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新能源電驅動系統的快速溫度升降溫試驗

時間:2020/5/5閱讀:2554
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1.  什么是PTCE?
帶載溫度循環耐久(Power thermal cycle endurance, PTCE),反映的是動力總成在生命周期內溫度循環條件下的運行壽命,與之前寫過的高溫運行耐久(HTOE)和機械疲勞耐久并列(#文章末尾有相關文章的傳送門#),為三合一電驅動系統壽命試驗的“三座大山”
快速溫度升降溫試驗
由此可知,EDS必須在整個測試運行期間承受與實際車輛壽命相當的損傷等級。這個所謂的"損傷等級"由兩部分來確認:1)生命周期內的溫度譜;2)生命周期內的里程數與載荷譜。因此,我們后續的分析都是基于這兩個基本量來進行。
2. "ISO16750/ISO19453中關于PTCE的定義能否反映整車壽命?"
ISO16750-4 5.3.2 和ISO19453 5.2.1 中關于帶載溫度循環耐久(PTCE)的要求類似,均源于IEC 60068-2-14,所不同的是對一個溫度循環中持續時間的定義。
劃重點:高溫下運行電負荷、典型工況、>30min,33次循環。
那么問題來了:ISO16750/ISO19453 能否覆蓋整車的工況和壽命需求?答:從目前了解信息來看,兩標準雖較GB/T 18488有所強化,但是仍不足以表征整車生命周期內溫度循環條件下的耐久壽命。具體原因見后續分析。
那么,
東莞市賽思檢測設備有限公司"究竟要如何對帶載溫度循環耐久進行定義,可以等效整車全生命周期呢?",這就引出下面兩個話題。
3.
快速溫度升降溫試驗 "怎么定義PTCE,以等效于整車全壽命要求?"
在回答這個問題之前,首先對PTCE的目的、范圍和對象做下解讀。
帶載溫度循環耐久(PTCE),顧名思義,反映的是整車生命周期內,在經歷一定次數的外部溫度變化后,子系統及其組件帶載運行中的耐久性能。因此,從關鍵詞中可以在設計試驗之前,要明確兩個問題:
1). 從EDS角度,明確PTCE的考核對象和范圍
2). 從整車角度,明確產品壽命周期和負荷類型考核對象和范圍從PTCE的定義可以看出,其模擬的是系統和組件在熱-機械應力作用下的老化情況,因此,PTCE的主要考核對象和失效模式如下:
-功率器件和電子器件的焊層和焊點
快速溫度升降溫試驗
-電機繞組絕緣層
-電機繞組焊點
-密封圈的粘結層
-軸承的潤滑和形變
-油封疲勞老化
-殼體疲勞開裂
-齒輪的焊接生命周期和負荷要求從整車角度來看,產品的生命周期和負荷要求主要有以下幾方面
  壽命里程,如15年30萬公里主要目標對象及用途:28~35歲上班族,假設每天往返,單程路程1小時 
  路譜信息:工況要求及對應的時間和循環數,據此計算獲得總的運行時間,一般為7000~10000h
 
快速溫度升降溫試驗溫度譜信息:一般來自整車輸入,或者參考標準根據安裝位置進行定義。
據此,我們可以計算獲得產品的"壽命"目標:
→ 設計壽命:15年
→ 運行壽命:2*365*15=10950h
→ 溫度循環次數:2*365*15=10950 cycle
→ 存儲壽命:24*365*15-10950=120,450h
到此,我們對EDS在全壽命中的服役環境和周期有了初步定義,但是臺架不可能執行全壽命的測試。
東莞市賽思檢測設備有限公司因此,為了提高試驗效率、降低時間和費用的成本,我們引入適快速溫度升降溫試驗用于溫度循環試驗的加速模型:Coffin-Manson模型.
Coffin-Manson 加速模型
1. 什么是PTCE?
帶載溫度循環耐久(Power thermal cycle endurance, PTCE),反映的是動力總成在生命周期內溫度循環條件下的運行壽命,與之前寫過的高溫運行耐久(HTOE)和機械疲勞耐久并列(#文章末尾有相關文章的傳送門#),為三合一電驅動系統壽命試驗的“三座大山”。由此可知,EDS必須在整個測試運行期間承受與實際車輛壽命相當的損傷等級。這個所謂的"損傷等級"由兩部分來確認:1)生命周期內的溫度譜;2)生命周期內的里程數與載荷譜。因此,我們后續的分析都是基于這兩個基本量來進行。
2. "ISO16750/ISO19453中關于PTCE的定義能否反映整車壽命?"
快速溫度升降溫試驗
ISO16750-4 5.3.2 和ISO19453 5.2.1 中關于帶載溫度循環耐久(PTCE)的要求類似,均源于IEC 60068-2-14,所不同的是對一個溫度循環中持續時間的定義。本文僅參考ISO19453進行說明,詳細測試方法如下: 
其中,關于溫度循環加載曲線定義如下: 
其中,關于mode的定義如下: 測試通過指標如下:
劃重點:高溫下運行電負荷、典型工況、>30min,33次循環。那么問題來了:ISO16750/ISO19453 能否覆蓋整車的工況和壽命需求?答:從目前了解信息來看,兩標準雖較GB/T 18488有所強化,但是仍不足以表征整車生命周期內溫度循環條件下的耐久壽命。具體原因見后續分析。那么,"究竟要如何對帶載溫度循環耐久進行定義,可以等效整車全生命周期呢?",這就引出下面兩個話題。
3.
快速溫度升降溫試驗"怎么定義PTCE,以等效于整車全壽命要求?"
在回答這個問題之前,
東莞市賽思檢測設備有限公司首先對PTCE的目的、范圍和對象做下解讀。帶載溫度循環耐久(PTCE),顧名思義,反映的是整車生命周期內,在經歷一定次數的外部溫度變化后,子系統及其組件帶載運行中的耐久性能。因此,從關鍵詞中可以在設計試驗之前,要明確兩個問題:1). 從EDS角度,明確PTCE的考核對象和范圍2). 從整車角度,明確產品壽命周期和負荷類型考核對象和范圍從PTCE的定義可以看出,其模擬的是系統和組件在熱-機械應力作用下的老化情況,因此,PTCE的主要考核對象和失效模式如下:-功率器件和電子器件的焊層和焊點-電機繞組絕緣層-電機繞組焊點-密封圈的粘結層-軸承的潤滑和形變-油封疲勞化-殼體疲勞開裂-齒輪的焊接生命周期和負荷要求從整車角度來看,產品的生命周期和負荷要求主要有以下幾方面: 快速溫度升降溫試驗 壽命里程,如15年30萬公里  主要目標對象及用途:28~35歲上班族,假設每天往返,單程路程1小時   路譜信息:工況要求及對應的時間和循環數,據此計算獲得總的運行時間,一般為7000~10000h  溫度譜信息:一般來自整車輸入,或者參考標準根據安裝位置進行定義,下圖為示意說明; 據此,我們可以計算獲得產品的"壽命"目標:
→ 設計壽命:15年
東莞市賽思檢測設備有限公司
→ 運行壽命:2*365*15=10950h
→ 溫度循環次數:2*365*15=10950 cycle→ 存儲壽命:24*365*15-10950=120,450h到此,我們對EDS在全壽命中的服役環境和周期有了初步定義,但是臺架不可能執行全壽命的測試。因此,為了提高試驗效率、降低時間和費用的成本,我們引入適用于溫度循環試驗的加速模型:Coffin-Manson模型.Coffin-Manson 加速模型計算公式如下: 其中:  ΔT_Field,指的一個循環中平均的溫度差異,一般由整車來定義,本文案例是40℃;  ΔT_Test,指的是溫度譜中highest溫度和低溫的差值,本文案例是80℃-(-40℃)= 120℃;  C,是CoffinManson系數,由整車廠定義,指的是溫度變化的加速度常數,這個常數和失效模式相關;

快速溫度升降溫試驗上述三個參數清楚后,可以獲得A_CM值為15.59。根據該數據,結合第3部分獲得的壽命相關的溫度循環次數:10950。
環次數確認了,下面來確認單個循環所需要的時間。
假設溫度變化速率為4℃/min,高低溫溫度保持時間>15min;考慮到零部件條件溫度的浸透時間,額外增加15min,因此,總的高低溫溫度保持時間均為30min,則可以根據下面公式獲得單個循環時間為120min。
綜上,導語中的問題有了答案:
1)ISO16750/ISO19453標準中對帶載溫度循環耐久的定義不能覆蓋整車全壽命;
2)可以依據整車生命周期和負荷要求,通過Coffin-Manson模型對PTCE耐久加速,完成PTCE試驗的等效設計。
4. 展望PTCE試驗設計的拓展上述案例上述案例相對簡單,實際PTCE的設計應用中,還需考慮以下幾個方面:
a). 水溫溫度譜:如果考慮水溫溫度譜,試驗應該如何定義?
b). 駕駛模式:本文僅考慮驅動模式(driving),如果有充電(charging)、駐車(parking)等模式,需要如何考慮?
c). 溫度變化速率:一般由整車定義,如若沒有可以通過前置試驗,這個試驗要怎么做?東莞市賽思檢測設備有限公司
d). HVDC端電壓:可按照一定比例的" highest電壓-額定電壓"進行分配。

快速溫度升降溫試驗

 

SES-225

SES-408

SES-800

SES-1000

SES-1500

SES-2000

內箱尺寸 (W x D x H cm)

50×60×75

60×80×85

80×100×100

100×100×100

100×100×150

100×110×180

外箱尺寸( W x D x H cm)

115×125×160

125×145×170

145×195×185

155×225×195

250×125×190

260×135×250

內箱容積

225L

408L

800L

1000L

1500L

2000L

溫度速率

5/min10/min15/min20/min

溫度范圍

-70℃-180

溫度波動度

±0.5

溫度偏差

±2

溫變范圍

-55℃~+125(高溫至少±85℃以上)

濕度范圍

20%98%

濕度偏差

-3+2%R.H(75%R.H.以上),±5%R.H.75%R.H以下)

備注

以上指標是在空載,環境溫度20±2℃下測試

腳輪

4個(外形尺寸不含腳輪)腳輪增高50120mm

觀察窗

帶加熱裝置防止冷凝和結霜

測試孔

φ100mm位于箱體右側(人面朝大門)

照明燈

35W/12V

節能調節方式

冷端PID調節方式(即加熱不制冷,制冷不加熱),比平衡調溫方式節能40%

加熱方式

電加熱(3重超溫保護)

制冷機

德國*品牌壓縮機

制冷劑

環保制冷劑R404a / R23(臭氧耗損指數均為0)

冷卻方式

水冷(水溫7℃~28℃,水壓0.10.3Mpa,以便確保降溫性能

控制器

7寸彩色觸摸屏控制器

運行方式

程序運行+恒定運行

程序容量

200×100可循環跳步、保持、連接

傳感器

PT100

通訊功能

RS485 標配USB

曲線記錄功能

觸摸屏自動記錄

電源

380V±10%/50HZ,三相五線(3P+N+G)

 

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