電動(dòng)真空泵極限環(huán)境測(cè)試的研究

李航 呂波濤 辛慶鋒 程潔清 吳海軍

浙江吉利控股集團(tuán) 浙江吉智新能源汽車科技有限公司 浙江省杭州市 310014

1 前言

隨著技術(shù)的進(jìn)步，國(guó)內(nèi)車企相繼投入到換電車型的開(kāi)發(fā)，目前已有多款車型投入到市場(chǎng)，換電車可以保證車輛電池需要充電時(shí)快速的更換電池，更換電池和燃油車加油的時(shí)間相當(dāng)，極大的提升了用車效率，可以完美的解決出租車主時(shí)間和里程焦慮。據(jù)調(diào)研，某城市的換電型純電動(dòng)出租車日均行駛里程為600公里，最高達(dá)700公里，因城市道路制動(dòng)需求較多，真空泵的工作頻次會(huì)增加，根據(jù)真空泵的工作原理，真空泵在工作時(shí)電機(jī)和泵腔均會(huì)產(chǎn)生熱量，會(huì)對(duì)真空泵的壽命產(chǎn)生影響，為提升真空泵在純電動(dòng)車輛中的壽命和使用滿意度，特對(duì)真空泵的啟停值、持續(xù)工作情況下的溫升等進(jìn)行了研究。

2 出租車使用特點(diǎn)調(diào)研

巡游出租車是城市公共交通的一個(gè)重要組成部分，巡游出租車為乘客提供了便捷的乘車體驗(yàn)，可隨時(shí)隨地上下車，乘客可以任意選擇目的地。根據(jù)調(diào)研，目前燃油型出租車的運(yùn)營(yíng)為全天候型，日行駛里程可達(dá)700公里，出租車輛主要在城市道路行駛，且早晚高峰時(shí)期使用頻率更大。在堵車時(shí)，司機(jī)踩踏板的頻率高，本文為研究出租車的制動(dòng)頻次，選擇某城市多輛車進(jìn)行制動(dòng)次數(shù)調(diào)研，為保證數(shù)據(jù)的可信度，記錄10臺(tái)出租車在城市不同時(shí)段運(yùn)行下車輛的制動(dòng)頻次。統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 出租車制動(dòng)頻次統(tǒng)計(jì)匯總表

從統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以得出，車輛制動(dòng)頻次最高為1次/5.0s，出現(xiàn)在道路擁堵路段，制動(dòng)頻次最低為1次/18.8s，平均制動(dòng)頻次為 1次 /11.17s。

3 高頻次制動(dòng)對(duì)真空泵的影響分析

真空泵控制器監(jiān)控真空系統(tǒng)的真空度變化，當(dāng)實(shí)時(shí)真空度達(dá)到真空泵的起始和停止值時(shí)，真空泵就會(huì)開(kāi)啟或者停止工作，根據(jù)真空系統(tǒng)的匹配，司機(jī)踩下制動(dòng)踏板時(shí)，電動(dòng)真空泵就會(huì)啟動(dòng)一次。根據(jù)調(diào)研信息得知，司機(jī)在堵車路況下最高制動(dòng)頻次為1次/5s，真空泵存在連續(xù)工作工況。同時(shí)根據(jù)葉片式電動(dòng)真空泵的原理，葉片在高速旋轉(zhuǎn)過(guò)程中會(huì)與定子摩擦，雖然葉片是石墨材質(zhì)，自潤(rùn)滑效果良好，但是持續(xù)工作產(chǎn)生高熱量，高溫對(duì)真空泵的密封結(jié)構(gòu)連接部件等都會(huì)造成影響。表2列舉了電動(dòng)真空泵零部件耐溫情況，同時(shí)根據(jù)電動(dòng)真空泵在100%占空比情況下持續(xù)工作溫度、電流變化情況可以得出，真空泵在持續(xù)工作環(huán)境下，溫度會(huì)超出其零部件的溫度限值，需要進(jìn)一步驗(yàn)證其影響。電動(dòng)真空泵連續(xù)工作下的時(shí)間-溫度-電流關(guān)系如圖1所示。

圖1 兩種結(jié)構(gòu)電子真空泵溫度-電流-運(yùn)行時(shí)間關(guān)系圖

表2 電動(dòng)真空泵零件耐溫情況統(tǒng)計(jì)

4 電動(dòng)真空泵連續(xù)制動(dòng)試驗(yàn)方法設(shè)定

電動(dòng)真空泵實(shí)車運(yùn)行需要考慮車輛在不同海拔、不同道路、不同溫度和不同駕駛習(xí)慣下，都要滿足其功能，以保證產(chǎn)品的適用性。連續(xù)制動(dòng)時(shí)，電動(dòng)真空泵會(huì)連續(xù)工作；高溫環(huán)境下的連續(xù)制動(dòng)對(duì)電動(dòng)真空泵的影響也有較大影響，本文以溫度和制動(dòng)頻率為變量，來(lái)監(jiān)測(cè)電動(dòng)真空泵性能的變化。

4.1 不同環(huán)境溫度下電動(dòng)真空泵性能的測(cè)試

將電動(dòng)真空泵置于功能試驗(yàn)箱中，分別以100%占空比和間隙工作進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試環(huán)境溫度分別設(shè)置為30°、50°和70°，電動(dòng)真空泵運(yùn)行時(shí)間為2小時(shí)，測(cè)試完成后再檢測(cè)其基本性能，判定是否滿足要求。從圖2可以研究出，電動(dòng)真空泵在前1小時(shí)的間隙工作中，溫度上升較慢，電流維持在14A變化，未有異常，當(dāng)電動(dòng)真空泵持續(xù)工作時(shí)，真空泵蓋和泵身的溫度隨著時(shí)間的變化而明顯增加，連續(xù)運(yùn)行35分鐘工作正常，從第40分鐘開(kāi)始，泵身和泵蓋的持續(xù)上升，電流上升；在45分鐘到50分鐘內(nèi)，溫度快速升高至200度以上，電流升至20A，溫度箱內(nèi)冒煙，有刺激性氣味，泵本身具備抽氣功能，參數(shù)略有下降。溫度變化曲線詳見(jiàn)圖2與圖3。

圖2 電子真空泵間歇/連續(xù)工作下溫度-電流-運(yùn)行時(shí)間關(guān)系圖

圖3 電子真空泵試驗(yàn)后拆解漆包線顏色變化示意

4.2 實(shí)車環(huán)境下電動(dòng)真空泵連續(xù)工作測(cè)試

電動(dòng)真空泵單體連續(xù)工作情況下的性能已經(jīng)測(cè)試，整車狀態(tài)下電動(dòng)真空泵的運(yùn)行狀態(tài)測(cè)試需要同步研究，以判斷電動(dòng)真空泵在實(shí)車的匹配性，電動(dòng)真空泵以整車狀態(tài)布置，在電動(dòng)真空泵的上蓋和泵身分別安裝熱敏電阻，檢測(cè)真空泵的溫度變化，制動(dòng)踏板按1次/5s的頻率進(jìn)行測(cè)試，分別記錄隨時(shí)間變化的溫度值，測(cè)試周期2小時(shí)。從測(cè)試獲取的數(shù)據(jù)信息可以研究出電動(dòng)真空泵在整車狀態(tài)下持續(xù)工作，真空泵的溫度最高為198°，低于真空泵零部件許用的溫度范圍。

圖4 電動(dòng)真空泵實(shí)車裝配與測(cè)試圖片示意

圖5 電動(dòng)真空泵持續(xù)工作溫度變化曲線

5 結(jié)論

通過(guò)電動(dòng)真空泵極限環(huán)境測(cè)試，研究出電動(dòng)真空泵在實(shí)車上可能出現(xiàn)的連續(xù)制動(dòng)，電動(dòng)真空泵長(zhǎng)時(shí)間工作情況下，其本體的溫度不會(huì)超過(guò)設(shè)計(jì)許用溫度。其設(shè)計(jì)的安全系數(shù)較高，同時(shí)電動(dòng)真空泵的控制策略對(duì)電動(dòng)真空泵的連續(xù)工作情況進(jìn)行了限制，電動(dòng)真空泵出現(xiàn)極限的連續(xù)工作工況的概率較低。避免了市場(chǎng)出現(xiàn)電動(dòng)真空泵連續(xù)工作而持續(xù)高溫，造成故障的可能，對(duì)后續(xù)電動(dòng)真空泵的研究應(yīng)用提供了參考。