新能源电驱系统的一种温湿度循环试验

1. 什么是PTCE？
带载温度循环耐久(Power thermal cycle endurance, PTCE)，反映的是动力总成在生命周期内温度循环条件下的运行寿命，与之前写过的高温运行耐久(HTOE)和机械疲劳耐久并列（#文章末尾有相关文章的传送门#），为三合一电驱动系统寿命试验的“三座大山”
由此可知，EDS必须在整个测试运行期间承受与实际车辆寿命相当的损伤等级。这个所谓的"损伤等级"由两部分来确认：1)生命周期内的温度谱；2)生命周期内的里程数与载荷谱。因此，我们后续的分析都是基于这两个基本量来进行。
2. 温湿度循环试验"ISO16750/ISO19453中关于PTCE的定义能否反映整车寿命?"
ISO16750-4 5.3.2 和ISO19453 5.2.1 中关于带载温度循环耐久(PTCE)的要求类似，均源于IEC 60068-2-14，所不同的是对一个温度循环中持续时间的定义。
划重点：高温下运行电负荷、典型工况、>30min，33次循环。
那么问题来了：ISO16750/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生命周期内温度循环条件下的耐久寿命。具体原因见后续分析。
那么，"究竟要如何对带载温度循环耐久进行定义，可以等效整车全生命周期呢？"，这就引出下面两个话题。
3. "怎么定义PTCE，以等效于整车全寿命要求?"
在回答这个问题之前，首先对PTCE的目的、范围和对象做下解读。
带载温度循环耐久(PTCE)，顾名思义，反映的是整车生命周期内，在经历一定次数的外部温度变化后，子系统及其组件带载运行中的耐久性能。因此，从关键词中可以在设计试验之前，要明确两个问题：
1). 从EDS角度，明确PTCE的考核对象和范围
2). 从整车角度，明确产品寿命周期和负荷类型考核对象和范围从PTCE的定义可以看出，其模拟的是系统和组件在热-机械应力作用下的老化情况，因此，PTCE的主要考核对象和失效模式如下：
-功率器件和电子器件的焊层和焊点
-电机绕组绝缘层
-电机绕组焊点
-密封圈的粘结层
-轴承的润滑和形变
-油封疲劳老化
-壳体疲劳开裂
-齿轮的焊接生命周期和负荷要求从整车角度来看，产品的生命周期和负荷要求主要有以下几方面
  寿命里程，如15年30万公里主要目标对象及用途：28~35岁上班族，假设每天往返，单程路程1小时 
  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
  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。
据此，我们可以计算获得产品的"寿命"目标：
→ 设计寿命：15年
→ 运行寿命：2*365*15=10950h
→ 温度循环次数：2*365*15=10950 cycle
→ 存储寿命：24*365*15-10950=120,450h
到此，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，我们引入适用于温度循环试验的加速模型：Coffin-Manson模型.
Coffin-Manson 加速模型
1. 什么是PTCE？
带载温度循环耐久(Power thermal cycle endurance, PTCE)，反映的是动力总成在生命周期内温度循环条件下的运行寿命，与之前写过的高温运行耐久(HTOE)和机械疲劳耐久并列（#文章末尾有相关文章的传送门#），为三合一电驱动系统寿命试验的“三座大山”。由此可知，EDS必须在整个测试运行期间承受与实际车辆寿命相当的损伤等级。这个所谓的"损伤等级"由两部分来确认：1)生命周期内的温度谱；2)生命周期内的里程数与载荷谱。因此，我们后续的分析都是基于这两个基本量来进行。
2. 温湿度循环试验"ISO16750/ISO19453中关于PTCE的定义能否反映整车寿命?"
ISO16750-4 5.3.2 和ISO19453 5.2.1 中关于带载温度循环耐久(PTCE)的要求类似，均源于IEC 60068-2-14，所不同的是对一个温度循环中持续时间的定义。本文仅参考ISO19453进行说明，详细测试方法如下: 
其中，关于温度循环加载曲线定义如下： 
其中，关于mode的定义如下： 测试通过指标如下：
划重点：高温下运行电负荷、典型工况、>30min，33次循环。那么问题来了：ISO16750/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生命周期内温度循环条件下的耐久寿命。具体原因见后续分析。那么，"究竟要如何对带载温度循环耐久进行定义，可以等效整车全生命周期呢？"，这就引出下面两个话题。
3. 温湿度循环试验"怎么定义PTCE，以等效于整车全寿命要求?"
在回答这个问题之前，首先对PTCE的目的、范围和对象做下解读。带载温度循环耐久(PTCE)，顾名思义，反映的是整车生命周期内，在经历一定次数的外部温度变化后，子系统及其组件带载运行中的耐久性能。因此，从关键词中可以在设计试验之前，要明确两个问题：1). 从EDS角度，明确PTCE的考核对象和范围2). 从整车角度，明确产品寿命周期和负荷类型考核对象和范围从PTCE的定义可以看出，其模拟的是系统和组件在热-机械应力作用下的老化情况，因此，PTCE的主要考核对象和失效模式如下：-功率器件和电子器件的焊层和焊点-电机绕组绝缘层-电机绕组焊点-密封圈的粘结层-轴承的润滑和形变-油封疲劳化-壳体疲劳开裂-齿轮的焊接生命周期和负荷要求从整车角度来看，产品的生命周期和负荷要求主要有以下几方面：  寿命里程，如15年30万公里  主要目标对象及用途：28~35岁上班族，假设每天往返，单程路程1小时   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  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； 据此，我们可以计算获得产品的"寿命"目标：
→ 设计寿命：15年温湿度循环试验
→ 运行寿命：2*365*15=10950h
→ 温度循环次数：2*365*15=10950 cycle→ 存储寿命：24*365*15-10950=120,450h到此，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，我们引入适用于温度循环试验的加速模型：Coffin-Manson模型.Coffin-Manson 加速模型计算公式如下： 其中：  ΔT_Field，指的一个循环中平均的温度差异，一般由整车来定义，本文案例是40℃；  ΔT_Test，指的是温度谱中highest温度和低温的差值，本文案例是80℃-(-40℃)= 120℃；  C，是CoffinManson系数，由整车厂定义，指的是温度变化的加速度常数，这个常数和失效模式相关；
上述三个参数清楚后，可以获得A_CM值为15.59。根据该数据，结合第3部分获得的寿命相关的温度循环次数：10950。
环次数确认了，下面来确认单个循环所需要的时间。
温湿度循环试验假设温度变化速率为4℃/min，高低温温度保持时间>15min；考虑到零部件条件温度的浸透时间，额外增加15min，因此，总的高低温温度保持时间均为30min，则可以根据下面公式获得单个循环时间为120min。
综上，导语中的问题有了答案：
1）ISO16750/ISO19453标准中对带载温度循环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Coffin-Manson模型对PTCE耐久加速，完成PTCE试验的等效设计。
4. 展望PTCE试验设计的拓展上述案例上述案例相对简单，实际PTCE的设计应用中，还需考虑以下几个方面：
a). 水温温度谱：如果考虑水温温度谱，试验应该如何定义？
b). 驾驶模式：本文仅考虑驱动模式(driving)，如果有充电(charging)、驻车(parking)等模式，需要如何考虑？
c). 温度变化速率：一般由整车定义，如若没有可以通过前置试验，这个试验要怎么做？
d). HVDC端电压：可按照一定比例的" highest电压-额定电压"进行分配。

温湿度循环试验

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