电动真空泵极限环境测试的研究

李航 吕波涛 辛庆锋 程洁清 吴海军

浙江吉利控股集团 浙江吉智新能源汽车科技有限公司 浙江省杭州市 310014

1 前言

随着技术的进步，国内车企相继投入到换电车型的开发，目前已有多款车型投入到市场，换电车可以保证车辆电池需要充电时快速的更换电池，更换电池和燃油车加油的时间相当，极大的提升了用车效率，可以完美的解决出租车主时间和里程焦虑。据调研，某城市的换电型纯电动出租车日均行驶里程为600公里，最高达700公里，因城市道路制动需求较多，真空泵的工作频次会增加，根据真空泵的工作原理，真空泵在工作时电机和泵腔均会产生热量，会对真空泵的寿命产生影响，为提升真空泵在纯电动车辆中的寿命和使用满意度，特对真空泵的启停值、持续工作情况下的温升等进行了研究。

2 出租车使用特点调研

巡游出租车是城市公共交通的一个重要组成部分，巡游出租车为乘客提供了便捷的乘车体验，可随时随地上下车，乘客可以任意选择目的地。根据调研，目前燃油型出租车的运营为全天候型，日行驶里程可达700公里，出租车辆主要在城市道路行驶，且早晚高峰时期使用频率更大。在堵车时，司机踩踏板的频率高，本文为研究出租车的制动频次，选择某城市多辆车进行制动次数调研，为保证数据的可信度，记录10台出租车在城市不同时段运行下车辆的制动频次。统计结果见表1。

表1 出租车制动频次统计汇总表

从统计结果可以得出，车辆制动频次最高为1次/5.0s，出现在道路拥堵路段，制动频次最低为1次/18.8s，平均制动频次为 1次 /11.17s。

3 高频次制动对真空泵的影响分析

真空泵控制器监控真空系统的真空度变化，当实时真空度达到真空泵的起始和停止值时，真空泵就会开启或者停止工作，根据真空系统的匹配，司机踩下制动踏板时，电动真空泵就会启动一次。根据调研信息得知，司机在堵车路况下最高制动频次为1次/5s，真空泵存在连续工作工况。同时根据叶片式电动真空泵的原理，叶片在高速旋转过程中会与定子摩擦，虽然叶片是石墨材质，自润滑效果良好，但是持续工作产生高热量，高温对真空泵的密封结构连接部件等都会造成影响。表2列举了电动真空泵零部件耐温情况，同时根据电动真空泵在100%占空比情况下持续工作温度、电流变化情况可以得出，真空泵在持续工作环境下，温度会超出其零部件的温度限值，需要进一步验证其影响。电动真空泵连续工作下的时间-温度-电流关系如图1所示。

图1 两种结构电子真空泵温度-电流-运行时间关系图

表2 电动真空泵零件耐温情况统计

4 电动真空泵连续制动试验方法设定

电动真空泵实车运行需要考虑车辆在不同海拔、不同道路、不同温度和不同驾驶习惯下，都要满足其功能，以保证产品的适用性。连续制动时，电动真空泵会连续工作；高温环境下的连续制动对电动真空泵的影响也有较大影响，本文以温度和制动频率为变量，来监测电动真空泵性能的变化。

4.1 不同环境温度下电动真空泵性能的测试

将电动真空泵置于功能试验箱中，分别以100%占空比和间隙工作进行测试，测试环境温度分别设置为30°、50°和70°，电动真空泵运行时间为2小时，测试完成后再检测其基本性能，判定是否满足要求。从图2可以研究出，电动真空泵在前1小时的间隙工作中，温度上升较慢，电流维持在14A变化，未有异常，当电动真空泵持续工作时，真空泵盖和泵身的温度随着时间的变化而明显增加，连续运行35分钟工作正常，从第40分钟开始，泵身和泵盖的持续上升，电流上升；在45分钟到50分钟内，温度快速升高至200度以上，电流升至20A，温度箱内冒烟，有刺激性气味，泵本身具备抽气功能，参数略有下降。温度变化曲线详见图2与图3。

图2 电子真空泵间歇/连续工作下温度-电流-运行时间关系图

图3 电子真空泵试验后拆解漆包线颜色变化示意

4.2 实车环境下电动真空泵连续工作测试

电动真空泵单体连续工作情况下的性能已经测试，整车状态下电动真空泵的运行状态测试需要同步研究，以判断电动真空泵在实车的匹配性，电动真空泵以整车状态布置，在电动真空泵的上盖和泵身分别安装热敏电阻，检测真空泵的温度变化，制动踏板按1次/5s的频率进行测试，分别记录随时间变化的温度值，测试周期2小时。从测试获取的数据信息可以研究出电动真空泵在整车状态下持续工作，真空泵的温度最高为198°，低于真空泵零部件许用的温度范围。

图4 电动真空泵实车装配与测试图片示意

图5 电动真空泵持续工作温度变化曲线

5 结论

通过电动真空泵极限环境测试，研究出电动真空泵在实车上可能出现的连续制动，电动真空泵长时间工作情况下，其本体的温度不会超过设计许用温度。其设计的安全系数较高，同时电动真空泵的控制策略对电动真空泵的连续工作情况进行了限制，电动真空泵出现极限的连续工作工况的概率较低。避免了市场出现电动真空泵连续工作而持续高温，造成故障的可能，对后续电动真空泵的研究应用提供了参考。