車用電池組溫度傳感器安裝工藝優(yōu)化試驗

萬普鵬,杜志強

(1.浙江農(nóng)林大學暨陽學院，浙江諸暨 311800；2.桐鄉(xiāng)比西新能源科技有限公司，浙江桐鄉(xiāng) 314500)

0 引言

鋰離子電池在新能源汽車上被大量應用，電池溫度是影響動力電池性能乃至整車性能的重要因素。溫度傳感器是電池溫度監(jiān)控的重要器件，目前已經(jīng)進行了大量的研究。現(xiàn)有的研究可分為兩大領域：一是對溫度傳感器性能的研究，包括溫度采集精度、響應特性、可靠性等;二是研究溫度傳感器的制作工藝，提高產(chǎn)品一致性和成品率。近年來，車用溫度傳感器的性能和質(zhì)量有很大的提升，但是對于溫度傳感器在電池組上的安裝工藝卻很少有報道。在電動汽車實際使用過程中，卻出現(xiàn)由于安裝工藝問題導致電池溫度失效的故障，因此有必要對安裝工藝進行深入研究。

文中對某電動物流車溫度失效進行分析，找出了溫度傳感器安裝工藝問題，提出改進優(yōu)化措施，并通過實驗驗證。

1 故障問題描述

車用電池的溫度信息由電池管理系統(tǒng)負責采集和分析。電池管理系統(tǒng)基本組成有數(shù)據(jù)采集模塊、中央處理器單元、均衡管理系統(tǒng)、熱管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)等。其工作過程為:①使用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集每個電池和電池組的工作電壓、工作電流和電池溫度信息；②中央處理器單元接收數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)傳遞的信息，然后進行分析和計算；③將接收到的數(shù)據(jù)或計算結(jié)果與電池管理系統(tǒng)中存儲的標準數(shù)據(jù)進行對比，然后輸出控制命令，調(diào)整動力電池系統(tǒng)的工作狀態(tài)，完成電池放電或者故障反饋。

現(xiàn)上市銷售的電動物流車根據(jù)售后部門反饋，車輛在使用過程中會出現(xiàn)突然斷電情況，停車之后再次啟動會在儀表上報電池溫度故障，車輛無法繼續(xù)使用。同時儀表顯示電池出現(xiàn)故障，故障代碼表示電池組溫度出現(xiàn)問題。

據(jù)統(tǒng)計，同批次生產(chǎn)的746臺車，總共有81臺出現(xiàn)同樣的故障，故障率超過10%，故障車輛遍布各運營點，無明顯的使用區(qū)域分布特征。分析已發(fā)生故障車輛的運營里程，最小的行駛里程是443 km，最高的行駛里程是11 207 km，具體分布特征如圖1所示。維修時打開電池組，發(fā)現(xiàn)溫度傳感器的線束斷裂，其余部位無明顯變化，其斷裂局部圖如圖2所示。

圖1 故障車輛里程分布

圖2 溫度傳感器斷裂局部圖

2 斷裂問題分析

電池組溫度傳感器是電池溫度監(jiān)控的重要部件，溫度傳感器由傳感器和導線組成，傳感器用膠體手工固定在電池組模組表面，導線一端連接傳感器，另一端焊接到PCB板上，電池組結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 電池組結(jié)構(gòu)

靜態(tài)觀察溫度傳感器斷裂處的現(xiàn)象，溫度傳感器有兩根線束焊接在PCB板上，焊點形狀及焊錫量均無明顯差別。斷裂口在PCB板的焊接處，根據(jù)工程力學的理論，焊接處是應力集中點，焊接殘余應力和殘余變形使焊接處受力時變形增加，降低了材料的剛度和疲勞強度。同時PCB板在斷裂處的焊點沒有一點銅絲殘留，線束斷裂后，銅絲完全伸縮在黑色絕緣橡膠內(nèi)，無銅絲露出。沒斷裂的那根線束，被拉直得無彈性余量。固定傳感器用的膠體凝固，無彈性變形能力。由于環(huán)氧膠黏劑在固化和使用過程中，樹脂和固化劑的交聯(lián)反應以及溫度的變化等原因都會產(chǎn)生收縮，并產(chǎn)生內(nèi)應力。根據(jù)這些現(xiàn)象，初步分析認為溫度傳感器斷裂是線束被拉直到彈性余量不足，導致行車震蕩時斷裂。

3 試驗結(jié)果與分析

為了檢測溫度傳感器線束在震蕩階段的斷裂情況，在震蕩試驗臺架上進行震蕩試驗，由于臺架的原因，試驗樣品使用故障車輛電池包的一個組塊，安裝4個溫度傳感器，如圖4所示。右側(cè)的溫度傳感器手動拉直后固定，左側(cè)的則留有余量，形成對比試驗。試驗標準按GB/T 31467.3—2015執(zhí)行，試驗設備是震蕩試驗臺，試驗環(huán)境溫度為常溫，試驗前溫度傳感器膠體已經(jīng)靜止了12 h，確認膠體已凝固。

圖4 震蕩臺架試驗

試驗結(jié)束后，目測所有溫度傳感器線束都沒有出現(xiàn)斷裂。試驗結(jié)果局部圖如圖5所示，通過細致地觀察，可知被拉直的線束中露出的銅絲長度略有偏長的跡象。

圖5 試驗結(jié)果局部圖

試驗現(xiàn)象與售后反饋的故障電池組現(xiàn)象不一致。初步分析可能是手工操作，導致溫度傳感器線束被拉直的程度不一致，其次是震蕩的時間和頻率可能與車輛實際使用時間和路況不一致。

根據(jù)試驗分析的結(jié)論，進一步采取實車試驗的辦法，為節(jié)約試驗時間和成本，不采取對比試驗。同時為減少手工操作的誤差，此次試驗電池組在工藝上進行優(yōu)化。溫度傳感器線束的安裝工藝如圖6所示。在線束的中間位置用手指下按，使線束與電池接觸，然后用膠體固定傳感器一端，松開手指后，線束就會與電池脫離接觸，同時確保了線束不會被拉直。其余的安裝工藝保持不變。

圖6 溫度傳感器線束的安裝工藝

試驗車輛為10臺，實車道路試驗要求必須達到15 000 km，電池組溫度傳感器無故障才算合格。為節(jié)省成本，結(jié)合其余整車試驗要求，兩臺車在東北冬季試驗，一臺車由試驗人員按照GB/T 18388—2005標準進行，為控制風險，其余車輛投放在指定區(qū)域使用。

自車輛出庫之日起，146 d之后，東北試驗的兩臺車首先達到15 000 km，電動組溫度傳感器零故障;171 d后，試驗人員操作的車輛達到15 000 km，同樣是零故障，區(qū)域投放的車輛也在15 000 km時出現(xiàn)零故障。至此，根據(jù)實車試驗結(jié)果分析，通過優(yōu)化工藝，確保溫度傳感器沒被拉直，能解決其斷裂的問題。

4 結(jié)論

靜態(tài)觀察電池組溫度傳感器線束斷裂的現(xiàn)象，分析是由于線束被拉直后，車輛震蕩導致斷裂。通過優(yōu)化安裝工藝，保證線束在任何情況下都不會被拉直，并用實車進行道路試驗，試驗結(jié)果達到預期目標。試驗表明，通過優(yōu)化安裝工藝，可以解決溫度傳感器線束斷裂的問題。