朱正禮，周紅麗，姜杰峰

(上海汽車集團(tuán)股份有限公司 商用車技術(shù)中心，上海 200438)

隨著純電動城市客車的普及應(yīng)用，乘客在車廂內(nèi)經(jīng)常接觸金屬立桿扶手或座椅金屬扶手。如果金屬扶手放電，不僅會造成人體的不舒適，還有可能對車上的電子電器件造成暫時或永久的損壞，嚴(yán)重的甚至?xí)＜俺丝图靶熊嚢踩玔1]。目前，純電動城市客車上金屬扶手帶電是比較普遍的現(xiàn)象，只是表現(xiàn)強(qiáng)弱有所差異而已，已成為乘客經(jīng)常投訴的問題之一。因此，有必要對純電動城市客車上的金屬扶手“放電”現(xiàn)象及解決措施進(jìn)行深入研究。

1 問題描述及原因分析

1.1 問題描述

某純電動城市客車的駕駛員和乘客反饋：車廂內(nèi)的金屬立桿扶手“放電”，人觸摸時，經(jīng)常被扶手桿“電到”,尤其在天氣晴朗干燥時更為明顯；在車輛底盤上安裝靜電帶后，有一定的效果，但是并不能完全消除；用靜電筆碰觸金屬立桿，靜電筆能夠被點亮，然后熄滅，過幾分鐘再用靜電筆碰觸金屬立桿，靜電筆再次被點亮；然而，用靜電筆在車廂外部的底盤、高壓設(shè)備外殼等多處測量，靜電筆均不會被點亮。

1.2 原因分析

金屬立桿“放電”有兩種原因：漏電或靜電[2-4]。本文采用逐一排除法進(jìn)行分析和驗證，先對整車是否漏電進(jìn)行排除。

1.2.1 漏電原因

對于純電動城市客車，漏電主要是由兩種原因?qū)е拢阂皇歉邏翰考^緣出現(xiàn)問題；二是電器件內(nèi)部或B級電壓帶電部件與整車之間的寄生電容或Y電容過大。針對這兩種可能的漏電原因進(jìn)行詳細(xì)的分析和測量。

1) 首先測量整車的高壓絕緣電阻值大于6.5 MΩ，遠(yuǎn)大于GB/T 18384.3—2015[5]要求的報警值350 kΩ(標(biāo)準(zhǔn)要求≤500 Ω/V時報警，該車高壓電壓平臺為700 V),此時產(chǎn)生的漏電流為uA級，人體不會產(chǎn)生任何感覺；因此可以排除此整車高壓絕緣出現(xiàn)了問題而導(dǎo)致“放電”。因為如果整車高壓部件出現(xiàn)了絕緣問題，將導(dǎo)致整車高壓部件正極或負(fù)極與整車底盤之間產(chǎn)生電位差，整車底盤上將流經(jīng)泄漏電流，并流經(jīng)整車上所有相互連接的金屬框架，包括車廂內(nèi)的金屬立桿扶手(因為金屬立桿扶手的頂端通過螺栓連接到車頂框架，底部通過螺栓連接到底盤框架)，人體會有明顯的感覺。

2) 寄生電容，又稱雜散電容，是非主觀設(shè)計而產(chǎn)生的電容，存在于電器件內(nèi)部、B級電壓帶電部件與整車底盤之間。Y電容分為正極Y電容和負(fù)極Y電容，是跨接在高壓正極、負(fù)極與整車之間的電容[2]，Y電容的作用是用來濾波以抑制EMC共模干擾。在純電動城市客車上，Y電容主要以兩種形式存在：人為主動設(shè)計的安規(guī)電容和電器及整車由于自身結(jié)構(gòu)特性被動形成的寄生電容。高壓正極、負(fù)極兩端對整車底盤的Y電容可等效于圖1的CY+和CY-；在上、下電過程中，電容CY+和CY-會存儲、釋放能量，并在高壓正負(fù)兩端對整車底盤間產(chǎn)生一定壓差。

圖1 整車寄生電容和Y電容等效模型

根據(jù)GB/T 18384.3—2015[5]的要求：任何帶電的B級電壓帶電部件和電平臺之間的總電容在其最大工作電壓時所存儲的能量W應(yīng)小于0.2 J，電容能量W與電容C和電平臺電壓U之間的關(guān)系如下：

W=1/2CU2

通過上式計算得知，當(dāng)電平臺電壓U=700 V時，C應(yīng)當(dāng)<816 nF；當(dāng)U=400 V時，C應(yīng)當(dāng)<2 500 nF。對整車所有高壓部件的Y電容進(jìn)行測量，部分高壓部件的Y電容值見表1，整車總的Y電容值是所有高壓部件Y電容值之和：CY++CY-=350.8 nF，遠(yuǎn)小于基于GB/T 18384.3—2015[5]計算的門檻值816 nF(對應(yīng)U=700 V)?；谏鲜鰷y量數(shù)據(jù)計算的漏電流如下：I=k·CU(其中k為漏電流常數(shù)，取值為0.01～0.03之間或更小，漏電流在uA級別，不會對人體造成直接感覺，因此也排除了是寄生電容或Y電容放電而導(dǎo)致“放電”。剩下的另外一種可能就是“靜電放電”。

表1 整車部分高壓部件Y電容測量數(shù)據(jù) nF

1.2.2 靜電原因

在上述內(nèi)容排除了“漏電”放電原因后，靜電成為唯一的放電可能[6-8]。靜電產(chǎn)生主要有3種原因：摩擦、傳導(dǎo)和感應(yīng)。摩擦主要針對絕緣材料，材料絕緣性能越好，越容易摩擦起電。傳導(dǎo)和感應(yīng)主要針對導(dǎo)電材料，外部接觸產(chǎn)生的靜電荷比較容易從導(dǎo)電材料中遷移并在導(dǎo)電材料的一端聚集。另一方面，導(dǎo)電材料容易在電場中受到電場感應(yīng)而產(chǎn)生極性相反的電荷，這些極性相反的電荷在導(dǎo)電材料的兩端就成為靜電。材料的靜電特性通常用表面電阻率表示，見表2，材料的表面電阻率為1012～1014Ω時，材料極易產(chǎn)生靜電，選擇車用材料時，要避免在此區(qū)域選擇。

表2 材料表面電阻與靜電之間的關(guān)系

圖2 靜電分析及測試過程

依據(jù)圖2所示步驟進(jìn)行分析和測試：首先尋找能夠釋放靜電的措施，在車輛靜止、斷電的情況下，通過采用靜電帶、浸水拖把拖地板、噴防靜電液等方式消除靜電，靜電能夠暫時消除，但在很短時間后又能夠產(chǎn)生。因此，只有找到產(chǎn)生靜電的根源才能徹底解決“放電”問題，基于排除法，先拆除城市客車上的高壓部件，然后逐步拆除地板革、地板，“放電”現(xiàn)象徹底消除，最終確認(rèn)靜電產(chǎn)生的根源在于車廂內(nèi)的地板及地板革。隨后對于同批次的地板及地板革進(jìn)行了表面電阻及靜電電壓的測試，測試結(jié)果同樣證明地板及地板革是靜電的根源：單面鋁地板和地板革的表面電阻分別為6.3×1012Ω和3.58 ×1012Ω，均為絕緣材料，極易產(chǎn)生靜電[9-10]。

2 解決措施及效果

2.1 解決措施

汽車用地板及地板革，不論是改性PP，還是聚碳酸酯、ABS等塑料，都具有優(yōu)良的電絕緣性能。地板和地板革產(chǎn)生靜電的根本原因在于：在加工過程中，材料顆粒通過加工設(shè)備的攪拌、摩擦，容易產(chǎn)生靜電；同時，由于材料的表面電阻率都非常高，易產(chǎn)生靜電積累，產(chǎn)生的靜電很難導(dǎo)走，進(jìn)而殘存在地板和地板革中。要解決地板及地板革的靜電“放電”問題，根本解決措施之一是更改地板及地板革的材料配比。在塑料改性領(lǐng)域，添加抗靜電劑是提高抗靜電效果的有效方法。抗靜電劑按作用機(jī)理分為遷移型抗靜電劑和非遷移型抗靜電劑。遷移型抗靜電劑不斷遷移到表面，并與空氣中的水分作用形成了抗靜電層，其缺點是在一段時間后因抗靜電劑的消耗而逐漸失去抗靜電效果，不能持久[9]。為達(dá)到永久抗靜電效果，本文在地板原料中添加硬脂酸單甘油酯，在地板革原料中添加乙氧化胺類，其余成分不變，最終使材料的表面電阻率低于1 011 Ω，靜電電壓<100 V；同時，通過技術(shù)措施限制了整車高壓部件的分布電容限值，CY++CY-<816 nF。

2.2 更改效果

圖3 立桿扶手表面靜電電壓

在純電動城市客車采用上述改性后的地板及地板革后，其車廂內(nèi)的立桿扶手表面靜電電壓下降非常明顯，在車內(nèi)采樣10個點，其靜電電壓均低于140 V(如圖3所示)，對人體不會產(chǎn)生任何不適的感覺(人體帶電電位低于1 000 V時，完全無感覺[5])。

3 結(jié)束語

Y電容的存在及地板和地板革等絕緣材料的使用使純電動城市客車靜電現(xiàn)象呈現(xiàn)出增大、復(fù)雜多樣和難以治理的特點[11-12]。本文通過改變車內(nèi)飾(如地板、地板革等)材料配比而對材料進(jìn)行改性，降低了材料的表面電阻率，很好地解決了純電動城市客車的靜電問題。