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再谈汽车48V系统可靠性试验方法

2021-09-26 20:36:11·  来源：电动学堂  作者：张华春等  
　
文章来源：奇瑞汽车股份有限公司作为混合动力的一种重要技术路线，48V在代替传统燃油车的历程中占距一席之地。48V系统是一个轻混系统，相比高压混动系统而言，成
文章来源：奇瑞汽车股份有限公司
作为混合动力的一种重要技术路线，48V在代替传统燃油车的历程中占距一席之地。48V系统是一个轻混系统，相比高压混动系统而言，成本更低，却可以达到高压混动系统（电池电压＞100V）大部分节能效果，48V轻混系统是高压轻混系统成本的30%，却能达到高压轻混系统70%的节能效果。所以，很多汽车厂商都应用了48V轻混系统，但新技术的应用可能会给用户带来问题，为了减少用户抱怨，48V系统的可靠性就显得尤为重要了。

1 48V系统概述
根据电机的布置方式，48V轻混系统的形式由P0发展出了P1、P2、P3、P4，还有复合型。位置的演化过程，其实都是电机和发动机逐渐解耦的过程。不管是哪种形式，48V系统主要还是由48V锂电池、48V电机和DCDC组成。主要功能包括：启停功能、电动助力、能量回收、扭矩分配和电源管理等。

2 48V系统可靠性试验方法
在上一篇论文《浅谈汽车48V系统可靠性试验方法研究》（《汽车电器》2019年第8期）里，我们介绍了48V系统的可靠性试验方法，但试验方法中各参数是怎么来的，没有详细介绍，下面具体展开讲一讲。

2.1环境应力分析
其实，48V系统受到的环境应力有很多，比如温度、湿度、振动、雨水、冰雪、粉尘等，但在试验室要同时模拟这些环境因素是很难的，我们这次主要考虑温度因素对48V系统的影响。另外，在用户使用车辆的过程中，启停是一项非常重要的功能，也是需要加强验证的。
结合以上分析，我们这次主要进行48V系统在温度（高温、低温、温度变化）和启停性能这两个因素的考量。

2.2环境应力模型建立
确定了环境应力因子，选择可靠性加速模型就很容易了，这里我们选择科芬-曼森（Coffin-Manson）模型。参考某整车厂的48V系统策略，48V系统的工作温度范围为-40～80℃，启停的工作温度范围为-10～65℃。这里设定48V系统的设计寿命是10年/16万公里。
1）参考行业通用标准及48V系统自身的特点，科芬-曼森指数指定为3.0，48V系统在各温度下的占比见表1

2）知道了各温度点的比率，下面来确定加速模型中的其他参数。
加速因子计算如下：

式中，ΔTTest———最高温度80℃与最低温度-40℃的差值，结果是120℃；ΔTFeld———一个温度循环中温度的平均差异，这里设定20℃。知道了这几个参数，我们就能算出ACM为216。
此外，我们设定温度循环次数为7300次，根据下面的公式就能算出加速后的温度循环次数为33.8次，这里取整数34次。

根据环境仓升温和降温速率以及48V系统达到设定温度所需要的时间，就能算出一个循环所需要的时间了。由于每个环境仓和部件的升温、降温速率不一样，所以这个循环时间可能存在差别，我们通过某环境仓实测得出一个循环需要31.3h。知道了一个循环所需要的时间和总循环次数，不难得出总的试验时间是1057.82h。表2为加速模型参数。

3）通过分析用户使用48V系统的车辆采集数据，计算出各场景用户使用48V系统启停的频次。其中，90%的用户3年实际里程为8万公里，每年使用300天，共进行104000次启停。
4）结合以上数据，我们得出48V启停可靠性试验共有34个循环，每一个循环31.3h，其中-40℃下1.6h，-10℃下2.2h，常温下21h，65℃下2.2h，80℃下0.3h；每个循环中，启停3059次，其中在-10℃和65℃温度下，各启停52次，20℃温度下进行2955次。
2.3可靠性试验
试验时，我们将ECU模块程序进行设定，20℃时15s启停一次，-10℃和65℃时2min一次，这个时间间隔可以根据整车的温度场来确定。-40℃和80℃只存储，启停不工作。
1）将功能正常的整车放进环境仓，设定好ECU程序和环境温度，将直流稳压电源设定到48V并给48V电池充电。
2）按照图1进行48V系统可靠性试验，共进行34个循环。
3）每一个循环结束后按照48V系统功能规范检查48V系统各项功能是否完好。

通过上面的可靠性试验，我们也发现了一些问题，如车速降为0后，发动机不会停机，但车辆熄火后重新起动，48V系统启停功能又恢复正常了。高温时，48V系统不能启停，12V系统可以启动。这些问题的解决需要根据48V系统的标定策略和各部件的匹配性能进行分析，通过采集的数据查看问题出现时的工况和场景，还需要查看TCU、ECU和BCM之间的交互信号是否存在指令没发送或不执行的情况。总之，问题的解决不是一蹴而就的，需要多方分析和后续整改验证。

3结束语
汽车48V系统可靠性的试验方法，虽然有一些加速模型可以参考，但不同整车厂的技术方案和系统成熟度不一样，所以方法也有所不同。本文介绍的48V可靠性试验方法，经过实际项目应用，的确发现了一些问题，希望能给大家一些参考。
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