徐家海，宋和平,2，韓利佳，邢會(huì)廣，李延靜

1.長(zhǎng)興吉利汽車部件有限公司，浙江長(zhǎng)興 313100；2.寧波吉利汽車研究開(kāi)發(fā)有限公司長(zhǎng)興分公司，浙江長(zhǎng)興 313100；3.吉利汽車研究院(寧波)有限公司，浙江寧波 315336

0 引言

隨著人民生活水平的提高，汽車已經(jīng)漸漸變成了日常生活的必需品，伴隨著汽車電子電器功能越來(lái)越多，汽車的電子控制單元也越來(lái)越多，相應(yīng)地汽車耗電量也大幅地提高。

汽車用電器可簡(jiǎn)單劃分為四大類：加熱座椅等娛樂(lè)性用電器；空調(diào)、音響等舒適性用電器；車燈等輔助行駛用電器；安全氣囊控制器等安全行駛用電器。

汽車用電器的供電一般主要由蓄電池提供，而當(dāng)蓄電池電量不足時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一定的虧電現(xiàn)象，也就是所謂的蓄電池電量不足。蓄電池輕度虧電時(shí)，會(huì)影響整車部分電子控制單元功能失效;而虧電較嚴(yán)重時(shí)，會(huì)影響車輛正常啟動(dòng)，因此解決汽車虧電問(wèn)題就顯得意義重大。

本文針對(duì)蓄電池虧電問(wèn)題進(jìn)行了原因分析，并提出了有效的解決方案，為同行相關(guān)問(wèn)題提供一定的參考。

1 背景及虧電原因分析

針對(duì)某款車型蓄電池出現(xiàn)的客戶抱怨問(wèn)題進(jìn)行調(diào)研，近一年的PPM(parts per million)接近3 000，即百萬(wàn)產(chǎn)品的不良率接近3 000。對(duì)近一年的蓄電池故障數(shù)量及不良率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如圖1所示。

圖1 蓄電池故障數(shù)量及不良率統(tǒng)計(jì)

由圖1可以看到，蓄電池虧電成為蓄電池故障中的主要因素，因此如何有效地降低虧電，可以明顯地改善PPM，降低客戶的抱怨。

蓄電池虧電原因分析如圖2所示。

圖2 蓄電池虧電原因分析

由圖2可知，虧電產(chǎn)生的原因從研發(fā)階段、生產(chǎn)階段、出廠前發(fā)運(yùn)以及出廠后4S店階段都有涉及，主要包含蓄電池充電策略、蓄電池本身質(zhì)量問(wèn)題、車輛出廠前以及出廠后等方面的原因，下面將對(duì)這些原因進(jìn)行詳細(xì)排查，并給出確實(shí)可行的解決方案。

2 虧電原因排查及改善措施

2.1 充電策略

因?yàn)槠噯?dòng)后才會(huì)對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，所以需要根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力標(biāo)定策略進(jìn)行調(diào)整，及時(shí)地對(duì)蓄電池進(jìn)行充電。

蓄電池進(jìn)行充電主要在正常模式和強(qiáng)充模式下進(jìn)行。其中正常模式包括如下幾個(gè)方面：

(1)混動(dòng)、EV等模式；

(2)能量回收模式；

(3)怠速、巡航等模式；

(4)助力、充電等模式；

(5)啟停、停機(jī)模式。

在正常模式的前4種模式下，原來(lái)的動(dòng)力標(biāo)定策略是當(dāng)蓄電池剩余電量(state of charge，SOC)不大于80%時(shí)，對(duì)蓄電池采用14.25 V充電電壓進(jìn)行充電;當(dāng)超過(guò)80%時(shí)，充電電壓下降至11 V，保證蓄電池不會(huì)過(guò)度充電。經(jīng)過(guò)評(píng)估后，發(fā)現(xiàn)原來(lái)的充電策略存在一定的不合理性，因?yàn)楫?dāng)蓄電池電量不充足時(shí)，充電電壓不足以快速地補(bǔ)充電量，所以決定提高充電電壓，保證當(dāng)蓄電池存在虧電趨勢(shì)的時(shí)候進(jìn)行電量的補(bǔ)充。調(diào)整后的策略是：在≤80%時(shí)，將充電電壓從原來(lái)的14.25 V提高到14.5 V，并對(duì)低溫修正電壓進(jìn)行適當(dāng)?shù)靥岣?。?duì)于正常模式下的第5種模式，即啟停、停機(jī)模式，原來(lái)的充電策略是充電電壓保持在12 V，沒(méi)有考慮的情形。因此調(diào)整后的策略變?yōu)椋寒?dāng)≤80%時(shí)，將充電電壓從原來(lái)的12 V提高到13 V;當(dāng)超過(guò)80%時(shí)，維持原來(lái)的12 V充電電壓。

對(duì)于強(qiáng)充模式，主要在以下情況下進(jìn)行：

(1)蓄電池傳感器IBS(intelligent battery sensor)出現(xiàn)故障時(shí)；

(2)帶式啟停機(jī)BSG(belt-driven starter generator)功率下降時(shí)；

(3)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)前蓄電池電壓小于閾值時(shí)，啟動(dòng)后10 s內(nèi)進(jìn)行強(qiáng)充；

(4)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)前小于閾值時(shí)，啟動(dòng)后10 s內(nèi)進(jìn)行強(qiáng)充。

將強(qiáng)充模式的策略也進(jìn)行調(diào)整，將充電電壓從原來(lái)的14 V提高到14.5 V。

經(jīng)過(guò)對(duì)標(biāo)定策略調(diào)整后，蓄電池充電效果得到提升，但是需要后期評(píng)估對(duì)油耗的影響。經(jīng)過(guò)對(duì)油耗等多方面的測(cè)試和評(píng)估之后，得到如下結(jié)果：

(1)提高不同模式的充電電壓后，導(dǎo)致行車過(guò)程中持續(xù)給蓄電池充電，增加了公告油耗和用戶使用油耗；

(2)提高充電電壓后，導(dǎo)致充電負(fù)荷增加，進(jìn)而影響排放指標(biāo)；

(3)提高目標(biāo)電壓后，會(huì)增加發(fā)電機(jī)充電扭矩，影響到整車噪聲、振動(dòng)與聲振粗糙度(noise、vibration、harshness，NVH)性能；

(4)在低溫、高原環(huán)境及坡道時(shí)，持續(xù)充電可能會(huì)導(dǎo)致冷啟動(dòng)起步掉轉(zhuǎn)速或熄火問(wèn)題，包括啟停啟動(dòng)后起步工況；

(5)模式切換時(shí)充電電壓的不同，導(dǎo)致整車電壓跳變影響用戶感知，如大燈、鼓風(fēng)機(jī)等；

(6)啟停、停機(jī)后48 V電池包放電給12 V蓄電池對(duì)停機(jī)時(shí)間影響及對(duì)48 V電池包影響。

2.2 蓄電池質(zhì)量問(wèn)題

2.2.1 鑄帶鉛胚溫度高，板柵成型致密性低

板柵屬于鉛酸蓄電池的主要組成部分，作為正負(fù)電極的集電骨架，主要起到傳導(dǎo)電流、匯集電流、使電流均勻分布等作用，而鉛酸蓄電池內(nèi)部屬于強(qiáng)酸環(huán)境，對(duì)板柵有腐蝕性，因此板柵在制造過(guò)程中需要考慮致密性等因素，才不會(huì)影響到蓄電池自身性能。

經(jīng)過(guò)對(duì)蓄電池制造工藝的調(diào)研，發(fā)現(xiàn)制造板柵鉛帶的溫度高低，會(huì)影響板柵成型致密性。鉛帶溫度越高，板柵成型致密性越低。溫度改善前的板柵腐蝕率統(tǒng)計(jì)如圖3所示。

圖3 溫度改善前的板柵腐蝕率統(tǒng)計(jì)

由圖3可以看到，溫度改善前，板柵的腐蝕率約為17.22%，而此時(shí)的鉛帶溫度約為74 ℃。因?yàn)檩^高的溫度會(huì)影響腐蝕率，所以決定對(duì)鉛帶溫度采取降溫措施進(jìn)行驗(yàn)證和改善。改善方案如圖4所示，主要采取兩方面進(jìn)行降溫：①鼓風(fēng)機(jī)對(duì)鉛帶進(jìn)行吹風(fēng)降溫；②對(duì)鉛帶進(jìn)行灑水降溫。

圖4 鉛板降溫方案示意

改善方案實(shí)施后，經(jīng)過(guò)持續(xù)至少14 d的時(shí)間采樣和測(cè)量，鉛帶溫度由原來(lái)的74 ℃降低到59 ℃。溫度改善后的板柵腐蝕率統(tǒng)計(jì)如圖5所示。

圖5 溫度改善后的板柵腐蝕率統(tǒng)計(jì)

由圖5可以看到，降溫后的改善效果明顯，板柵腐蝕率從改善前的17.22%降低到14.84%，板柵成型致密性得到提高，蓄電池質(zhì)量問(wèn)題得到改善。

2.2.2 穿壁焊不良

為了降低蓄電池中的連接條的質(zhì)量，提高蓄電池的能量密度和比能量，普遍采用穿壁焊工藝。所謂穿壁焊，是指在電池組中的兩個(gè)相互鄰接的單體電池之間的隔墻之間，連接條穿過(guò)相鄰的隔墻，將其焊接串聯(lián)起來(lái)的工藝。

在改善前，穿壁焊機(jī)控制器操作只是在過(guò)程操作指導(dǎo)書(shū)提及，未進(jìn)行細(xì)化。同時(shí)，也未對(duì)設(shè)備點(diǎn)檢進(jìn)行刻度標(biāo)識(shí)。為了保證穿壁焊的質(zhì)量，在如下方面可以進(jìn)行改善：

(1)制作控制器操作指導(dǎo)書(shū)，增強(qiáng)設(shè)備可操作性；

(2)通過(guò)新增兩個(gè)點(diǎn)檢項(xiàng)目進(jìn)一步完善設(shè)備維護(hù)點(diǎn)檢項(xiàng)目，同時(shí)使用刻度線標(biāo)識(shí)點(diǎn)檢項(xiàng)細(xì)化目視化管理;

(3)改善前使用指針式扭矩測(cè)量?jī)x，如圖6所示，由于指針用肉眼識(shí)別有偏差不利于質(zhì)量管控，因此采用數(shù)顯式扭力測(cè)量?jī)x，如圖7所示，數(shù)顯式測(cè)量?jī)x帶峰值顯示功能，精度高，可以提高測(cè)量穩(wěn)定性和精確性。

圖6 指針式扭矩測(cè)量?jī)x

圖7 數(shù)顯式扭力測(cè)量?jī)x

2.2.3 極板變形刺破隔板

為了解決因蓄電池極板變形刺破隔板導(dǎo)致的電池質(zhì)量問(wèn)題，需要在裝配前對(duì)蓄電池的性能進(jìn)行檢測(cè)，因此可以借助大電流檢測(cè)機(jī)，如圖8所示。使用大電流檢測(cè)機(jī)可以對(duì)極板變形刺破隔板引起的電池電壓偏低、電池內(nèi)部故障等問(wèn)題進(jìn)行快速地初步診斷，從而保證蓄電池的質(zhì)量。

圖8 大電流檢測(cè)機(jī)

2.2.4 蓄電池自放電大

因車間在裝配過(guò)程中，涉及電器檢查、車輛液體(制動(dòng)液、冷卻液、冷媒)加注、四輪定位、燈光檢查等用電操作，而蓄電池因一致性等原因，即蓄電池自身放電的差異，導(dǎo)致車輛在裝配后，個(gè)別車輛的蓄電池出現(xiàn)了電壓偏低(低于12.55 V)現(xiàn)象，存在蓄電池虧電影響車輛啟動(dòng)問(wèn)題。經(jīng)過(guò)對(duì)在制車輛的排查，發(fā)現(xiàn)采用的是國(guó)內(nèi)某蓄電池廠家的H5型號(hào)60 Ah容量的蓄電池，而為了保證不影響因更換電池產(chǎn)生的車輛裝配尺寸問(wèn)題，需要使用相同尺寸，但是容量擴(kuò)容的電池。經(jīng)過(guò)調(diào)研，最終使用該廠家H5型號(hào)的65 Ah容量的蓄電池，H5型號(hào)不同容量蓄電池對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 H5型號(hào)不同容量蓄電池對(duì)比

由表1可以看到，不同容量的蓄電池，差別主要集中在活性物質(zhì)材料以及質(zhì)量，對(duì)于已經(jīng)在制車的影響最小，可以不需要修改模具以及裝配工藝。擴(kuò)容后的蓄電池在總裝線消耗相同的電量時(shí)，剩余的電量比原電池多，電壓也比原電池高。因此，解決蓄電池自放電大的問(wèn)題，可以通過(guò)蓄電池?cái)U(kuò)容的方式進(jìn)行解決。

2.3 車輛出廠前問(wèn)題

在車輛制造環(huán)節(jié)，對(duì)裝配各工位用電情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)情況見(jiàn)表2。

表2 裝配環(huán)節(jié)蓄電池耗電統(tǒng)計(jì)

通過(guò)觀察表2可發(fā)現(xiàn)，汽車裝配全流程耗電約為9.762 5 Ah，按照當(dāng)前60 Ah的蓄電池來(lái)考慮，裝配過(guò)程會(huì)導(dǎo)致?lián)p耗16.27%，車輛在裝配過(guò)程有一定概率導(dǎo)致虧電，因此需要在總裝裝配前、裝配過(guò)程以及裝配后進(jìn)行考慮，并做相應(yīng)的改進(jìn)。

在裝配前蓄電池貯存改善措施如下：

(1)蓄電池的存儲(chǔ)時(shí)間不應(yīng)超過(guò)3個(gè)月，并定期地測(cè)量蓄電池的電壓，當(dāng)電壓低于12.50 V時(shí)，應(yīng)對(duì)蓄電池進(jìn)行充電；

(2)蓄電池裝配使用實(shí)施先進(jìn)先出的原則；

(3)蓄電池必須充足電貯存，入庫(kù)蓄電池電壓應(yīng)大于12.70 V，且每批次抽檢比例不低于2%。

在裝配過(guò)程改善措施如下：

(1)裝車前蓄電池電壓應(yīng)不小于12.70 V，不滿足條件的電池必須進(jìn)行更換；

(2)裝車環(huán)節(jié)盡量少開(kāi)啟電器件，若開(kāi)啟使用后應(yīng)及時(shí)關(guān)閉。

在裝配后，車輛入庫(kù)時(shí)改善措施如下：

(1)倉(cāng)儲(chǔ)時(shí)間超過(guò)3 d的車輛，必須將蓄電池的負(fù)極線摘下來(lái)，且每個(gè)月檢查一次蓄電池的狀態(tài)；

(2)新車發(fā)運(yùn)前檢測(cè)蓄電池電壓，電壓不低于12.55 V，低于此限值需要及時(shí)充電補(bǔ)充，充電方式可以采用恒壓限流或恒流限壓。

2.4 車輛出廠后問(wèn)題

車輛在出廠后，涉及車輛在4S店的存儲(chǔ)以及交付給用戶階段出現(xiàn)的問(wèn)題，主要有車輛庫(kù)存過(guò)程中存在保養(yǎng)不到位現(xiàn)象和4S店交車電壓測(cè)試執(zhí)行不到位，針對(duì)以上問(wèn)題，可以進(jìn)行如下方式進(jìn)行改善：

(1)商品車經(jīng)出廠檢查合格入庫(kù)存放時(shí)，須對(duì)蓄電池電壓進(jìn)行檢查，電壓不低于12.50 V，檢查合格后將蓄電池負(fù)極斷開(kāi)，存入4S保管庫(kù)；

(2)商品車庫(kù)存儲(chǔ)期間每月須根據(jù)《經(jīng)銷商庫(kù)存車檢查表》進(jìn)行車輛日常維護(hù)，維護(hù)記錄完整，信息準(zhǔn)確齊全，做到蓄電池電量的有效跟蹤；

(3)蓄電池電壓低于12.50 V，應(yīng)將蓄電池拆下進(jìn)行充電處理，充電標(biāo)準(zhǔn)蓄電池電壓應(yīng)達(dá)到 12.50 V，并做好記錄；

(4)車輛交付給客戶前再次對(duì)蓄電池正、負(fù)極接線柱進(jìn)行檢查并緊固，同時(shí)測(cè)量發(fā)電機(jī)充電電壓，正常應(yīng)在13.80～14.40 V；

(5)展車屬于庫(kù)存車輛，同樣須按照上述要求進(jìn)行管理維護(hù)，其中展車蓄電池電壓須每天進(jìn)行檢查維護(hù)，并做好記錄;

(6)部分4S店可以根據(jù)自身情況，引入智能虧電提醒系統(tǒng)，提前做到虧電狀態(tài)的識(shí)別，并及時(shí)充電。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文從研發(fā)階段、生產(chǎn)階段、出廠前發(fā)運(yùn)以及出廠后4S店階段整車制造全流程方面分析了蓄電池虧電產(chǎn)生的原因，并提供了確實(shí)可行的改善方案，經(jīng)過(guò)以上改善方式的具體實(shí)施，市場(chǎng)銷售車輛近一年的百萬(wàn)產(chǎn)品的不良率從原來(lái)的接近3 000降低到300左右，效果明顯，為汽車行業(yè)因蓄電池原因解決售后質(zhì)量問(wèn)題提供了借鑒意義。