超级电容模组装配生产线的建设

1  引言

超级电容器[1]作为一种介于电容器与电池之间的新型绿色储能元件，具有长循环使用寿命、快速充放电性能和较高的能量密度等特点。同时兼备了普通电容器的高功率特性和蓄电池的高能量特性的优点。

储能式有轨电车作为一种高效、绿色、智能的新型轨道交通车辆，优势在于基于超级电容为主动力源实现了 30 s 快速充放电，长距离持续巡航以及较大载客量。伴随着储能式有轨电车市场的蓬勃发展，传统台位制生产模式已经远远不能满足市场需求。基于先进工艺理念的引进，打造一条能够实现容量与内阻精准检测、单体温升实时监控、接触内阻在线判定以及耐压绝缘一体化测试的装配生产线等已经显得十分必要。

2  超级电容模组装配生产线的工艺方案

2.1 总体方案

超级电容模组装配生产线（图 1）将模组的组装、测试、存储等功能整合一体。通过将每道工序细分与调整，继而实现节拍化生产。线体自动化、工装设备集成化、生产节拍化控制已经成为该装配生产线的显著特征。图 2 为超级电容模组装配生产线的模拟图。

其中，线体自动化要求装配生产线可实现产品自动传送、性能自动检测、存储自动取放等功能；工装集成化侧重工装载板的可靠性应用以及试验设备工装的集成性检测；生产节拍化控制则强调各工序组装过程与线体节拍需保持一致，实现超级电容模组组装的流畅性运作。具体运行机制如下。

工装载板由第一工位开始上线，通过三倍速链条输送其行走至线体尾部并由平移小车实现水平转线；回线行走线体前端由另外一部平移小车形成回路，实现水平循环。

为了保证模组间隙精度要求，在装配生产线的第三工位上集成了 180º 自动翻转系统，满足了超级电容模组特殊翻转装配的工艺组装要求。

同样，第四工位将耐压仪测试端、模组特性试验台测试端的功能高度整合集成于一套“测试站单元”中，实现了对超级电容模组内阻、容量以及快速充放电的同步检测；基于自动存放单元的搭建，第五工位加快了超级电容模组由平面到立体存放方式的转变，并实现了依照人为指令，输入自动取存模组的存储功能。

2.2 超级电容模组的综合测试系统

超级电容模组综合测试系统作为整条转配生产线的核心，承担了对模组内阻、容量、接触内阻、温升等关键性能参数的自动化检测。其中，针对模组毫欧级超低内阻与超大容量的精准检测依托严格的国家技术标准与专业的试验设备予以实现。

2.2.1 超级电容模组内阻测试原理

储能式有轨电车所运用的超级电容具有超低内阻的显著特点，基于超级电容的充放电特性，内阻测试方法如下。

（1）以恒定电流充电至额定电压，保持额定电压恒压持续充电。后开关 S 切换到恒定电流放电器上，并以恒定电流放电，达到 0 V。 

（2）使用记录式电压计来记录电容器终端之间的随时间变化而发生变化的电压数值，并对从电压计上获取的电容器终端之间随时间变化而发生变化的电压的直线部分进行延伸，画一条辅助延伸线。

（3）从这条辅助线与放电开始发生时的时间坐标的交界处得到电压降的数值ΔU3。使用式（1）计算出内电阻 Rd。

Rd＝ΔU3／I（1）

式中，Rd 表示直流内电阻，单位Ω；ΔU3表示电压降，单位 V，I 表示放电电流，单位 A。

图3，超级电容终端之间的电压特性中，电压降显示的并不是放电开始的时候发生瞬时下降的电压ΔU4，而是从直线部分延伸出来的辅助线与放电开始发生时的时间坐标的交界处获得的电压降的数值ΔU3。

2.2.2 超级电容模组容量测试原理

以恒定电流充电至额定电压，保持额定电压恒压持续充电，然后开关 S 切换到恒定电流放电器上，并以恒定电流放电到额定电压的 80%（U3）对应的时刻 t1，额定电压的 50%（U4）对应的时刻 t2。依此循环 3 次，计算每次循环的静电容量，取平均值（图 4）。

放电容量的计算见式（2）。

C放＝[ I2×(t4－t3)]／( U3－U4 ) （2）

式中，U3 表示放电容量计算起始电压，U4 表示放电容量计算截止电压，I1 表示充电电流，I2     表示放电电流。

2.3 测试系统的实现

基于超级电容模组容量与内阻的测试原理，超级电容模组综合测试系统主要由检测工装、气动传动系统及检测设备（包含超级电容测试仪、耐压测试仪、温度巡检仪、压升压降采集单元）等组成，其功能包括对模组内阻、静电容量、耐压、温度、接触电阻的测试。该系统测试工艺流程下图 5。

3  结语

随着广州、淮安、深圳等储能式有轨电车项目的持续运营，作为储能式有轨电车核心动力源的超级电容令人瞩目。超级电容模组装配生产线以先进的工艺理念完善了产品的制造方法，通过细化组装流程并投入自动化程度高的专业设备继而实现产品零部件在工序化组装过程中的透明与彰显，进一步加强对产品质量的管控与监督力度。