超級電容模組裝配生產(chǎn)線的建設(shè)

1 引言

超級電容器[1]作為一種介于電容器與電池之間的新型綠色儲能元件，具有長循環(huán)使用壽命、快速充放電性能和較高的能量密度等特點。同時兼?zhèn)淞似胀娙萜鞯母吖β侍匦院托铍姵氐母吣芰刻匦缘膬?yōu)點。

儲能式有軌電車作為一種高效、綠色、智能的新型軌道交通車輛，優(yōu)勢在于基于超級電容為主動力源實現(xiàn)了 30 s 快速充放電，長距離持續(xù)巡航以及較大載客量。伴隨著儲能式有軌電車市場的蓬勃發(fā)展，傳統(tǒng)臺位制生產(chǎn)模式已經(jīng)遠遠不能滿足市場需求?；谙冗M工藝理念的引進，打造一條能夠?qū)崿F(xiàn)容量與內(nèi)阻精準檢測、單體溫升實時監(jiān)控、接觸內(nèi)阻在線判定以及耐壓絕緣一體化測試的裝配生產(chǎn)線等已經(jīng)顯得十分必要。

2 超級電容模組裝配生產(chǎn)線的工藝方案

2.1 總體方案

超級電容模組裝配生產(chǎn)線（圖 1）將模組的組裝、測試、存儲等功能整合一體。通過將每道工序細分與調(diào)整，繼而實現(xiàn)節(jié)拍化生產(chǎn)。線體自動化、工裝設(shè)備集成化、生產(chǎn)節(jié)拍化控制已經(jīng)成為該裝配生產(chǎn)線的顯著特征。圖 2 為超級電容模組裝配生產(chǎn)線的模擬圖。

其中，線體自動化要求裝配生產(chǎn)線可實現(xiàn)產(chǎn)品自動傳送、性能自動檢測、存儲自動取放等功能；工裝集成化側(cè)重工裝載板的可靠性應(yīng)用以及試驗設(shè)備工裝的集成性檢測；生產(chǎn)節(jié)拍化控制則強調(diào)各工序組裝過程與線體節(jié)拍需保持一致，實現(xiàn)超級電容模組組裝的流暢性運作。具體運行機制如下。

工裝載板由第一工位開始上線，通過三倍速鏈條輸送其行走至線體尾部并由平移小車實現(xiàn)水平轉(zhuǎn)線；回線行走線體前端由另外一部平移小車形成回路，實現(xiàn)水平循環(huán)。

為了保證模組間隙精度要求，在裝配生產(chǎn)線的第三工位上集成了 180o 自動翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)，滿足了超級電容模組特殊翻轉(zhuǎn)裝配的工藝組裝要求。

同樣，第四工位將耐壓儀測試端、模組特性試驗臺測試端的功能高度整合集成于一套“測試站單元”中，實現(xiàn)了對超級電容模組內(nèi)阻、容量以及快速充放電的同步檢測；基于自動存放單元的搭建，第五工位加快了超級電容模組由平面到立體存放方式的轉(zhuǎn)變，并實現(xiàn)了依照人為指令，輸入自動取存模組的存儲功能。

2.2 超級電容模組的綜合測試系統(tǒng)

超級電容模組綜合測試系統(tǒng)作為整條轉(zhuǎn)配生產(chǎn)線的核心，承擔了對模組內(nèi)阻、容量、接觸內(nèi)阻、溫升等關(guān)鍵性能參數(shù)的自動化檢測。其中，針對模組毫歐級超低內(nèi)阻與超大容量的精準檢測依托嚴格的國家技術(shù)標準與專業(yè)的試驗設(shè)備予以實現(xiàn)。

2.2.1 超級電容模組內(nèi)阻測試原理

儲能式有軌電車所運用的超級電容具有超低內(nèi)阻的顯著特點，基于超級電容的充放電特性，內(nèi)阻測試方法如下。

（1）以恒定電流充電至額定電壓，保持額定電壓恒壓持續(xù)充電。后開關(guān) S 切換到恒定電流放電器上，并以恒定電流放電，達到 0 V。

（2）使用記錄式電壓計來記錄電容器終端之間的隨時間變化而發(fā)生變化的電壓數(shù)值，并對從電壓計上獲取的電容器終端之間隨時間變化而發(fā)生變化的電壓的直線部分進行延伸，畫一條輔助延伸線。

（3）從這條輔助線與放電開始發(fā)生時的時間坐標的交界處得到電壓降的數(shù)值ΔU3。使用式（1）計算出內(nèi)電阻 Rd。

Rd＝ΔU3／I（1）

式中，Rd 表示直流內(nèi)電阻，單位Ω；ΔU3表示電壓降，單位 V，I 表示放電電流，單位 A。

圖3，超級電容終端之間的電壓特性中，電壓降顯示的并不是放電開始的時候發(fā)生瞬時下降的電壓ΔU4，而是從直線部分延伸出來的輔助線與放電開始發(fā)生時的時間坐標的交界處獲得的電壓降的數(shù)值ΔU3。

2.2.2 超級電容模組容量測試原理

以恒定電流充電至額定電壓，保持額定電壓恒壓持續(xù)充電，然后開關(guān) S 切換到恒定電流放電器上，并以恒定電流放電到額定電壓的 80%（U3）對應(yīng)的時刻 t1，額定電壓的 50%（U4）對應(yīng)的時刻 t2。依此循環(huán) 3 次，計算每次循環(huán)的靜電容量，取平均值（圖 4）。

放電容量的計算見式（2）。

C放＝[ I2×(t4－t3)]／( U3－U4 ) （2）

式中，U3 表示放電容量計算起始電壓，U4 表示放電容量計算截止電壓，I1 表示充電電流，I2 表示放電電流。

2.3 測試系統(tǒng)的實現(xiàn)

基于超級電容模組容量與內(nèi)阻的測試原理，超級電容模組綜合測試系統(tǒng)主要由檢測工裝、氣動傳動系統(tǒng)及檢測設(shè)備（包含超級電容測試儀、耐壓測試儀、溫度巡檢儀、壓升壓降采集單元）等組成，其功能包括對模組內(nèi)阻、靜電容量、耐壓、溫度、接觸電阻的測試。該系統(tǒng)測試工藝流程下圖 5。

3 結(jié)語

隨著廣州、淮安、深圳等儲能式有軌電車項目的持續(xù)運營，作為儲能式有軌電車核心動力源的超級電容令人矚目。超級電容模組裝配生產(chǎn)線以先進的工藝理念完善了產(chǎn)品的制造方法，通過細化組裝流程并投入自動化程度高的專業(yè)設(shè)備繼而實現(xiàn)產(chǎn)品零部件在工序化組裝過程中的透明與彰顯，進一步加強對產(chǎn)品質(zhì)量的管控與監(jiān)督力度。