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臭皮匠試驗室發布時間：01-2106:27聲明：本文為作者臭皮匠試驗室（同微信號）授權發布，轉載請注明出處。導語：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，為三合一電驅動系統壽命試驗的“三座大山”。ISO16750ISO19453中對此有所定義，但是"標準能否反映整車壽命?","整車壽命與PTCE又是如何等效的?"值得我們探討。為了回答導語中的問題，我們分四部分來解讀這個話題：1. 什麼是PTCE？2. ISO16750ISO19453中關于PTCE的定義能否反映整車壽命?3. 怎么定義PTCE，以等效于整車全壽命要求？-PTCE考核對象和范圍-產品生命周期和負荷要求-Coffin-Manson 加速模型-PTCE加載曲線的定義4. 展望1. 什麼是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. "ISO16750ISO19453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。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：ISO16750ISO19453 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GBT 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. "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-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-……（#歡迎留言補充，集思廣益#）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 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→ 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，指的是溫度譜中最高溫度和最低溫度的差值，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；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，則可以根據下面公式獲得加速后的循環數為702次。循環次數確認了，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，總的PTCE運行時間為702*120min=1404h。PTCE加載曲線根據上述分析，可以得到詳細測試循環曲線如下圖所示（#請放大查看#）：其中, II.a 代表被測樣件不帶載工作，II.c代表被測樣件帶載工作。綜上，導語中的問題有了答案：1）ISO16750ISO19453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？d). HVDC端電壓：可按照一定比例的"最高電壓-額定電壓-最低電壓"進行分配。PTCE評判標準的定義標準中對測試pass的評價標準定義就一句話，如下：這顯然是不夠的，國外主機廠一般會在leg最后增加關鍵參數和泄露測試，以驗證其機械部件、功能和性能的完整性。那么問題來了，這里面具體是指的哪些測試呢？為什麼要做這些測試？留給我們思考。寫在最后：關于PTCE和HTOE，在現有標準和文獻中并沒有系統性的表述可供參考，以上內容是根據多方面碎片信息，結合標準和工作經驗做的總結，有理解不對或片面的地方，請指正，非常期待能聽到大牛們的意見！

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