再談汽車48V系統可靠性試驗方法

張華春，盧生林

（奇瑞汽車股份有限公司，安徽 蕪湖241006）

當今世界，在排放要求越來越嚴格的情況下，單純靠提高發動機的燃油效率達到排放目標是不可能的，汽車混動化、純電動化是未來發展的趨勢。純電動化由于高成本以及續航問題，目前無法在短期內大量普及，而混動技術應用得越來越多了。48V系統是一個輕混系統，相比高壓混動系統而言，成本更低，卻可以達到高壓混動系統（電池電壓＞100V）大部分節能效果，48V輕混系統是高壓輕混系統成本的30%，卻能達到高壓輕混系統70%的節能效果。所以，很多汽車廠商都應用了48V輕混系統，但新技術的應用可能會給用戶帶來問題，為了減少用戶抱怨，48V系統的可靠性就顯得尤為重要了。

1 48V系統概述

根據電機的布置方式，48V輕混系統的形式由P0發展出了P1、P2、P3、P4，還有復合型。位置的演化過程，其實都是電機和發動機逐漸解耦的過程。不管是哪種形式，48V系統主要還是由48V鋰電池、48V電機和DCDC組成。主要功能包括：啟停功能、電動助力、能量回收、扭矩分配和電源管理等。

2 48V系統可靠性試驗方法

在上一篇論文《淺談汽車48V系統可靠性試驗方法研究》（《汽車電器》2019年第8期）里，我們介紹了48V系統的可靠性試驗方法，但試驗方法中各參數是怎么來的，沒有詳細介紹，下面具體展開講一講。

2.1 環境應力分析

其實，48V系統受到的環境應力有很多，比如溫度、濕度、振動、雨水、冰雪、粉塵等，但在試驗室要同時模擬這些環境因素是很難的，我們這次主要考慮溫度因素對48V系統的影響。另外，在用戶使用車輛的過程中，啟停是一項非常重要的功能，也是需要加強驗證的。

結合以上分析，我們這次主要進行48V系統在溫度（高溫、低溫、溫度變化）和啟停性能這兩個因素的考量。

2.2 環境應力模型建立

確定了環境應力因子，選擇可靠性加速模型就很容易了，這里我們選擇科芬-曼森（Coffin-Manson）模型。參考某整車廠的48V系統策略，48V系統的工作溫度范圍為-40～80℃，啟停的工作溫度范圍為-10～65℃。這里設定48V系統的設計壽命是10年/16萬公里。

1）參考行業通用標準及48V系統自身的特點，科芬-曼森指數指定為3.0，48V系統在各溫度下的占比見表1。

2）知道了各溫度點的比率，下面來確定加速模型中的其他參數。

加速因子計算如下：

表1 各溫度占比

式中，ΔTTest——最高溫度80℃與最低溫度-40℃的差值，結果是120℃；ΔTFeld——一個溫度循環中溫度的平均差異，這里設定20℃。知道了這幾個參數，我們就能算出ACM為216。

此外，我們設定溫度循環次數為7300次，根據下面的公式就能算出加速后的溫度循環次數為33.8次，這里取整數34次。

根據環境倉升溫和降溫速率以及48V系統達到設定溫度所需要的時間，就能算出一個循環所需要的時間了。由于每個環境倉和部件的升溫、降溫速率不一樣，所以這個循環時間可能存在差別，我們通過某環境倉實測得出一個循環需要31.3h。知道了一個循環所需要的時間和總循環次數，不難得出總的試驗時間是1057.82h。表2為加速模型參數。

表2 加速模型參數

3）通過分析用戶使用48V系統的車輛采集數據，計算出各場景用戶使用48V系統啟停的頻次。其中，90%的用戶3年實際里程為8萬公里，每年使用300天，共進行104000次啟停。

4）結合以上數據，我們得出48V啟停可靠性試驗共有34個循環，每一個循環31.3h，其中-40℃下1.6h，-10℃下2.2h，常溫下21h，65℃下2.2h，80℃下0.3h；每個循環中，啟停3059次，其中在-10℃和65℃溫度下，各啟停52次，20℃溫度下進行2955次。

2.3 可靠性試驗

試驗時，我們將ECU模塊程序進行設定，20℃時15s啟停一次，-10℃和65℃時2min一次，這個時間間隔可以根據整車的溫度場來確定。-40℃和80℃只存儲，啟停不工作。

1）將功能正常的整車放進環境倉，設定好ECU程序和環境溫度，將直流穩壓電源設定到48V并給48V電池充電。2）按照圖1進行48V系統可靠性試驗，共進行34個循環。3）每一個循環結束后按照48V系統功能規范檢查48V系統各項功能是否完好。

圖1 溫度循環曲線

通過上面的可靠性試驗，我們也發現了一些問題，如車速降為0后，發動機不會停機，但車輛熄火后重新起動，48V系統啟停功能又恢復正常了。高溫時，48V系統不能啟停，12V系統可以啟動。這些問題的解決需要根據48V系統的標定策略和各部件的匹配性能進行分析，通過采集的數據查看問題出現時的工況和場景，還需要查看TCU、ECU和BCM之間的交互信號是否存在指令沒發送或不執行的情況。總之，問題的解決不是一蹴而就的，需要多方分析和后續整改驗證。

3 結束語

汽車48V系統可靠性的試驗方法，雖然有一些加速模型可以參考，但不同整車廠的技術方案和系統成熟度不一樣，所以方法也有所不同。本文介紹的48V可靠性試驗方法，經過實際項目應用，的確發現了一些問題，希望能給大家一些參考。