导语、高温运行试验(High teperature operating endurance,HTOE)是电驱动系统寿命试验三座大山之一,属于环境可靠性试验。ISO和GB均对此有所定义,但是"这些标准能否覆盖整车寿命?","整车寿命与HTOE又是如何等效的?",值得我们探讨。
"GBT18488和ISO16750/19453高温运行耐久试验能不能覆盖整车寿命?"
目前行业内关于高温运行耐久试验,主要参考以下三个标准:GB/T-18488, ISO-16750和 ISO-19453。
GB/T 18488
GB/T 18488.1和 GB/T 18488.2中关于高温运行试验的描述分别如下:


划重点:电机+电控,额定工况下,55℃,持续2h,通冷却水, 复测绝缘电阻 。可以看出,HTOE主要是面向电机+电控的寿命测试,这从侧面反映出电机电控的温度敏感性,其中绝缘电阻是该试验关键考核项,这是因为 高温加速了绝缘老化。
但是由于工况定义与整车全寿命相距甚远,不适用于寿命考核,这里不做推荐。
ISO16750/ISO19453
ISO16750-4 5.1.2.2 和ISO19453 5.1.2.2中关于高温运行试验的要求类似,详细描述如下:

其中,关于mode 3.2的描述如下:

其中,关于Class A的描述如下:

划重点:额定工况,最高温度,持续96h。
那么问题来了: ISO16750和ISO19453 能否覆盖整车的工况和寿命需求?答: 从目前了解信息来看,两标准虽较GB/T 18488有所强化, 但是仍不足以表征整车高温耐久寿命。具体原因见后续分析。
那么 , ”究竟要如何对高温运行耐久进行定义,可以等效整车全生命周期呢? “
"怎么定义高温运行耐久试验,以等效于整车全生命周期?"
整车生命周期和负荷要求
在回答这个问题之前,首先对高温运行耐久的目的、范围和对象做下解读。
高温运行耐久试验,顾名思义,目的是为了验证电驱动系统和零部件在全寿命中的服役情况。因此,在设计试验之前,要从整车角度,明确产品寿命周期、负荷类型,主要有以下几方面:
1)寿命里程,如10年30万公里
2)路谱信息:工况要求及对应的时间和循环数,据此计算获得总的运行时间,一般为7000~10000h
3)温度谱信息:一般来自整车输入,或者参考标准根据安装位置进行定义,下图为示意说明;

根据上述信息,我们对EDS在全寿命中的服役环境和周期有了初步定义,但是台架不可能执行全寿命的加载测试。因此,为了提高试验效率、降低时间和费用的成本,我们引入适用于高温耐久试验的加速模型:Arrhenius模型。
Arrhenius 模型
计算公式如下:

其中:
- T_Test指的是台架试验定义的温度,通常为了达到最快的加速效果且不会发生降额或者损坏,会选择温度谱中的最高温度;
- T_Field,i 是温度谱上的不同温度;
- E_A是失效反应活化能,一般为0.45eV;
- K为玻尔兹曼常数,通常为8.617*e-5 eV/K
- A_T,i是每个温度点下的加速因子,比如A_T,1算下来是5000,对应温度谱第一行-40℃工况下,其在台架上T_Test温度下的等效运行时间为7000~10000/5000个小时。
综上,总的加速因子计算公式如下:

其中:
- t_oper.指的是整车定义的总的运行时间,即上述提到的10950h;
- p_i 是各温度点下的工况占比情况,如-40℃占比6%;
- t_test 是根据加速因子和温度谱中的工况占比,加速后的总试验时间。
HTOE试验设计
假设整车寿命10年30万公里,全寿命内运行时间为8000h,三合一总成的温度负荷信息如上述所示,测试在环境温度100℃下开展。根据Arrhenius模型,可以计算获得如下高温运行耐久试验时长为1381h,在II.c和II.a两种工作模式交替执行,其持续时间分别为47h和1h。
其中, II.a 代表被测样件不带载工作,II.c代表被测样件带载工作。
需要注意的是,整个HTOE运行过程中,HVDC端电压可以参考“30%最高电压/40%额定电压/30%最低电压”的比重进行进行分配。
综上,导语中的问题有了答案:
1)GB18488和ISO16750/ISO19453标准中对高温运行耐久的定义不能覆盖整车全寿命;
2)可以依据整车生命周期和负荷要求,通过Arrhenius模型对高温耐久加速,完成HTOE试验的等效设计。
关于”高温运行耐久“的展望
关于高温运行耐久试验中的应用,可以从以下几方面做下展望:
1)建议将Arrhenius模型或其他模型作为标准附录要求,支持有自主能力的整车折算适合自己的HTOE耐久试验。
2)HTOE试验中的 台架测试温度 如何定义更为合理?
3)关于HTOE试验中的 加 载工况II.c 如何定义更为合理?
4)若将DCDC继承于MCU中,全寿命中的运行时间是否还要考虑其他工况,如 充电或 联网放电 所用时间?
5)当前对电驱动系统的 温度谱的定义 是否考虑充分?
来源:臭皮匠试验室