汽車蓄電池虧電原因分析及解決方案

徐家海，宋和平,2，韓利佳，邢會廣，李延靜

1.長興吉利汽車部件有限公司，浙江長興 313100；2.寧波吉利汽車研究開發有限公司長興分公司，浙江長興 313100；3.吉利汽車研究院(寧波)有限公司，浙江寧波 315336

0 引言

隨著人民生活水平的提高，汽車已經漸漸變成了日常生活的必需品，伴隨著汽車電子電器功能越來越多，汽車的電子控制單元也越來越多，相應地汽車耗電量也大幅地提高。

汽車用電器可簡單劃分為四大類：加熱座椅等娛樂性用電器；空調、音響等舒適性用電器；車燈等輔助行駛用電器；安全氣囊控制器等安全行駛用電器。

汽車用電器的供電一般主要由蓄電池提供，而當蓄電池電量不足時，就會產生一定的虧電現象，也就是所謂的蓄電池電量不足。蓄電池輕度虧電時，會影響整車部分電子控制單元功能失效;而虧電較嚴重時，會影響車輛正常啟動，因此解決汽車虧電問題就顯得意義重大。

本文針對蓄電池虧電問題進行了原因分析，并提出了有效的解決方案，為同行相關問題提供一定的參考。

1 背景及虧電原因分析

針對某款車型蓄電池出現的客戶抱怨問題進行調研，近一年的PPM(parts per million)接近3 000，即百萬產品的不良率接近3 000。對近一年的蓄電池故障數量及不良率進行統計，如圖1所示。

圖1 蓄電池故障數量及不良率統計

由圖1可以看到，蓄電池虧電成為蓄電池故障中的主要因素，因此如何有效地降低虧電，可以明顯地改善PPM，降低客戶的抱怨。

蓄電池虧電原因分析如圖2所示。

圖2 蓄電池虧電原因分析

由圖2可知，虧電產生的原因從研發階段、生產階段、出廠前發運以及出廠后4S店階段都有涉及，主要包含蓄電池充電策略、蓄電池本身質量問題、車輛出廠前以及出廠后等方面的原因，下面將對這些原因進行詳細排查，并給出確實可行的解決方案。

2 虧電原因排查及改善措施

2.1 充電策略

因為汽車啟動后才會對蓄電池進行充電，所以需要根據發動機動力標定策略進行調整，及時地對蓄電池進行充電。

蓄電池進行充電主要在正常模式和強充模式下進行。其中正常模式包括如下幾個方面：

(1)混動、EV等模式；

(2)能量回收模式；

(3)怠速、巡航等模式；

(4)助力、充電等模式；

(5)啟停、停機模式。

在正常模式的前4種模式下，原來的動力標定策略是當蓄電池剩余電量(state of charge，SOC)不大于80%時，對蓄電池采用14.25 V充電電壓進行充電;當超過80%時，充電電壓下降至11 V，保證蓄電池不會過度充電。經過評估后，發現原來的充電策略存在一定的不合理性，因為當蓄電池電量不充足時，充電電壓不足以快速地補充電量，所以決定提高充電電壓，保證當蓄電池存在虧電趨勢的時候進行電量的補充。調整后的策略是：在≤80%時，將充電電壓從原來的14.25 V提高到14.5 V，并對低溫修正電壓進行適當地提高。對于正常模式下的第5種模式，即啟停、停機模式，原來的充電策略是充電電壓保持在12 V，沒有考慮的情形。因此調整后的策略變為：當≤80%時，將充電電壓從原來的12 V提高到13 V;當超過80%時，維持原來的12 V充電電壓。

對于強充模式，主要在以下情況下進行：

(1)蓄電池傳感器IBS(intelligent battery sensor)出現故障時；

(2)帶式啟停機BSG(belt-driven starter generator)功率下降時；

(3)發動機啟動前蓄電池電壓小于閾值時，啟動后10 s內進行強充；

(4)發動機啟動前小于閾值時，啟動后10 s內進行強充。

將強充模式的策略也進行調整，將充電電壓從原來的14 V提高到14.5 V。

經過對標定策略調整后，蓄電池充電效果得到提升，但是需要后期評估對油耗的影響。經過對油耗等多方面的測試和評估之后，得到如下結果：

(1)提高不同模式的充電電壓后，導致行車過程中持續給蓄電池充電，增加了公告油耗和用戶使用油耗；

(2)提高充電電壓后，導致充電負荷增加，進而影響排放指標；

(3)提高目標電壓后，會增加發電機充電扭矩，影響到整車噪聲、振動與聲振粗糙度(noise、vibration、harshness，NVH)性能；

(4)在低溫、高原環境及坡道時，持續充電可能會導致冷啟動起步掉轉速或熄火問題，包括啟停啟動后起步工況；

(5)模式切換時充電電壓的不同，導致整車電壓跳變影響用戶感知，如大燈、鼓風機等；

(6)啟停、停機后48 V電池包放電給12 V蓄電池對停機時間影響及對48 V電池包影響。

2.2 蓄電池質量問題

2.2.1 鑄帶鉛胚溫度高，板柵成型致密性低

板柵屬于鉛酸蓄電池的主要組成部分，作為正負電極的集電骨架，主要起到傳導電流、匯集電流、使電流均勻分布等作用，而鉛酸蓄電池內部屬于強酸環境，對板柵有腐蝕性，因此板柵在制造過程中需要考慮致密性等因素，才不會影響到蓄電池自身性能。

經過對蓄電池制造工藝的調研，發現制造板柵鉛帶的溫度高低，會影響板柵成型致密性。鉛帶溫度越高，板柵成型致密性越低。溫度改善前的板柵腐蝕率統計如圖3所示。

圖3 溫度改善前的板柵腐蝕率統計

由圖3可以看到，溫度改善前，板柵的腐蝕率約為17.22%，而此時的鉛帶溫度約為74 ℃。因為較高的溫度會影響腐蝕率，所以決定對鉛帶溫度采取降溫措施進行驗證和改善。改善方案如圖4所示，主要采取兩方面進行降溫：①鼓風機對鉛帶進行吹風降溫；②對鉛帶進行灑水降溫。

圖4 鉛板降溫方案示意

改善方案實施后，經過持續至少14 d的時間采樣和測量，鉛帶溫度由原來的74 ℃降低到59 ℃。溫度改善后的板柵腐蝕率統計如圖5所示。

圖5 溫度改善后的板柵腐蝕率統計

由圖5可以看到，降溫后的改善效果明顯，板柵腐蝕率從改善前的17.22%降低到14.84%，板柵成型致密性得到提高，蓄電池質量問題得到改善。

2.2.2 穿壁焊不良

為了降低蓄電池中的連接條的質量，提高蓄電池的能量密度和比能量，普遍采用穿壁焊工藝。所謂穿壁焊，是指在電池組中的兩個相互鄰接的單體電池之間的隔墻之間，連接條穿過相鄰的隔墻，將其焊接串聯起來的工藝。

在改善前，穿壁焊機控制器操作只是在過程操作指導書提及，未進行細化。同時，也未對設備點檢進行刻度標識。為了保證穿壁焊的質量，在如下方面可以進行改善：

(1)制作控制器操作指導書，增強設備可操作性；

(2)通過新增兩個點檢項目進一步完善設備維護點檢項目，同時使用刻度線標識點檢項細化目視化管理;

(3)改善前使用指針式扭矩測量儀，如圖6所示，由于指針用肉眼識別有偏差不利于質量管控，因此采用數顯式扭力測量儀，如圖7所示，數顯式測量儀帶峰值顯示功能，精度高，可以提高測量穩定性和精確性。

圖6 指針式扭矩測量儀

圖7 數顯式扭力測量儀

2.2.3 極板變形刺破隔板

為了解決因蓄電池極板變形刺破隔板導致的電池質量問題，需要在裝配前對蓄電池的性能進行檢測，因此可以借助大電流檢測機，如圖8所示。使用大電流檢測機可以對極板變形刺破隔板引起的電池電壓偏低、電池內部故障等問題進行快速地初步診斷，從而保證蓄電池的質量。

圖8 大電流檢測機

2.2.4 蓄電池自放電大

因車間在裝配過程中，涉及電器檢查、車輛液體(制動液、冷卻液、冷媒)加注、四輪定位、燈光檢查等用電操作，而蓄電池因一致性等原因，即蓄電池自身放電的差異，導致車輛在裝配后，個別車輛的蓄電池出現了電壓偏低(低于12.55 V)現象，存在蓄電池虧電影響車輛啟動問題。經過對在制車輛的排查，發現采用的是國內某蓄電池廠家的H5型號60 Ah容量的蓄電池，而為了保證不影響因更換電池產生的車輛裝配尺寸問題，需要使用相同尺寸，但是容量擴容的電池。經過調研，最終使用該廠家H5型號的65 Ah容量的蓄電池，H5型號不同容量蓄電池對比見表1。

表1 H5型號不同容量蓄電池對比

由表1可以看到，不同容量的蓄電池，差別主要集中在活性物質材料以及質量，對于已經在制車的影響最小，可以不需要修改模具以及裝配工藝。擴容后的蓄電池在總裝線消耗相同的電量時，剩余的電量比原電池多，電壓也比原電池高。因此，解決蓄電池自放電大的問題，可以通過蓄電池擴容的方式進行解決。

2.3 車輛出廠前問題

在車輛制造環節，對裝配各工位用電情況進行統計，統計情況見表2。

表2 裝配環節蓄電池耗電統計

通過觀察表2可發現，汽車裝配全流程耗電約為9.762 5 Ah，按照當前60 Ah的蓄電池來考慮，裝配過程會導致損耗16.27%，車輛在裝配過程有一定概率導致虧電，因此需要在總裝裝配前、裝配過程以及裝配后進行考慮，并做相應的改進。

在裝配前蓄電池貯存改善措施如下：

(1)蓄電池的存儲時間不應超過3個月，并定期地測量蓄電池的電壓，當電壓低于12.50 V時，應對蓄電池進行充電；

(2)蓄電池裝配使用實施先進先出的原則；

(3)蓄電池必須充足電貯存，入庫蓄電池電壓應大于12.70 V，且每批次抽檢比例不低于2%。

在裝配過程改善措施如下：

(1)裝車前蓄電池電壓應不小于12.70 V，不滿足條件的電池必須進行更換；

(2)裝車環節盡量少開啟電器件，若開啟使用后應及時關閉。

在裝配后，車輛入庫時改善措施如下：

(1)倉儲時間超過3 d的車輛，必須將蓄電池的負極線摘下來，且每個月檢查一次蓄電池的狀態；

(2)新車發運前檢測蓄電池電壓，電壓不低于12.55 V，低于此限值需要及時充電補充，充電方式可以采用恒壓限流或恒流限壓。

2.4 車輛出廠后問題

車輛在出廠后，涉及車輛在4S店的存儲以及交付給用戶階段出現的問題，主要有車輛庫存過程中存在保養不到位現象和4S店交車電壓測試執行不到位，針對以上問題，可以進行如下方式進行改善：

(1)商品車經出廠檢查合格入庫存放時，須對蓄電池電壓進行檢查，電壓不低于12.50 V，檢查合格后將蓄電池負極斷開，存入4S保管庫；

(2)商品車庫存儲期間每月須根據《經銷商庫存車檢查表》進行車輛日常維護，維護記錄完整，信息準確齊全，做到蓄電池電量的有效跟蹤；

(3)蓄電池電壓低于12.50 V，應將蓄電池拆下進行充電處理，充電標準蓄電池電壓應達到 12.50 V，并做好記錄；

(4)車輛交付給客戶前再次對蓄電池正、負極接線柱進行檢查并緊固，同時測量發電機充電電壓，正常應在13.80～14.40 V；

(5)展車屬于庫存車輛，同樣須按照上述要求進行管理維護，其中展車蓄電池電壓須每天進行檢查維護，并做好記錄;

(6)部分4S店可以根據自身情況，引入智能虧電提醒系統，提前做到虧電狀態的識別，并及時充電。

3 結束語

本文從研發階段、生產階段、出廠前發運以及出廠后4S店階段整車制造全流程方面分析了蓄電池虧電產生的原因，并提供了確實可行的改善方案，經過以上改善方式的具體實施，市場銷售車輛近一年的百萬產品的不良率從原來的接近3 000降低到300左右，效果明顯，為汽車行業因蓄電池原因解決售后質量問題提供了借鑒意義。