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新能源电驱动系统的快速温度升降温试验
发布时间:2020-05-05   点击次数:226次

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”
快速温度升降温试验
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. "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,
东莞市赛思检测设备有限公司"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.
快速温度升降温试验 "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
快速温度升降温试验
-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
 
快速温度升降温试验温度谱信息: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。
东莞市赛思检测设备有限公司因此,为了提高试验效率、降低时间和费用的成本,我们引入适快速温度升降温试验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. "ISO16750/ISO19453中关于PTCE的定义能否反映整车寿命?"
快速温度升降温试验
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.
快速温度升降温试验"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,
东莞市赛思检测设备有限公司首先对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: 快速温度升降温试验 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
东莞市赛思检测设备有限公司
→ 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;

快速温度升降温试验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。
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?东莞市赛思检测设备有限公司
d). HVDC端电压:可按照一定比例的" highest电压-额定电压"进行分配。

快速温度升降温试验

 

SES-225

SES-408

SES-800

SES-1000

SES-1500

SES-2000

内箱尺寸 (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

内箱容积

225L

408L

800L

1000L

1500L

2000L

温度速率

5/min10/min15/min20/min

温度范围

-70℃-180

温度波动度

±0.5

温度偏差

±2

温变范围

-55℃~+125(高温至少±85℃以上)

湿度范围

20%98%

湿度偏差

-3+2%R.H(75%R.H.以上),±5%R.H.75%R.H以下)

备注

以上指标是在空载,环境温度20±2℃下测试

脚轮

4个(外形尺寸不含脚轮)脚轮增高50120mm

观察窗

带加热装置防止冷凝和结霜

测试孔

φ100mm位于箱体右侧(人面朝大门)

照明灯

35W/12V

节能调节方式

冷端PID调节方式(即加热不制冷,制冷不加热),比平衡调温方式节能40%

加热方式

电加热(3重超温保护)

制冷机

德国原装进口品牌压缩机

制冷剂

环保制冷剂R404a / R23(臭氧耗損指數均為0)

冷却方式

水冷(水温7℃~28℃,水压0.10.3Mpa,以便确保降温性能

控制器

7寸彩色触摸屏控制器

运行方式

程序运行+恒定运行

程序容量

200×100可循环跳步、保持、连接

传感器

PT100

通讯功能

RS485 标配USB

曲线记录功能

触摸屏自动记录

电源

380V±10%/50HZ,三相五线(3P+N+G)

 

东莞市赛思检测设备有限公司

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工厂地址:广东省东莞市常平镇朗州工业区

东莞市赛思检测设备有限公司主营:UV紫外老化试验箱,阳光模拟试验箱,三箱式冷热冲击试验箱等产品

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