隨著新能源汽車賽道布局越來(lái)越廣，新技術(shù)層出不窮。新能源動(dòng)力總成技術(shù)快速發(fā)展，電控系統(tǒng)也在加速迭代，產(chǎn)品應(yīng)用覆蓋純電、混動(dòng)、轎跑、越野等多種車型，架構(gòu)包含單電控、雙電控、集成式多合一電控等多種形式，SiC功率半導(dǎo)體、智能扭矩控制等多方面的新技術(shù)也不斷發(fā)展。因此對(duì)產(chǎn)品可靠性也提出巨大挑戰(zhàn)，銷量成倍增長(zhǎng)，使得品質(zhì)管控更加嚴(yán)格，電控集成化發(fā)展導(dǎo)致系統(tǒng)可靠度降低，二者皆須對(duì)可靠性試驗(yàn)提出更嚴(yán)苛要求，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈，使得研發(fā)周期不斷被壓縮，用于可靠性驗(yàn)證的時(shí)間也大打折扣。為保障產(chǎn)品順利開發(fā)，新形勢(shì)下深入研究如何開展可靠性測(cè)試十分有必要。

電控可靠性試驗(yàn)現(xiàn)狀

損傷模型方面：目前行業(yè)主要應(yīng)用功率器件（如IGBT）Coffin-Manson模型進(jìn)行損傷校核及壽命評(píng)估，從而對(duì)試驗(yàn)工況進(jìn)行調(diào)整和加速，較少有多器件模型同時(shí)校核。

試驗(yàn)應(yīng)力方面：主要通過改變溫、濕度和提高功率循環(huán)進(jìn)行加速。有關(guān)國(guó)標(biāo)中對(duì)于溫濕度、振動(dòng)等基本都是進(jìn)行單一應(yīng)力的適應(yīng)性試驗(yàn)，可靠性試驗(yàn)中較少涉及多方面應(yīng)力的同時(shí)施加。

目前使用的損傷模型大多考慮IGBT模塊，加速試驗(yàn)應(yīng)力主要為溫度，較少考慮多器件、多應(yīng)力。

技術(shù)方案技術(shù)路線

基于損傷等效的原則，在樣品允許的使用條件及損傷機(jī)理不發(fā)生改變的邊界條件下制定可識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)和未識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)情況下的多應(yīng)力加速可靠性工況。針對(duì)明確可識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)，通過提高多種考核應(yīng)力，制定對(duì)應(yīng)器件的特定加速工況；針對(duì)未識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)，通過多器件、多應(yīng)力工況的配比，制定覆蓋前三重要器件損傷的加速工況。

多應(yīng)力加速模型

從電控的壽命剖面考慮（溫度、濕度、電壓、振動(dòng)等），全生命周期中，不僅有溫度應(yīng)力，還有濕度、振動(dòng)、電壓、電流等多方面的應(yīng)力影響電控的壽命，為了綜合考慮各方面應(yīng)力，需建立多應(yīng)力加速模型，對(duì)試驗(yàn)進(jìn)行合理加速。

各器件失效模型

參考標(biāo)準(zhǔn)，建立各器件失效模型。

溫度模型

溫度模型主要為Arrhenius模型和Coffin-Manson模型。這里重點(diǎn)說下IGBT結(jié)溫提?。哼M(jìn)行IGBT特性測(cè)試，計(jì)算IGBT損耗，建立IGBT熱電耦合網(wǎng)絡(luò)模型，計(jì)算結(jié)溫。

濕度模型

濕度模型主要來(lái)源于用于微電子電路的Peck溫濕模型，該模型在Arrhenius模型的基礎(chǔ)上增加了濕度因子，其加速系數(shù)的表達(dá)式為下式：

將式中的Arrhenius溫度項(xiàng)去除，則可得到濕度的應(yīng)力系數(shù)：

式中：

RHU —— 使用條件下的百分比相對(duì)濕度；

RHS —— 應(yīng)力條件下的百分比相對(duì)濕度；

n     —— 常數(shù)（1~12范圍內(nèi)，典型值n=3）。

振動(dòng)模型

對(duì)于振動(dòng)，通常應(yīng)用逆冪律模型，公式表述如下：

式中：

W(f)op ——試驗(yàn)狀態(tài)下的PSD，g2/Hz；

W(f)ref ——參考狀態(tài)下的PSD，g2/Hz；m  —— 常數(shù)。

電壓模型

電壓模型的表達(dá)式為下式：

式中：

Uop  —— 工作電壓；Uref  —— 基準(zhǔn)電壓；

Urat —— 額定電壓；C2、C3 ——常數(shù)。

基準(zhǔn)工況提取

覆蓋多維度，生成基準(zhǔn)工況。路譜采集的時(shí)候需要多維度的數(shù)據(jù)采集比如駕駛風(fēng)格、行駛載荷、道路工況、環(huán)境要素等。然后進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)片段劃分、聚類分析、運(yùn)動(dòng)學(xué)片段相關(guān)性分析等，最后剔除異常及基準(zhǔn)工況片段生成。

其他維度應(yīng)力基準(zhǔn)數(shù)據(jù)

溫度：融合路譜工況+關(guān)鍵器件損傷工況

濕度：根據(jù)行業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，計(jì)算獲得平均濕度為基準(zhǔn)濕度。

電壓：以提取融合的路譜工況為基準(zhǔn)，增加關(guān)鍵器件的損傷工況，以覆蓋用戶使用過程中電控器件存在的可能損傷。對(duì)編制好的工況進(jìn)行器件的溫度和電壓測(cè)試，獲取基準(zhǔn)溫度及電壓。

振動(dòng)：路試實(shí)采的振動(dòng)數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)。

關(guān)鍵器件特定考核工況制定

以IGBT為例：分解運(yùn)行工況，建立函數(shù)進(jìn)行損傷相關(guān)度分析，提取IGBT損傷較大片段，綜合損傷度、車速及扭矩覆蓋度進(jìn)行工況尋優(yōu)，生成運(yùn)行工況，最后增加濕度、振動(dòng)的加速因素，形成完整測(cè)試循環(huán)。

綜合考核工況制定——故障統(tǒng)計(jì)

驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器是由多種不同類型元器件組成的控制汽車動(dòng)力電源與驅(qū)動(dòng)電機(jī)之間能量傳輸?shù)难b置，任一組成器件發(fā)生異常，都可能引起驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器的功能失效。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，純電車型中電控功率器件、電容等損壞率較高，對(duì)于關(guān)鍵易損器件應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注其可靠性。

本文對(duì)電控可靠性技術(shù)方案進(jìn)行了解析，介紹了當(dāng)前電控可靠性試驗(yàn)背景和現(xiàn)狀，希望對(duì)大家有所幫助。

資料參考：比亞迪