混合動力客車超級電容安裝方式的改進(jìn)與優(yōu)化

孫克亮黃宏成楊松

上海申沃客車有限公司1上海交通大學(xué)汽車電子控制技術(shù)國家工程實(shí)驗(yàn)室2，上海，201108

混合動力客車超級電容安裝方式的改進(jìn)與優(yōu)化

孫克亮1黃宏成2楊松2

上海申沃客車有限公司1上海交通大學(xué)汽車電子控制技術(shù)國家工程實(shí)驗(yàn)室2，上海，201108

本文主要分析了某型號混合動力客車超級電容模塊的安裝缺陷，引發(fā)模塊開裂漏液的問題。測試數(shù)據(jù)表明，其原因是車輛在運(yùn)行中，超級電容模塊的振動超出了限值；通過安裝方式的改進(jìn)，振動測試合格，從而解決了電容模塊開裂漏液的問題。

混合動力客車 超級電容 安裝支架振動 分析 改進(jìn)

0 引言

混合動力汽車（Hybrid Electrical Vehicle，簡稱HEV）是指同時(shí)裝備兩種動力來源——熱動力源（由汽油機(jī)或者柴油機(jī)產(chǎn)生）與電動力源（由電池＋電機(jī)產(chǎn)生）的汽車。通過在混合動力汽車上使用電機(jī)，使得動力系統(tǒng)可以按照整車的實(shí)際運(yùn)行工況要求靈活調(diào)控，發(fā)動機(jī)保持在綜合性能最佳的區(qū)域內(nèi)工作，從而降低油耗與排放。不同類型動力電池的使用中，管理系統(tǒng)、安全性能、運(yùn)行條件等方面會存在一些差異，而鋰離子電池＋超級電容的形式，兼顧了動力電池系統(tǒng)能量特性和功率特性，在混合動力汽車中應(yīng)用較為廣泛。

1 故障

某型號的混合動力客車，同時(shí)配置50 Ah鋰電池組和16個(gè)超級電容模塊，每一個(gè)模塊的電壓／容量為48 V／165 F，串并后總電壓／總?cè)萘繛?84 V／41.25 F。在車輛運(yùn)行過程中，發(fā)生了動力電池系統(tǒng)冒煙的現(xiàn)象。經(jīng)現(xiàn)場勘查分析，發(fā)現(xiàn)在接頭安裝緊固良好的情況下，車輛振動超標(biāo)會對電容內(nèi)部造成較大的影響，最后出現(xiàn)電容漏液揮發(fā)而引起的冒煙現(xiàn)象。

2 分析

16個(gè)超級電容模塊分三層，如圖1所示方式安裝，由于現(xiàn)場安裝原因，超級電容模塊外側(cè)采用螺絲固定，內(nèi)側(cè)采用夾片固定方式，如圖2有所示。

圖1 安裝立面圖Fig.1 Installation facade

圖2 安裝平面圖Fig.2 Installation plane

首先，電容使用插銷加螺絲的固定方法，在支架的加工上不能達(dá)到無間隙的配合，車輛在行駛中出現(xiàn)振動時(shí)，振動力傳遞到電容支架，會加劇電容在支架上的振動，經(jīng)過反復(fù)振動，最終導(dǎo)致電容內(nèi)部振裂。

同時(shí)，這種安裝方式，超級電容框架頂層位置的振幅最大，另外超級電容模塊Y軸方向會產(chǎn)生較大的振動。經(jīng)過抽樣測量，得到6輛車的電容模塊的Y軸方向的最大振動數(shù)據(jù)見表1，中層與頂層均有超過SAE J2380模塊規(guī)范和ISO 16750-3的標(biāo)準(zhǔn)。表中紅色陰影部分表示在Y軸（橫向）振動超出限值，其中頂層的最大值最高。

表1 電容模塊振動值Table 1 Vibration value of capacitance module

由此可見，超級電容安裝架存在的問題，主要是支架的強(qiáng)度不足，以及超級電容模塊單側(cè)的安裝方式（采用插固方式），導(dǎo)致行駛晃動時(shí)超級電容的前端（螺栓固定）牽引著安裝座橫梁Y向的左右晃動。只有將超級電容模塊在架上的晃動限制在一定范圍內(nèi)，超級電容模塊才可以正常工作。

3 方案

最初，支架和電容模塊一側(cè)的固定方式存在著不合理的設(shè)計(jì)，整改方案是對支架進(jìn)行加固，并將電容模塊的一側(cè)的插接安裝方式改為螺接方式，具體方案為見圖3。

1）把超級電容夾片固定改為螺絲固定；

2）超級電容支架前后、左右都需要焊接十字交叉架進(jìn)行加固；

3）每層超級電容前后需要焊接加固方鋼支架；

4）在頂部焊接固定支架。

圖3 安裝方式整改Fig.3 Installation Improvement

4 標(biāo)準(zhǔn)

耐振動性

將電容器緊固到振動試驗(yàn)臺上，按下屬條件進(jìn)行振動試驗(yàn)：

a）振動頻率：10 Hz一55 Hz；

b）振動方向：上下單振動；

c）最大加速度：30 m／s2；

d）振動時(shí)間：2 h

電容模塊經(jīng)上述試驗(yàn)后，殼體無變形、開裂，電解液無泄漏，測試內(nèi)阻無突變。

5 測試

選取編號為2621-2640的20臺車作為樣車進(jìn)行測試，在底層、中層、頂層的超級電容上固定測試儀器來測試記錄超級電容的振動數(shù)據(jù)。

試驗(yàn)過程中，車輛空載，空調(diào)設(shè)備全部開啟，選取路況較差的一條凹坑的柏油路，并在該柏油路上以40-50公里／小時(shí)的車速行駛，模擬運(yùn)行線路連續(xù)行駛18公里，通過振動儀測量并記錄各個(gè)振動參數(shù)。

路面：凹坑的柏油路；

測試條件：測試過程中司機(jī)、路程、路況統(tǒng)一；振動儀型號：Lansmont SAVERTM 3M3

通過測量并記錄每臺車在行駛過程中的20個(gè)最大振動點(diǎn)的振動數(shù)值并求得平均值，繪制出這20臺車在整改前、后的振動數(shù)據(jù)曲線，如圖4、5所示：

從圖中的數(shù)據(jù)曲線可以看出，整改后，所有車輛電容支架頂部的電容模塊振動數(shù)據(jù)已基本降至2G以下，完全符合國家標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于車用電容的振動要求。

6 結(jié)語

經(jīng)過對超級電容模塊固定方式及安裝支架的整改，從源頭上消除了導(dǎo)致電容模塊開裂漏液故障的隱患。

在目前的新能源客車的研發(fā)過程中，整車生產(chǎn)企業(yè)除了關(guān)注電池、電容的參數(shù)匹配及監(jiān)控管理之外，還應(yīng)該更多地關(guān)注實(shí)際運(yùn)行條件，諸如溫度、振動環(huán)境等，要對車輛的運(yùn)行條件、使用環(huán)境進(jìn)行研究，不斷改進(jìn)與優(yōu)化電池、電容的使用環(huán)境與條件，從而使電池與電容的性能得到充分發(fā)揮并確保使用安全。

Improvement of Hybrid Bus Ultra Capacitor Mountings

Sun Keliang1Hongcheng Huang2Yang Song2
Shanghai Sunwin Bus Corporation1，National Engineering Laboratory for Automotive Electronic Control Technology，Shanghai Jiao Tong University2201108，Shanghai

There are some defects on the mountings of the Ultra capacitor on one type of the hybrid bus once caused the crack and leakage of the Ultra capacitor which brings many heavy smokes.The test shows that the reason is the shock value of the capacitor exceeded a curtain value.The improvement of the Ultra capacitor mountings can lower the shock value to meet the State Standard to solve the crack and leakage problem of the Ultra capacitor.

Hybrid Electrical Vehicle Ultra capacitor mountings Shock Analysis Improvement

U469.72

B

1006-8244（2015）04-041-02