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)臺位制生產模式已經遠遠不能滿足市場需求?；谙冗M工藝理念的引進，打造一條能夠實現(xiàn)容量與內阻精準檢測、單體溫升實時監(jiān)控、接觸內阻在線判定以及耐壓絕緣一體化測試的裝配生產線等已經顯得十分必要。

2 超級電容模組裝配生產線的工藝方案

2.1 總體方案

超級電容模組裝配生產線（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整，繼而實現(xiàn)節(jié)拍化生產。線體自動化、工裝設備集成化、生產節(jié)拍化控制已經成為該裝配生產線的顯著特征。圖 2 為超級電容模組裝配生產線的模擬圖。

其中，線體自動化要求裝配生產線可實現(xiàn)產品自動傳送、性能自動檢測、存儲自動取放等功能；工裝集成化側重工裝載板的可靠性應用以及試驗設備工裝的集成性檢測；生產節(jié)拍化控制則強調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，在裝配生產線的第三工位上集成了 180o 自動翻轉系統(tǒng)，滿足了超級電容模組特殊翻轉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)作為整條轉配生產線的核心，承擔了對模組內阻、容量、接觸內阻、溫升等關鍵性能參數(shù)的自動化檢測。其中，針對模組毫歐級超低內阻與超大容量的精準檢測依托嚴格的國家技術標準與專業(yè)的試驗設備予以實現(xiàn)。

2.2.1 超級電容模組內阻測試原理

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

（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 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）計算出內電阻 Rd。

Rd＝ΔU3／I（1）

式中，Rd 表示直流內電阻，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 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）對應的時刻 t1，額定電壓的 50%（U4）對應的時刻 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線以先進的工藝理念完善了產品的制造方法，通過細化組裝流程并投入自動化程度高的專業(yè)設備繼而實現(xiàn)產品零部件在工序化組裝過程中的透明與彰顯，進一步加強對產品質量的管控與監(jiān)督力度。