新能源电驱系统标准解读与拓展：高温运行耐久试验(HTOE)

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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。(#关于绝缘电阻的测试标准解读和拓展，后续会专题介绍，这里先做个预告#)

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，详细测试循环曲线如下图所示（放大查看）：

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？

写在最后：

关于“展望”中提及的几点内容，也是原先想写的，但是短短两千字篇幅无法把这些内容讲清楚，这里先做个引子，我们后续补充，感谢大家的关注。