汽车零部件检测实验室

新能源汽车驱动器环境可靠性试验规范解析

 



目的和范围

本文档描述了电动汽车驱动器可靠性试验规范,包含气候环境试验(含高低温储存试验,高低温运行试验,湿热存储及运行试验,温度循环试验冷热冲击试验、高低温极限试验、IP防护试验、盐雾试验)和机械(环境)试验(含振动、跌落试验)。本文档旨在规范电动汽车驱动器可靠性试验方法,用于研发阶段电动汽车驱动控制器的摸底及型式试验等。

二.引用标准

GBT18488.1-2006电动汽车用电机及其控制器,第1部分:技术条件

GBT18488.2-2006电动汽车用电机及其控制器,第2部分:试验方法

ISO 16750-2006 道路车辆:电气及电子设备的环境条件和试验

ISO 20653-2006 道路车辆防护等级,电气设备对外来物、水和接触的防护

QCT_413-2002汽车电气设备基本技术条件

GB-T 2423.01-2008 电工电子产品环境试验 第2部分 试验方法 试验A: 低温

GB-T 2423.02-2008 电工电子产品环境试验 第2部分 试验方法 试验B:高温

GB-T 2423.03-2006 电工电子产品环境试验 第2部分 试验方法 试验Cab:恒定湿热试验

GB-T 2423.04-2008 电工电子产品环境试验 第2部分 试验方法 试验Db 交变湿热(12h+12h循环)

GB-T 2423.17-2008 电工电子产品环境试验 第2部分 试验方法_试验Ka盐雾

GB-T 2423.18-2012 环境试验 第2部分:试验方法 试验Kb:盐雾,交变(氯化钠溶液)

GBT 2423.37-2006 电工电子产品环境试验 第2部分:试验方法 试验L 沙法试验

GB-T 2423.34-2012 环境试验 第2部分:试验方法 试验ZAD:温度湿度组合循环试验

GBT 2423.56-2006 电工电子产品环境试验 第2部分:试验方法 试验Fh:宽带随机振动(数字控制)和导则试验

三.试验设备要求

试验设备定期校准,保证试验设备温度的容许偏差范围为±2℃,湿度容许偏差范围为±5%。

.术语定义

1.标准大气条件

温度:+15℃~+35℃相对湿度:25%RH-75%RH大气压力约为1.013×105Pa

2.高温贮存试验

确定测试样品(在包装状态下)在高温条件下贮存的适应性

3.低温贮存试验

确定测试样品(在包装状态下)在低温条件下贮存的适应性

4.高温运行试验

确定测试样品在高温条件下工作的适应性

5.低温运行试验

确定测试样品在低温条件下工作的适应性

6.恒定湿热试验

确定测试样品在高温高湿条件下工作的适应性

7.温度循环试验

确定测试样品在温度变化条件下工作的适应性

8.高温极限试验

找产品的高温工作极限,目的是找产品薄弱点同时观察产品高温规格之上有多大余量。

9.低温极限试验

找产品的低温工作极限,目的是找产品薄弱点,同时观察产品低温规格之下有多大余量。

10.冷启动试验

  验证产品低温条件能否正常启动,本文定义产品在低温条件下冷冻半小时后,上电运行。在低温工作和低温极限试验中都应进行冷启动试验,低温工作时应进行次冷启动试验,低温极限试验每个温度点进行一次冷启动试验。

11.冷热冲击试验

  考察器件、或单板在高低温交替环境的适应性

12.盐雾试验

  确定产品在盐雾环境中的适应性。

13.粉尘试验

确定产品在有粉尘环境中的适应性

14.防水试验

防水试验是用于确定、评价设备在使用过程中耐受湓淋或降落在其上面的液态水影响的能力

15.符号定义

Th,保持时间Tr,升温时间Tf,降温时间

16.正弦振动

正弦振动试验使用变化或固定频率和幅值的正弦信号,在每一瞬时仅施加一个频率,试验条件包括频率范围(频带)或固定频率、振幅和试验持续时间。

17.随机振动

未来任一给定时刻的瞬时值不能预先确定的机械振动无法用确定性函数而须用概率统计方法定量描述其运动规律的振动叫随机振动,如运输过程中汽车上的物品所受的振动。

18.跌落

跌落试验用于模拟产品包装后不同的棱、角、面于不同的高度跌落于地面时的情况,从而评估产品受损情况及评估产品包装组件在跌落时所能承受的跌落高度及耐冲击强度。从而根据产品实际情况进行改进、完善结构设计或完善包装设计

19.HALT(Highly Accelerated Life Test)

高加速寿命试验。HALT是一种发现缺陷的工序,它通过设置逐级递增的环境应力,来加速暴露试验样品的缺陷和薄弱点,而后对暴露的缺陷和故障从设计、工艺和用料等诸方面进行分析和改进,从而达到提升可靠性的目的,最大的特点是设置高于样品设计运行限的环境应力,从而使暴露故障的时间大大短于正常可靠性应力条件下的所需时间。

20.加速寿命试验

加速寿命试验(Accelerated Life Test是指采用加大应力的方法促使样品在短期内失效,以预测在正常工作条件或储存条件下的可靠性,但不改变受试样品的失效分布即试验应力不能超过样品任何一个器件或材料的额定应力。

21.绝缘电阻

绝缘电阻电气设备电气线路最基本的绝缘指标。



规范内容

1.一般试验步骤

初始检测

在进行任何试验之前,试验样品应在试验的标准大气条件下进行电性能(含绝缘电阻)测量以及外观检查

试验

对试验样品施加规定的环境应力,以便确定这种应力对样品工作状态或存储状态的影响。

恢复

存储类试验在试验之后最后检测之前,为使试验样品性能稳定,应使样品恢复到正常的大气条件下。

最后检测

恢复期结束后,试验样品应按产品相关标准进行电性能(含绝缘电阻)测量以及外观检查

2.试验应力

2.1高温贮存

初始检测

按相关规范规定对试验样品进行外观检查及电性能(含绝缘电阻)测试

条件试验

将受试样品放入温箱内,使箱内温度升(1℃/min)105或85℃(水冷机型105℃,风冷为85℃),保持48h

恢复

将温度降(1℃/min)至正常大气条件,并在此条件下恢复1h,箱内降温时间不计入恢复时间。

最后检测

检查外观应符合产品标准的要求,然后上电(含绝缘电阻)测试,应能正常工作。

试验参考曲线


注:参考ISO16750-4,5.1.2.1节

2.2低温贮存

初始检测

按相关规范规定对试验样品进行外观检查及电性能(含绝缘电阻)测试

条件试验

将受试样品放入温箱内,使箱内温度降至-40℃,保持24h升降温速率为1℃/min。

恢复

将温度至正常大气条件,并在此条件下恢复1h,箱内升温时间不计入恢复时间。

最后检测

检查外观应符合产品标准的要求,然后上电(含绝缘电阻)测试,应能正常工作。

试验参考曲线

注:参考ISO16750-4,5.1.1.1节

2.3高温运行

初始检测

按相关规范规定对试验样品进行外观检查及电性能(含绝缘电阻)测试

条件试验

将受试样品放入温箱内,使箱内温度升至85或65℃(水冷机型85℃,风冷为65℃)上电运行,保持96h升降温速率为1℃/min。

恢复

下电停机,将温度降至正常大气条件,并在此条件下恢复1h,箱内降温时间不计入恢复时间。

最后检测

检查外观应符合产品标准的要求,然后上电(含绝缘电阻)测试,应能正常工作。

试验参考曲线

注:参考ISO16750-4,5.1.2.2节

2.4低温运行

初始检测

按相关规范规定对试验样品进行外观检查及电性能(含绝缘电阻)测试

条件试验

受试样品放入温箱内,设备下电降温速率为1℃/min,使箱内温度降至-40℃,温箱温度在-40℃保持4h后,设备上电,-40℃温度停留时间为24h,低温试验结束后升温至常温,设备下电,升温速率为1℃/min为了防止冷凝发生,升至常温后应保持1小时以上

恢复

下电停机,将温度升至正常大气条件,并在此条件下恢复1h,箱内温时间不计入恢复时间。

最后检测

检查外观应符合产品标准的要求,然后上电(含绝缘电阻)测试,应能正常工作。

试验参考曲线

注:参考ISO16750-4,5.1.1.2节

2.5恒定湿热试验

初始检测

按相关规范规定对试验样品进行外观检查及电性能(含绝缘电阻)测试

条件试验

将受试样品放入温湿箱内,使箱内温度升至40℃,湿度升至93%,上电运行,保持21天升降温速率为1℃/min。

恢复

下电停机,将温湿度恢复至正常大气条件,并在此条件下恢复1h,箱内降温降湿时间不计入恢复时间。

最后检测

检查外观应符合产品标准的要求,然后上电(含绝缘电阻)测试,应能正常工作。

试验参考曲线

注:参考ISO16750-4,5.7节

2.6温度循环试验

初始检测

按相关规范规定对试验样品进行外观检查及电性能(含绝缘电阻)测试

条件试验

将受试样品放入温湿箱内,使箱内温度降(1℃/min)-40℃在-40℃保持1小时30分钟,然后升温至85℃或65℃(水冷机型85℃,风冷为65℃)85℃保持1小时30分钟升降温速率为1℃/min,共计30个循环。

设备上电运行:上电运行阶段为低温-40℃保持阶段最后30分钟,以及升温到20℃开始运行至85℃保持结束。

表一 温度变化及保持参考表格


时间 min
温度  ℃
0
20
60
-40
150
-40
210
20
275
85
365
85
430
20


恢复

下电停机,将温湿度恢复至正常大气条件,并在此条件下恢复1h,箱内降温降湿时间不计入恢复时间。

最后检测

检查外观应符合产品标准的要求,然后上电(含绝缘电阻)测试,应能正常工作。

试验参考曲线

注:参考ISO 16750-4,5.3

2.7交变湿热试验

初始检测

按相关规范规定对试验样品进行外观检查及电性能(含绝缘电阻)测试

条件试验

交变湿热共执行10个循环,单个循环描述如下

a)试验箱的温度在1.5h内,应连续升到(65±2)℃85±2)℃(水冷机型85℃,风冷为65℃)。相对湿度为(93±3)%。

b)试验箱的温度和相对湿度分别保持为(65±2)℃和(93±3)%,直到循环试验开始后5.5h止。

c)试验箱的温度在1.5h内降至(25±2)℃。在此期间相对湿度应保持在80%—96%范围内,在25℃时保持1h。

d)自循环开始后8h起,试验箱的温度应在1.5h—2.5h内应连续升到(65±2)℃。相对湿度为(93±3)%。

e)试验箱的温度和相对湿度分别保持为(65±2)℃和(93±3)%,直到循环开始后13.5h止。

f)试验箱的温度在1.5h内降至(25±2)℃。在此期间相对湿度应保持在80%—96%范围内。

g)试验箱继续稳定保持为温度(25±2)℃、相对湿度(93±3)%,直到低温循环开始或24h循环结束,即在26℃保持9小时


    交变湿热试验参考表  


变化阶段
持续时间
温度
湿度
是否工作
循环次数
1
0
25℃
93%
不工作
10
2
1.5
65℃
93%
不工作

3
4
65℃
93%
不工作

4
1.5
25℃
93%
不工作

5
1
25℃
93%
不工作

6
1.5
65℃
93%
不工作

7
4
65℃
93%
工作10min

8
1.5
25℃
93%
不工作

9
9
25℃
93%
工作10min


恢复

下电停机,将温湿度恢复至正常大气条件,并在此条件下恢复1h,箱内降温降湿时间不计入恢复时间。

最后检测

检查外观应符合产品标准的要求,然后上电(含绝缘电阻)测试,应能正常工作。

试验参考曲线

注:参考ISO16750-4,5.6.2.3节

2.8低温极限测试

初始检测

按相关规范规定对试验样品进行外观检查及电性能(含绝缘电阻)测试

条件试验

将受试样品放入温箱内,使箱内温度降(1℃/min)至-10℃,半小时后上电运行,-20℃共保持1h,然后分别降至-30℃、-40℃、-50℃,-60℃,每个温度点做冷启动一次,每个温度点共保持1小时。-50℃内能正常启动。

恢复

试验结束后温箱内温度升(1℃/min)至正常大气条件,并在此条件下恢复1h,箱内升温时间不计入恢复时间。

最后检测

恢复条件下产品应能正常工作。然后上电(含绝缘电阻)测试。

试验参考曲线

注:参考ISO16750-4,5.2.1节

2.9高温极限测试

初始检测

按相关规范规定对试验样品进行外观检查及电性能(含绝缘电阻)测试

条件试验

将受试样品放入温箱内,使箱内温度升高(1℃/min)至65℃并保持1h,然后分别升至75℃、85℃、95℃ 、105℃,每个温度点共保持1小时,直到产品报过温保护或其他原因导致的不能正常运行则停止试验。根据试验结果判断过温告警上报是否满足设计要求,或不能正常工作的原因是否可以接受。

恢复

试验结束后温箱内温度降(1℃/min)至正常大气条件,并在此条件下恢复1h,箱内升温时间不计入恢复时间。

最后检测

恢复条件下产品应能正常工作。然后上电(含绝缘电阻)测试。

试验参考曲线

注:参考ISO16750-4,5.2.1节

2.10盐雾试验

初始检测

按相关规范规定对试验样品进行外观检查及电气性能测试。

条件试验

盐雾箱指标:盐水浓度:5%盐水PH值:6.5

试验对象为整机,盐雾箱放置7*24小时。

恢复

将温度升至正常大气条件,并在此条件下恢复1h,箱内升温时间不计入恢复时间。

最后检测

检查外观应符合产品标准的要求,然后检查外观、功能性能检测应无异常

注:参考ISO16750-4,5.5

2.11冷热冲击

初始检测

按相关规范规定对试验样品进行外观检查及电性能(含绝缘电阻)测试

条件试验

将受试样品放入冲击箱内,低温-40℃,高温80℃,高低温各保持30min,温度恢复时间<3min,共计200个循环。

恢复

下电停机,将温度恢复至正常大气条件。

最后检测

检查密封,检查外观应符合产品要求,然后上电(含绝缘电阻)测试,应能正常工作。

试验参考曲线

注:参考ISO16750-4,5.5节


2.12正弦振动试验

初始检测

按相关规范规定对试验样品进行外观检查及电气性能(含绝缘电阻)测试。

条件试验

垂直Z方向:10~25Hz,振幅1.2mm,峰峰值2.4mm;25~500Hz加速度30m/s2

水平XY方向: 10~25Hz,振幅0.6mm,峰峰值1.2mm;25~500Hz,加速度15m/s2

要求上电运行。每个方向8小时。

恢复

振动停止

最后检测

按相关规范规定对试验样品进行外观检查及电气性能(含绝缘电阻)测试。

注:参考QCT_413-2002_汽车电气设备基本技术条件,3.12节

2.13粉尘试验

初始检测

按相关规范规定对试验样品进行外观检查及电气性能(含绝缘电阻)测试。

条件试验

防尘等级执行IP6X,振动10s,吹尘1分钟,静置59分钟,为一个循环,8个循环

恢复

将温度升至正常大气条件,并在此条件下恢复1h,从粉尘箱拿出样品,拆开外壳观察是否有粉尘入内

最后检测

按相关规范规定对试验样品进行外观检查及电气性能(含绝缘电阻)测试。

注:参考ISO60253道路车辆防护等级,第5节

2.14防水试验

初始检测

按相关规范规定对试验样品进行外观检查及电气性能(含绝缘电阻)测试。

条件试验

风冷机器执行IPX5,各个方向喷水总共3min,水冷机器执行IPX7,1m深水浸泡半小时

恢复

将温度升至正常大气条件

最后检测

按相关规范规定对试验样品进行外观检查及电气性能(含绝缘电阻)测试。

注:参考ISO60253道路车辆防护等级,第6节

2.15包装随机振动试验

初始检测

按相关规范规定对试验样品进行外观检查及电气性能(含绝缘电阻)测试。

条件试验

测试条件如下

最后检测

拆开包装检查,包装无破损、样品无撕裂、变形、脱落,上电后样品无异常,

注:参考GB/T 2423.56-2006,第5节

2.16包装跌落试验

初始检测

按相关规范规定对试验样品进行外观检查及电气性能(含绝缘电阻)测试。

条件试验

     跌落条件参考下表

表三 包装跌落参考


参考重量(Kg)
跌落高度 (mm)
 9
760
9 -18
660
18 - 27
600
27 - 36
450
36 - 45
380
45 - 68
300
68 - 113
250
113
200


最后检测

拆开包装检查,包装无破损、样品无撕裂、变形、脱落,上电后样品无异常

注:参考GB-T 2423.08-1995,第8节

2.17 HALT试验

      HALT试验主要针对单板级或子系统级(如一个驱动器)进行试验,用于发现其薄弱点,HALT试验参考《STEP产品HALT试验规范V1.0

2.18 随机振动寿命试验

初始检测

按相关规范规定对试验样品进行外观检查及电气性能(含绝缘电阻)测试。

条件试验

测试条件如下

最后检测

样品无撕裂、变形、脱落,上电后样品无异常,

注:参考ISO16750-3,4.1.2.7.2


六.顺序应力测试

顺序应力试验思路是根据试验先后顺序来安排试验,先后顺序的依据可以是实际应用可能出现的应力顺序,如产品一般先进行包装运输、存储再安装运行,也可以根据试验特点任意安排,这样安排的目的是通过有限的样品尽可能多发现产品缺陷















附录

1.   附录一:不同环境应力对应的失效模式

环境应力对应的失效模式或失效机理        


缺陷类型
环境应力






高温
低温
温度循环(含冷热冲击
湿度
盐雾


振动及跌落
虚焊、冷焊



器件参数漂移

电路板开短路



错用器件



密封件失效


器件污染、锈蚀




劣质器件
结构裂缝、撕裂

接插件松动



结构件变形


器件过热




时序不当




2.   附录二:IPXX(防尘等级&防水等级),参考 如下

                ,防尘等级参考


数字  
防护范围
说明
0  
无防护
对外界的人或物无特殊的防护
1  
防止直径大于50mm的固体外物侵入
防止人体(如手掌)因意外而接触到电器内部的零件,防止较大尺寸(直径大于50mm)的外物侵入
2  
防止直径大于12mm的固体外物侵入
防止人的手指接触到电器内部的零件,防止中等尺寸(直径大于12.5mm)的外物侵入
3  
防止大于直径2.5mm的固体外物侵入
防止直径或厚度大于2.5mm的工具、电线及类似的小型外物侵入而接触到电器内部的零件
4  
防止大于直径1.0mm的固体外物侵入
防止直径或厚度大于1.0mm的工具、电线及类似的小型外物侵入而接触到电器内部的零件
5  
防止外物及灰尘
完全防止外物侵入,但灰尘的侵入量不会影响电器的正常运作
6  
防止外物及灰尘
完全防止外物及灰尘侵入


防水等级参考


数字  
防护范围
说明
0  
无防护
对水或湿气无特殊的防护
1  
防止水滴侵入
垂直落下的水滴(如凝结水)不会对产品造成损坏,模拟1分钟1mm降雨量,持续10分钟
2  
倾斜15度时,仍可防止水滴侵入
当电器由垂直倾斜至15度时,滴水不会对电器造成损坏
3  
防止喷洒的水侵入
防雨或防止与垂直的夹角小于60度的方向所喷洒的水侵入电器而造成损坏
4  
防止飞溅的水侵入
防止各个方向飞溅而来的水侵入电器而造成损坏
5  
防止喷射的水侵入
防止来自各个方向飞由喷嘴射出的水侵入电器而造成损坏
6  
防止大浪侵入
装设于甲板上的电器,可防止因大浪的侵袭而造成的损坏
7  
防止浸水时水的侵入
电器浸在水中一定时间或水压在一定的标准以下,可确保不因浸水而造成损坏
8  
防止沉没时水的侵入
电器无限期沉没在指定的水压下,可确保不因浸水而造成损坏



注意事项

  1)低温运行试验和低温极限试验一定要做冷启动,操作方法是,先将设备下电,低温运行时要冷冻1小时以上,低温极限试验每个温度点先冷冻半小时再上电。

  2)试验样品要求使用最新版本,喷漆工艺及打胶工艺与发货要求一致

  3)若有客户指定测试条件,按照客户指定的条件执行试验。




电动汽车驱动器可靠性试验时间统计


测试对象
测试项目
测试条件
测试时间(day)
总时间(day)
样本1
正弦振动
Z方向:10~25Hz,峰峰值2.4mm;25~500Hz,加速度30m/s2。水平X、Y方向: 10~25Hz,峰峰值1.2mm;25~500Hz,加速度15m/s2
7
21

冷热冲击
-40℃~80℃
9


盐雾试验
中性盐雾
3


粉尘试验
IP6X
1


防水试验
IPX5
1

样本2
包装振动
参考51628
2
52.5

包装跌落
参考51628
0.5


高温存储
105℃或85℃(水冷机型105℃,风冷为85℃)
2


低温存储
-40℃
1


高温运行
85℃或65℃(水冷机型85℃,风冷为65℃)
4


低温运行
-40℃
1


恒定湿热
40℃,RH93%
21


温度循环
-40℃~85℃或65℃
9


交变湿热
25℃~85℃或65℃,RH93%
10


低温极限
常温~-60℃
1


高温极限
常温~105℃
1

样本3
随机振动试验
参考ISO16750
16
18

粉尘试验
IP6X
1


防水试验
IPX5
1


备注:以上统计时间为纯试验试验,做试验计划时要考虑搭建试验环境、试验前后验证、周末、问题修改验证等影响,适当留出弹性时间。

广电计量检测环境实验室具备涵盖民用及军工领域产品的全部环境试验项目能力,拥有国内先进环境试验设备400余台套,满足GJB150-1986、GJB150A-2009、GB/T2423、RTCA/DO-160G、GJBA-1986、IEC-60068、各车厂标准、非标等试验要求,实现力学环境、气候环境、综合环境、特种环境及电源适应性等试验需求。

      广电计量汽车电子产品电磁兼容测试能力全面,是目前华南地区唯一能够满足ISO7637标准要求的实验室。测试范围包括辐射抗扰度、无线电骚扰、零部件/模块的传导和辐射发射、电压瞬时骚扰、电源线瞬时传导抗扰度、信号线瞬时传导抗扰度、静电放电、电波暗室法辐射抗扰度和大电流注入法辐射抗扰度,完全满足ISO7637汽车电子产品瞬时抗扰度测试标准,同时还满足了各大汽车厂商如大众、宝马、奔驰、吉利、日产等的企业标准的要求。

检测零部件范围:

     汽车发动机控制器、导航、倒车雷达、行车记录仪、控制器单元ECU、空调总成、汽车灯具、喇叭、车载接收机、汽车用交流发电机、接线盒、汽车用蜂鸣器、汽车倒车报警器、汽车信号闪光器、汽车仪表。

      与我们合作汽车客户代表:大众、沃尔沃、广汽、东风日产、东风本田、中国一汽、长城汽车、江淮汽车、北汽集团、海马汽车、长安汽车、五菱汽车、东风汽车、比亚迪、奇瑞、吉利汽车。

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张海鹏(业务经理)-广州广电计量检测股份有限公司

电话:186 2090 8348;020-6628 9503

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