電動真空泵極限環境測試的研究

李航 呂波濤 辛慶鋒 程潔清 吳海軍

浙江吉利控股集團 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

隨著技術的進步，國內車企相繼投入到換電車型的開發，目前已有多款車型投入到市場，換電車可以保證車輛電池需要充電時快速的更換電池，更換電池和燃油車加油的時間相當，極大的提升了用車效率，可以完美的解決出租車主時間和里程焦慮。據調研，某城市的換電型純電動出租車日均行駛里程為600公里，最高達700公里，因城市道路制動需求較多，真空泵的工作頻次會增加，根據真空泵的工作原理，真空泵在工作時電機和泵腔均會產生熱量，會對真空泵的壽命產生影響，為提升真空泵在純電動車輛中的壽命和使用滿意度，特對真空泵的啟停值、持續工作情況下的溫升等進行了研究。

2 出租車使用特點調研

巡游出租車是城市公共交通的一個重要組成部分，巡游出租車為乘客提供了便捷的乘車體驗，可隨時隨地上下車，乘客可以任意選擇目的地。根據調研，目前燃油型出租車的運營為全天候型，日行駛里程可達700公里，出租車輛主要在城市道路行駛，且早晚高峰時期使用頻率更大。在堵車時，司機踩踏板的頻率高，本文為研究出租車的制動頻次，選擇某城市多輛車進行制動次數調研，為保證數據的可信度，記錄10臺出租車在城市不同時段運行下車輛的制動頻次。統計結果見表1。

表1 出租車制動頻次統計匯總表

從統計結果可以得出，車輛制動頻次最高為1次/5.0s，出現在道路擁堵路段，制動頻次最低為1次/18.8s，平均制動頻次為 1次 /11.17s。

3 高頻次制動對真空泵的影響分析

真空泵控制器監控真空系統的真空度變化，當實時真空度達到真空泵的起始和停止值時，真空泵就會開啟或者停止工作，根據真空系統的匹配，司機踩下制動踏板時，電動真空泵就會啟動一次。根據調研信息得知，司機在堵車路況下最高制動頻次為1次/5s，真空泵存在連續工作工況。同時根據葉片式電動真空泵的原理，葉片在高速旋轉過程中會與定子摩擦，雖然葉片是石墨材質，自潤滑效果良好，但是持續工作產生高熱量，高溫對真空泵的密封結構連接部件等都會造成影響。表2列舉了電動真空泵零部件耐溫情況，同時根據電動真空泵在100%占空比情況下持續工作溫度、電流變化情況可以得出，真空泵在持續工作環境下，溫度會超出其零部件的溫度限值，需要進一步驗證其影響。電動真空泵連續工作下的時間-溫度-電流關系如圖1所示。

圖1 兩種結構電子真空泵溫度-電流-運行時間關系圖

表2 電動真空泵零件耐溫情況統計

4 電動真空泵連續制動試驗方法設定

電動真空泵實車運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慣下，都要滿足其功能，以保證產品的適用性。連續制動時，電動真空泵會連續工作；高溫環境下的連續制動對電動真空泵的影響也有較大影響，本文以溫度和制動頻率為變量，來監測電動真空泵性能的變化。

4.1 不同環境溫度下電動真空泵性能的測試

將電動真空泵置于功能試驗箱中，分別以100%占空比和間隙工作進行測試，測試環境溫度分別設置為30°、50°和70°，電動真空泵運行時間為2小時，測試完成后再檢測其基本性能，判定是否滿足要求。從圖2可以研究出，電動真空泵在前1小時的間隙工作中，溫度上升較慢，電流維持在14A變化，未有異常，當電動真空泵持續工作時，真空泵蓋和泵身的溫度隨著時間的變化而明顯增加，連續運行35分鐘工作正常，從第40分鐘開始，泵身和泵蓋的持續上升，電流上升；在45分鐘到50分鐘內，溫度快速升高至200度以上，電流升至20A，溫度箱內冒煙，有刺激性氣味，泵本身具備抽氣功能，參數略有下降。溫度變化曲線詳見圖2與圖3。

圖2 電子真空泵間歇/連續工作下溫度-電流-運行時間關系圖

圖3 電子真空泵試驗后拆解漆包線顏色變化示意

4.2 實車環境下電動真空泵連續工作測試

電動真空泵單體連續工作情況下的性能已經測試，整車狀態下電動真空泵的運行狀態測試需要同步研究，以判斷電動真空泵在實車的匹配性，電動真空泵以整車狀態布置，在電動真空泵的上蓋和泵身分別安裝熱敏電阻，檢測真空泵的溫度變化，制動踏板按1次/5s的頻率進行測試，分別記錄隨時間變化的溫度值，測試周期2小時。從測試獲取的數據信息可以研究出電動真空泵在整車狀態下持續工作，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 電動真空泵實車裝配與測試圖片示意

圖5 電動真空泵持續工作溫度變化曲線

5 結論

通過電動真空泵極限環境測試，研究出電動真空泵在實車上可能出現的連續制動，電動真空泵長時間工作情況下，其本體的溫度不會超過設計許用溫度。其設計的安全系數較高，同時電動真空泵的控制策略對電動真空泵的連續工作情況進行了限制，電動真空泵出現極限的連續工作工況的概率較低。避免了市場出現電動真空泵連續工作而持續高溫，造成故障的可能，對后續電動真空泵的研究應用提供了參考。