論提升AGM蓄電池耐振性方法

陳 東

（上海汽車集團股份有限公司商用車技術中心，上海 200438）

AGM蓄電池為了增強極柱的耐腐蝕性，一般在極柱中添加錫合金，但是錫的合金材質偏軟，強度較低。極柱的鉛圈需要固定線束，對強度有要求，因此采用的是鉛銻合金。當極柱和鉛圈在鑄焊時將兩種材料進行熔合，但是因為極柱為鉛錫合金，鉛圈為鉛銻合金，兩種材料熔合時，熔合度不好，容易發生斷裂。一般情況下不會發生斷裂，但是當整車的振動量過大時，容易發生極柱斷裂的問題。本問題就發生在筆者所開發的一款大型SUV車型上。

1 極柱失效案例

筆者在上汽大通某車型的開發中，在整車路試時出現整車突然斷電的問題，此種情況對行車安全有著極大的影響。筆者通過對電池的解剖分析，發現蓄電池極柱斷裂了，如圖1所示，此案例在業內極其少見。

圖1 蓄電池極柱斷裂

2 整車振動量分析

針對于筆者遇到的蓄電池極柱斷裂的問題，因為在行業內極其少見，筆者首先進行了整車振動量采集分析。

2.1 振動時域分析

通過在整車路試中進行數據采集，選取了典型工況，比利時工況。在比利時路上，蓄電池X向振動加速度高達5.2 g，超出標準3 g。圖2為蓄電池振動時域圖。但是整車開發已到OTS路試階段，并且整車也無相應優化措施，只能從蓄電池上進行加強。

圖2 蓄電池振動時域圖

2.2 振動時頻域分析

目前整車上的振動都屬于隨機振動，為了更好分析振動情況，進行了頻域分析，如圖3所示。

圖3 蓄電池振動頻域分析

2.3 振動分析

從整車振動采集分析上看，蓄電池振動已超出設計標準，并且屬于隨機振動。目前蓄電池的標準中均采用的是定頻的振動，并且只有Z方向的振動，因此需要采用其它振動試驗方法對此問題在臺架上進行復現，然后進行解決及驗證。我們通過對頻域信號進行分析，做出其功率譜密度曲線，然后乘以一定的倍數，得出的數據見表1。

表1 振動功率譜密度表

通過對比功率譜密度表，發現其與EN50342-1-2015版標準中的振動等級V4標準 （表2）極為相像。為了驗證覆蓋更多的車型，因此決定采用EN50342-1-2015版標準中的振動標準作為驗證的標準。

表2 EN50342-1-2015振動等級V4功率密度表

3 改進方案及驗證情況

3.1 改進方案

針對于蓄電池極柱強度的加強，有如下3種措施。

1）措施1：加長焊接深度，將極柱焊接深度由5~7mm提升至8~10mm。

2）措施2：更改極柱的錫含量，將錫的含量由3.5%提升至4.4%，讓極柱和鉛圈更好地熔合。

3）措施3：在集群處進行滴膠，固定集群，防止晃動，如圖4所示。

圖4 集群加膠

3.2 改進方案設計

因為改進方案有3種，3種都有不同的水平，如果同時使用，會產生不同組合。為了找出最優的組合，進行了普式分析以優化方案，做出了4種組合，并加入溫度噪音因子。

表3 優化方案設計

3.3 改進方案驗證

按照3.2設計的方案，我們采用EN50342-1-2015進行了驗證，并且加入噪音因子溫度。N為噪音因子，N1為25℃，N2為70℃，A代表焊接深度，B代表錫含量，C代表加膠。驗證結果見表4。

通過驗證結果做出正交圖查看SN和β，如圖5所示。

從圖5a來看 （S／N），信噪比越大系統越穩健，所以選擇A1，B1／B2，C1；從圖5b來看 （β），β越大效果越好，所以選擇A1，B1，C1。綜上最優選擇是A1，B1，C1：焊接深度9mm+含錫量4.4%+點膠工藝。但是從圖形上看，對振動強度影響最大的因子為焊接深度因子。考慮到更改成本，最終選用增加焊接深度的方式。

3.4 改進方案實車驗證

筆者將改進后的樣品進行了整車路試，改進后的樣品可以完成完整的整車耐久路試，證明改進有效成功。

圖5 SN和β分析

表4 驗證結果

4 結論

本文結合筆者遇到的整車路試過程中出現的蓄電池極柱斷裂的問題，采用了DFSS問題分析的思路和相應的分析工具，最終找到了最關鍵的因子，并且成功解決了問題。以最小的成本，找到最優的解決辦法，值得推廣。