論提升AGM蓄電池耐振性方法

陳 東

（上海汽車集團(tuán)股份有限公司商用車技術(shù)中心，上海 200438）

AGM蓄電池為了增強(qiáng)極柱的耐腐蝕性，一般在極柱中添加錫合金，但是錫的合金材質(zhì)偏軟，強(qiáng)度較低。極柱的鉛圈需要固定線束，對(duì)強(qiáng)度有要求，因此采用的是鉛銻合金。當(dāng)極柱和鉛圈在鑄焊時(shí)將兩種材料進(jìn)行熔合，但是因?yàn)闃O柱為鉛錫合金，鉛圈為鉛銻合金，兩種材料熔合時(shí)，熔合度不好，容易發(fā)生斷裂。一般情況下不會(huì)發(fā)生斷裂，但是當(dāng)整車的振動(dòng)量過(guò)大時(shí)，容易發(fā)生極柱斷裂的問(wèn)題。本問(wèn)題就發(fā)生在筆者所開(kāi)發(fā)的一款大型SUV車型上。

1 極柱失效案例

筆者在上汽大通某車型的開(kāi)發(fā)中，在整車路試時(shí)出現(xiàn)整車突然斷電的問(wèn)題，此種情況對(duì)行車安全有著極大的影響。筆者通過(guò)對(duì)電池的解剖分析，發(fā)現(xiàn)蓄電池極柱斷裂了，如圖1所示，此案例在業(yè)內(nèi)極其少見(jiàn)。

圖1 蓄電池極柱斷裂

2 整車振動(dòng)量分析

針對(duì)于筆者遇到的蓄電池極柱斷裂的問(wèn)題，因?yàn)樵谛袠I(yè)內(nèi)極其少見(jiàn)，筆者首先進(jìn)行了整車振動(dòng)量采集分析。

2.1 振動(dòng)時(shí)域分析

通過(guò)在整車路試中進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，選取了典型工況，比利時(shí)工況。在比利時(shí)路上，蓄電池X向振動(dòng)加速度高達(dá)5.2 g，超出標(biāo)準(zhǔn)3 g。圖2為蓄電池振動(dòng)時(shí)域圖。但是整車開(kāi)發(fā)已到OTS路試階段，并且整車也無(wú)相應(yīng)優(yōu)化措施，只能從蓄電池上進(jìn)行加強(qiáng)。

圖2 蓄電池振動(dòng)時(shí)域圖

2.2 振動(dòng)時(shí)頻域分析

目前整車上的振動(dòng)都屬于隨機(jī)振動(dòng)，為了更好分析振動(dòng)情況，進(jìn)行了頻域分析，如圖3所示。

圖3 蓄電池振動(dòng)頻域分析

2.3 振動(dòng)分析

從整車振動(dòng)采集分析上看，蓄電池振動(dòng)已超出設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，并且屬于隨機(jī)振動(dòng)。目前蓄電池的標(biāo)準(zhǔn)中均采用的是定頻的振動(dòng)，并且只有Z方向的振動(dòng)，因此需要采用其它振動(dòng)試驗(yàn)方法對(duì)此問(wèn)題在臺(tái)架上進(jìn)行復(fù)現(xiàn)，然后進(jìn)行解決及驗(yàn)證。我們通過(guò)對(duì)頻域信號(hào)進(jìn)行分析，做出其功率譜密度曲線，然后乘以一定的倍數(shù)，得出的數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 振動(dòng)功率譜密度表

通過(guò)對(duì)比功率譜密度表，發(fā)現(xiàn)其與EN50342-1-2015版標(biāo)準(zhǔn)中的振動(dòng)等級(jí)V4標(biāo)準(zhǔn) （表2）極為相像。為了驗(yàn)證覆蓋更多的車型，因此決定采用EN50342-1-2015版標(biāo)準(zhǔn)中的振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)作為驗(yàn)證的標(biāo)準(zhǔn)。

表2 EN50342-1-2015振動(dòng)等級(jí)V4功率密度表

3 改進(jìn)方案及驗(yàn)證情況

3.1 改進(jìn)方案

針對(duì)于蓄電池極柱強(qiáng)度的加強(qiáng)，有如下3種措施。

1）措施1：加長(zhǎng)焊接深度，將極柱焊接深度由5~7mm提升至8~10mm。

2）措施2：更改極柱的錫含量，將錫的含量由3.5%提升至4.4%，讓極柱和鉛圈更好地熔合。

3）措施3：在集群處進(jìn)行滴膠，固定集群，防止晃動(dòng)，如圖4所示。

圖4 集群加膠

3.2 改進(jìn)方案設(shè)計(jì)

因?yàn)楦倪M(jìn)方案有3種，3種都有不同的水平，如果同時(shí)使用，會(huì)產(chǎn)生不同組合。為了找出最優(yōu)的組合，進(jìn)行了普式分析以優(yōu)化方案，做出了4種組合，并加入溫度噪音因子。

表3 優(yōu)化方案設(shè)計(jì)

3.3 改進(jìn)方案驗(yàn)證

按照3.2設(shè)計(jì)的方案，我們采用EN50342-1-2015進(jìn)行了驗(yàn)證，并且加入噪音因子溫度。N為噪音因子，N1為25℃，N2為70℃，A代表焊接深度，B代表錫含量，C代表加膠。驗(yàn)證結(jié)果見(jiàn)表4。

通過(guò)驗(yàn)證結(jié)果做出正交圖查看SN和β，如圖5所示。

從圖5a來(lái)看 （S／N），信噪比越大系統(tǒng)越穩(wěn)健，所以選擇A1，B1／B2，C1；從圖5b來(lái)看 （β），β越大效果越好，所以選擇A1，B1，C1。綜上最優(yōu)選擇是A1，B1，C1：焊接深度9mm+含錫量4.4%+點(diǎn)膠工藝。但是從圖形上看，對(duì)振動(dòng)強(qiáng)度影響最大的因子為焊接深度因子。考慮到更改成本，最終選用增加焊接深度的方式。

3.4 改進(jìn)方案實(shí)車驗(yàn)證

筆者將改進(jìn)后的樣品進(jìn)行了整車路試，改進(jìn)后的樣品可以完成完整的整車耐久路試，證明改進(jìn)有效成功。

圖5 SN和β分析

表4 驗(yàn)證結(jié)果

4 結(jié)論

本文結(jié)合筆者遇到的整車路試過(guò)程中出現(xiàn)的蓄電池極柱斷裂的問(wèn)題，采用了DFSS問(wèn)題分析的思路和相應(yīng)的分析工具，最終找到了最關(guān)鍵的因子，并且成功解決了問(wèn)題。以最小的成本，找到最優(yōu)的解決辦法，值得推廣。