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汽车|浅谈汽车48V系统可靠性试验方法研究


作者 | 奇瑞汽车股份有限公司
【汽车|浅谈汽车48V系统可靠性试验方法研究】来源 |《浅谈汽车48V系统可靠性试验方法研究》 ， 电动学堂
1 系统概述及主要功能
48V轻混系统可以看成是12V启停系统的升级版 ， 增加了48V锂电池?48V/12V双向DC/DC?48VBSG?电池管理系统 。 我们平时所说的P0?P1?P2?P3?P4结构 ， 是根据电机所处的不同位置命名的 。
48V电机放置在发动机前 ， 通过48V电池给48V电机和48V/12V双向DC/DC提供电能 ， 实现电机的助力及能量回收等功能 。
在48V系统没有故障?48V电池电量和其他条件满足要求的情况下 ， 首次启动通过48V电池给48V电机提供能量 ， 启动发动机 ， 实现48V首次启动优先功能 。
整车在行驶过程中 ， 根据驾驶需求 ， 可以控制48V电机的扭矩输出能力 ， 实现48V系统的扭矩分配和助力功能；当整车在行驶过程中 ， 不需要额外的能量时 ， 48V系统可以通过48V电机收集多余的能量 ， 给48V电池充电 ， 实现能量回收功能 。 当12V电池的电量不满足整车需求时 ， 48V电池可以通过48V/12V双向DC/DC给12V电池提供能量 ， 保障整车用电量需求 。
目前 ， 48V系统的主要功能包括:启停功能(优先启动?怠速启停?滑行启停)?电动助力(电怠速?电爬行)?能量回收(滑行?制动)?扭矩分配?支持ECO/SPORT模式和电源管理等 。 系统功能框图见图1 。
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2 系统可靠性失效模式及要求
可靠性设计是在设计?生产?使用过程中提前分析排除设计隐患或薄弱环节 ， 并采取设计预防和设计改进措施 ， 有效地消除隐患 。 因此对48V系统可靠性失效模式的分析凸显重要 。 按照可靠性设计的要求 ， FMEA分析是其中非常重要的一环 ， 它是对设计过程的更完善化 ， 以明确必须做什么样的设计和过程才能满足顾客要求 。 表1是48V系统的几种失效模式的简单描述 。
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3 48V系统可靠性试验方法
3.1 环境应力分析
如何提高48V系统的可靠性?这是一个很复杂的工程 ， 在了解了48V的结构?原理和控制逻辑后 ， 要对48V系统进行环境应力的分析 ， 了解48V系统工作的特殊工况和用户的使用习惯 。
首先 ， 48V系统在自然环境中 ， 会受到很多环境应力 ， 比如温度?湿度?振动?雨水?冰雪?粉尘等的影响；在用户使用过程中 ， 会受到用户操作方法?频次的影响 ， 还有季节对操作习惯的影响 。 表2是48V系统所受环境应力因子 。
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3.2 环境应力加速
由于整车的设计寿命都比较长 ， 为了方便 ， 我们就按照10年来算 。 在试验室进行可靠性验证方案设计时 ， 不可能进行10年的试验 ， 这个周期太长 ， 因此必须进行环境应力的加速 。 在用整车进行48V系统可靠性试验时 ， 由于试验室的条件限制 ， 不可能同时把所有的环境应力加上去 ， 只能根据对48V系统影响较大的环境应力因子进行加速试验 。
可靠性的加速模型主要有3种:阿伦尼斯Arrhenius?科芬-曼森Coffin-Manson和劳森Lawson 。 阿伦尼斯模型是适用于高温耐久试验的加速模型 ， 科芬-曼森模型是适用于温度循环试验的加速模型 ， 劳森模型是适用于稳态湿热试验的加速模型 。
就48VBSG?48V锂电池和DC/DC来说 ， 温度对系统的影响最大 ， 特别是48V锂电池 ， 温度太低不能工作 ， 温度太高就会影响寿命 ， 综上考虑 ， 我们选择的加速模型是科芬-曼森模型 。
不同的整车厂对48V系统的要求是有差别的 ， 这里我们规定温度范围为-40℃~80℃(寿命10年 。 一天内温度变化平均为两次 ， 早晚温度低 ， 中午温度最高 ， 循环数2次 。 循环总数10×365×2=7300次) ， 启停次数设定为34万次 。


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