汽車電氣和電子部件環境可靠性與關鍵試驗解析

許毅，吳國平，馬壯

（上海市質量監督檢驗技術研究院電子電器家用電器質量檢驗所, 上海 201114）

引言

我國的新能源汽車產業已處于白熱化發展階段，不可置疑未來汽車電子零部件市場發展潛力巨大，然而，汽車行業核心技術多掌控在國外企業手中，國產汽車電子自主創新能力不強，打造本土汽車電子產業鏈就需要加強國際和國內多方合作。針對目前檢測行業發展狀況，大型高端試驗裝備大多集中于國際大型汽車生產廠和實驗室，汽車電子產品的環境類檢測裝備投資成本大，作為第三方質檢機構有必要為汽車廠商提供相應的檢測服務與技術支持，協助本土企業進行技術革新、提高其自身品牌的質量及國際認可度。目前開展電子零部件檢測試驗和認證認可的實驗室，大多數只配備了基本環境試驗設備，對于綜合環境試驗設備以及更為復雜的環境試驗系統，則罕有配備。汽車電子標準化發展已進入新階段，而目前國內汽車零部件在檢測標準和手段都亟待提升。為了有能力適應和遵循汽車電子產品的國際化市場需求和檢測要求，相關標準化工作以及測試設備和配件的研發、完善與配備都勢在必行。

本文基于國際標準化組織ISO 16750系列標準[1-3]關于道路車輛電氣和電子設備的環境條件、試驗方法和樣品對試驗耐受力要求，以及IEC 60068-2系列標準[4]中的專業基礎性試驗方法，重點介紹3.5 t以下汽車電氣、電子部件和模塊等產品關于環境試驗領域的測試要求和試驗方法，特別針對近年來國際上主流汽車企業實際應用的供貨規范[5，6]，最新版中對于增補和變更的幾個環境試驗項目及其具體要求進行了詳細闡述，分別涉及：一般要求中的密封性試驗、機械環境試驗[7]中的冷卻回路壓力脈動試驗，以及氣候環境試驗中的凝結與氣候試驗，特別是新增補的水密殼體部件的氣候測試部分。

1 密封性試驗

1.1 密封性要求

部件相對于環境和其它空間，如冷卻回路的冷卻劑導管，其獨立電子空間所需的密封性視為密封性要求。密封性的要求定義為極限泄漏率，應通過密封性試驗來驗證。

對于電子控制單元（ECU）中的極限泄漏率，其初始值1～10 cm3/min在△P=300 mbar條件下，可設定為水媒介下的環境載荷。這必須根據周圍介質對特定成分進行調整，并通過測量加以驗證。

對于沒有密封外殼的部件，不需要定義和驗證極限泄漏率。

1.2 密封性試驗

一個部件的電子空間對于所定義的指定部件的極限泄漏率，其符合性可通過密封性試驗進行驗證。當測量試件時，應使用常規的測量方法確定氣體泄漏率（例如，絕對壓力測量、壓差測量、氣流質量測量或容積流率測量）。為此，部件通過一個接入點（例如排氣裝置）暴露于規定的測試壓力下；氣體泄漏率在一個設置周期后測量確定。

由于試驗的設計和應用要確定部件在實際運行時暴露于介質下的壓力大小，因此試驗壓力值應選擇現場中最嚴酷使用情況時的壓力。這也可能是負壓（真空）。若設定該密封系統暴露于正壓與負壓（例如，密封口壓在某表面上）的行為將會不同，則試驗應在正壓和負壓兩種情況下均進行實施。施加的試驗壓力應與承包商和購買方達成一致，并記錄在冊。

密封性試驗應實施參數測試（大）在室溫時的試驗要求。其中，參數測試（大），即在提供特定溫度（最高環境溫度（Tmax）、室溫（TRT）和最低環境溫度（Tmin））和電壓（最小工作電壓限值（Vopmin）、工作電壓（Vop）和最大工作電壓限值（Vopmax））條件下試件無瑕疵功能的驗證[5]。在測量期間，試件不得暴露于任何溫度波動。測得的氣體泄漏率不得超過所定義的指定部件的極限泄漏率，并且應記錄在試驗報告中。氣體泄漏率的變化應進行評估，且在試驗報告中予以記錄。

2 冷卻回路壓力脈動試驗

1）目的：

該試驗模擬了由于冷卻液壓力的波動，以及在后加熱階段和冷卻系統的真空填充期間的狀態所引發的施加在部件上的載荷。該試驗只適用于連接到冷卻回路的部件。

試驗是用以驗證受到冷卻回路壓力波動影響的部件的機械強度（例如，電源組的冷卻板）。

2）測試：

冷卻回路壓力脈動試驗的配置參數詳見表1。

3）要求：

試件應在試驗前、試驗后功能完好且所有參數符合規范要求。應通過參數測試（大）[5]來驗證。

表1 冷卻回路壓力脈動試驗的配置參數

3 冷凝與氣候試驗

3.1 模塊的冷凝試驗

1）目的：

該試驗模擬了汽車電子模塊中的冷凝。目的是用以評估電子模塊關于冷凝的魯棒性。

2）測試：

試驗使用沒有防護外殼的模塊進行，試驗的配置參數詳見表2。

3）要求：

試件應在試驗前、試驗期間和試驗后功能完好且所有參數符合規范要求。應通過持續的參數監控和參數測試（大）進行驗證。

此外，對于模塊應檢查其電化學遷移（例如，銀或錫遷移的痕跡）和枝晶生長。不允許發生電化學遷移和枝晶生長。

模塊的其它變化（例如，腐蝕、污染）必須記錄在試驗報告中并與購買方一起評估。

下列記錄應附在試驗報告中，包括：試驗箱的程序；單個周期的參數（預設/實測）；五個周期的參數（預設/實測）。

3.2 水密殼體部件的氣候試驗

1）目的：

該試驗采用加速試驗的方式模擬了車輛在使用壽命期間由于濕熱所引發施加在部件上的載荷，同時考慮了水密殼體的保護作用。

試驗旨在驗證部件在由濕熱所導致缺陷模式下的質量和可靠性，例如塑料、密封和灌封化合物的腐蝕、遷移/枝晶生長，以及膨脹和退化。

2）測試：

試驗應使用完整的部件進行（設備、電子控制單元ECU、機電系統等和其對應的外殼）。

試驗應按圖4所示五個測試塊的順序執行：

表2 模塊冷凝試驗的配置參數

圖1 模塊的冷凝試驗配置圖

圖2 模塊的冷凝試驗裝置

圖3 塑料罩子

圖4 帶水密殼體部件的氣候試驗序列

①試驗序列塊1、3和5：

試驗序列塊1、3和5按照IEC 60068-2-78《環境試驗試驗Cab：濕熱，穩態》[4]的試驗方法進行，具體參數見表3。

如果冷卻回路在線，則冷卻液的溫度應能跟蹤相應試驗溫度達到限值Tcool，max。僅環境溫度在高于冷卻液的溫度限值上波動。

②試驗序列塊2和4：

試驗序列塊2和4按照IEC 60068-2-78[4]的試驗方法進行，具體參數見表4。

如果冷卻回路在線，則冷卻液的溫度應能跟蹤相應試驗溫度達到限值：最小冷卻溫度Tcool，min和最大冷卻溫度Tcool，max。僅環境溫度在高于冷卻液的溫度限值上波動。

3）要求：

試件應在試驗前、試驗后功能完好且所有參數符合規范要求。應通過持續的參數監控和參數測試（大）[5]進行驗證。

4 結語

表3 帶水密殼體部件的氣候試驗-試驗序列塊1、3和5的試驗參數

表4 帶水密殼體部件的氣候試驗-試驗序列塊2和4的試驗參數

結合汽車廠商的需求和國內國際市場激烈競爭的形勢，緊密追蹤國際標準發展的步伐進行測試和驗證，本文針對3.5 t以下汽車電氣和電子部件產品的環境試驗和可靠性要求，特別對于國際上主流汽車企業實際應用供貨規范的新發布版本測試標準相對于之前環境試驗要求[5，6]的增補和變化進行了重點研究，涉及內容包括：對密封性要求進行了擴展、機械試驗中增加的壓力脈動試驗等，對應關鍵試驗項目即：密封性試驗、冷卻回路壓力脈動試驗和凝結與氣候試驗（包括：模塊的冷凝試驗和水密殼體部件的氣候試驗）三個項目，詳細解析了實施該項試驗的目的、測試參數、試驗條件設置及方法、試驗前后和試驗期間需要驗證的功能與參數測試等方面。對于企業而言，無論在汽車電子產品研發及后期投產階段，環境模擬試驗及可靠性驗證試驗，都是有效控制和監管產品質量的重要手段。這些研究將推進汽車部件生產企業和第三方檢測機構有針對性的增補試驗裝備、提升檢測能力，有助于我國汽車電子技術和裝備領域的標準化轉換工作推進，有利于促進國內汽車市場消費、提高綜合競爭力，同時推動產業高質量發展。