混合动力客车超级电容安装方式的改进与优化

孙克亮黄宏成杨松

上海申沃客车有限公司1上海交通大学汽车电子控制技术国家工程实验室2，上海，201108

混合动力客车超级电容安装方式的改进与优化

孙克亮1黄宏成2杨松2

上海申沃客车有限公司1上海交通大学汽车电子控制技术国家工程实验室2，上海，201108

本文主要分析了某型号混合动力客车超级电容模块的安装缺陷，引发模块开裂漏液的问题。测试数据表明，其原因是车辆在运行中，超级电容模块的振动超出了限值；通过安装方式的改进，振动测试合格，从而解决了电容模块开裂漏液的问题。

混合动力客车 超级电容 安装支架振动 分析 改进

0 引言

混合动力汽车（Hybrid Electrical Vehicle，简称HEV）是指同时装备两种动力来源——热动力源（由汽油机或者柴油机产生）与电动力源（由电池＋电机产生）的汽车。通过在混合动力汽车上使用电机，使得动力系统可以按照整车的实际运行工况要求灵活调控，发动机保持在综合性能最佳的区域内工作，从而降低油耗与排放。不同类型动力电池的使用中，管理系统、安全性能、运行条件等方面会存在一些差异，而锂离子电池＋超级电容的形式，兼顾了动力电池系统能量特性和功率特性，在混合动力汽车中应用较为广泛。

1 故障

某型号的混合动力客车，同时配置50 Ah锂电池组和16个超级电容模块，每一个模块的电压／容量为48 V／165 F，串并后总电压／总容量为384 V／41.25 F。在车辆运行过程中，发生了动力电池系统冒烟的现象。经现场勘查分析，发现在接头安装紧固良好的情况下，车辆振动超标会对电容内部造成较大的影响，最后出现电容漏液挥发而引起的冒烟现象。

2 分析

16个超级电容模块分三层，如图1所示方式安装，由于现场安装原因，超级电容模块外侧采用螺丝固定，内侧采用夹片固定方式，如图2有所示。

图1 安装立面图Fig.1 Installation facade

图2 安装平面图Fig.2 Installation plane

首先，电容使用插销加螺丝的固定方法，在支架的加工上不能达到无间隙的配合，车辆在行驶中出现振动时，振动力传递到电容支架，会加剧电容在支架上的振动，经过反复振动，最终导致电容内部振裂。

同时，这种安装方式，超级电容框架顶层位置的振幅最大，另外超级电容模块Y轴方向会产生较大的振动。经过抽样测量，得到6辆车的电容模块的Y轴方向的最大振动数据见表1，中层与顶层均有超过SAE J2380模块规范和ISO 16750-3的标准。表中红色阴影部分表示在Y轴（横向）振动超出限值，其中顶层的最大值最高。

表1 电容模块振动值Table 1 Vibration value of capacitance module

由此可见，超级电容安装架存在的问题，主要是支架的强度不足，以及超级电容模块单侧的安装方式（采用插固方式），导致行驶晃动时超级电容的前端（螺栓固定）牵引着安装座横梁Y向的左右晃动。只有将超级电容模块在架上的晃动限制在一定范围内，超级电容模块才可以正常工作。

3 方案

最初，支架和电容模块一侧的固定方式存在着不合理的设计，整改方案是对支架进行加固，并将电容模块的一侧的插接安装方式改为螺接方式，具体方案为见图3。

1）把超级电容夹片固定改为螺丝固定；

2）超级电容支架前后、左右都需要焊接十字交叉架进行加固；

3）每层超级电容前后需要焊接加固方钢支架；

4）在顶部焊接固定支架。

图3 安装方式整改Fig.3 Installation Improvement

4 标准

耐振动性

将电容器紧固到振动试验台上，按下属条件进行振动试验：

a）振动频率：10 Hz一55 Hz；

b）振动方向：上下单振动；

c）最大加速度：30 m／s2；

d）振动时间：2 h

电容模块经上述试验后，壳体无变形、开裂，电解液无泄漏，测试内阻无突变。

5 测试

选取编号为2621-2640的20台车作为样车进行测试，在底层、中层、顶层的超级电容上固定测试仪器来测试记录超级电容的振动数据。

试验过程中，车辆空载，空调设备全部开启，选取路况较差的一条凹坑的柏油路，并在该柏油路上以40-50公里／小时的车速行驶，模拟运行线路连续行驶18公里，通过振动仪测量并记录各个振动参数。

路面：凹坑的柏油路；

测试条件：测试过程中司机、路程、路况统一；振动仪型号：Lansmont SAVERTM 3M3

通过测量并记录每台车在行驶过程中的20个最大振动点的振动数值并求得平均值，绘制出这20台车在整改前、后的振动数据曲线，如图4、5所示：

从图中的数据曲线可以看出，整改后，所有车辆电容支架顶部的电容模块振动数据已基本降至2G以下，完全符合国家标准关于车用电容的振动要求。

6 结语

经过对超级电容模块固定方式及安装支架的整改，从源头上消除了导致电容模块开裂漏液故障的隐患。

在目前的新能源客车的研发过程中，整车生产企业除了关注电池、电容的参数匹配及监控管理之外，还应该更多地关注实际运行条件，诸如温度、振动环境等，要对车辆的运行条件、使用环境进行研究，不断改进与优化电池、电容的使用环境与条件，从而使电池与电容的性能得到充分发挥并确保使用安全。

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