感器(圖6)，該溫度傳感器是檢測風道內的氣流溫度的，檢查熱電裝置接頭33號和34號的電阻為893Ω(正常值為900～1000Ω)，也屬于正常狀況。

將點火開關置于ON擋，溫控座椅為打開狀態，檢查溫控座椅控制單元線束接頭的34號端子，即溫度傳感器與接地之間的電壓，測量值為2.44V(正常電壓為1～5V)，亦屬于正常的電壓。拆下鼓風機檢查溫控座椅鼓風機過濾器，沒有發現污垢和堵塞現象。

根據前面的試車情況，為什么我們進行試車檢修時溫控座椅能正常制冷并吹出涼爽的風，而該駕駛員行駛時卻不能制冷呢？考慮到該駕駛員體形較為魁梧，猜想是由于駕駛員體重較大對座椅熱電單元工作有影響。

在本車的維修手冊“對有溫控座椅控制項的檢測”有一項關于“安全—失效”的保護模式條件，具體內容是：①當靠背熱電裝置或坐墊熱電裝置的冷、熱源間的溫差在4s內達到30℃以上時，系統自動停止對熱電裝置供電，此時控制鼓風電機以最高轉速運轉30s，以便將系統內的過冷空氣或過熱空氣吹出；②如果30s后冷、熱源間的溫差仍在30℃以上，則溫控單元自動停止對整個系統供電，鼓風電機也停止工作，系統進入關閉保護狀態。根據控制單元“安全—失效”模式，初步判斷靠背熱電裝置可能存在過大的溫差。

試車時，發現駕駛座椅的溫控指示燈熄滅且座椅無法制冷，于是立即拆下靠背熱電裝置進行檢查。在拆卸過程中，我們發現塑料膠套出風口已經很冷并結霜，可是為什么此時結霜卻不能吹出冷風呢？再檢查發現塑料膠套風口被駕駛員魁梧的身材緊緊地壓在座椅海綿表面，甚至還壓出了痕跡(見圖7)，已經形成了一個密封區，所以此時冷氣無法吹出。已結霜的過冷空氣與半導體的熱區溫差加大，當溫差高于30℃時，溫控系統就進入了失效保護模式，停止對溫控座椅的溫空調節工作。

維修小結

這是一起特殊的故障，是由于駕駛員體重較大，壓迫座椅海綿而將出風口堵塞而造成的。由于沒有這個膠套配件存貨，所以只能把原來的膠套與靠背海綿接觸的地方切開(見圖8)，這樣即使再大的壓力也不會造成鼓風機吹出的氣流被堵塞，此故障得以解決。

專家點評—高惠民

很高興閱讀了《英菲尼迪FX35半導體溫控座椅的檢修》這篇案例文章。雖說溫控座椅是一些高端車型上的配置，我們很少接觸到它的故障，但作者遇到了，并能及時地把它寫出來，讓廣大讀者對半導體制冷技術在車輛上的運用有所了解，這具有非常積極的指導意義。

半導體制冷又稱溫差電子制冷，是上世紀50年代發展起來的一門介于制冷劑技術和半導體技術邊緣的學科。半導體制冷是通過直流電制冷的一種新型制冷方法，它利用特種半導體材料構成的P-N結，形成熱電偶對，產生“珀爾帖效應（PeltierEffect）”，即兩種不同的金屬構成閉合回路，當回路中存在直流電流時，兩個接頭之間將產生溫差。

半導體制冷的優點是制冷裝置中沒有滑動部件，能應用在一些空間受到限制、可靠性要求高、無制冷劑污染的場合，并且只要改變直流電流的極性就能在同一制冷片上實現制冷或制熱，所以現代高端車型的溫控座椅都是由半導體制冷技術來提供冷源和熱源的。

另外，本案例故障修理中值得肯定的另一點是，作者根據溫控座椅工作的“安全—失效”保護模式的條件來分析故障產生的機理，從而找到了“由于駕駛員的魁梧身材壓在座椅海綿上堵塞了出風口，使冷風無法吹出來，導致半導體冷源與熱源的溫差加大，座椅溫控系統進入失效保護模式而停止工作”這一特殊的故障原因。

本文不管是在故障分析與修理方法上，還是文章的撰寫上都值得我們認真學習。