本文通過(guò)對(duì)電動(dòng)汽車(chē)在冬季使用時(shí)出現(xiàn)的偶發(fā)功能失效問(wèn)題，進(jìn)行分析排查并鎖定問(wèn)題根源，針對(duì)問(wèn)題起因提出了解決方法并對(duì)試驗(yàn)驗(yàn)證方法進(jìn)行優(yōu)化。

1  問(wèn)題的排查分析

車(chē)輛在冬季出現(xiàn)多起偶發(fā)充電指示燈誤點(diǎn)亮現(xiàn)象，故障發(fā)生后很快恢復(fù)且無(wú)法復(fù)現(xiàn)；對(duì)故障車(chē)輛及故障件多次測(cè)試，未有復(fù)現(xiàn)。針對(duì)故障問(wèn)題，對(duì)插槍信號(hào)檢測(cè)的技術(shù)方案進(jìn)行分析排查，全面排查可能產(chǎn)生失效的原因。結(jié)果如圖1所示。



1）對(duì)硬件電路進(jìn)行分析：插槍信號(hào)是通過(guò)MOS管的開(kāi)通或斷開(kāi)，引起電阻分壓改變進(jìn)而識(shí)別是否插槍；在MOS管出現(xiàn)靜電受損或異常導(dǎo)通時(shí)，會(huì)造成功能失效，但是一般具有不可恢復(fù)性。這與上述故障實(shí)際情況不符。

2）對(duì)軟件進(jìn)行分析：插槍信號(hào)只通過(guò)BATM?CU_CC_ET和單片機(jī)的AD采樣口連接，在軟件發(fā)生異常導(dǎo)致AD采樣阻抗值配置異常，同時(shí)車(chē)載充電機(jī)需要在喚醒條件下，才有可能導(dǎo)致CC阻抗低。這種情況概率極低。

3）生產(chǎn)制造方面：SMT加工造成電容C232或電阻R332阻抗變低，考慮到失效模塊分布在不同的生產(chǎn)周期，這種情況可能性非常低。

4）插槍檢測(cè)信號(hào)除了車(chē)載充電機(jī)進(jìn)行處理外，整車(chē)上無(wú)其他零部件使用該信號(hào)，排除其他控制器產(chǎn)生的干擾。

5）外部信號(hào)電纜問(wèn)題：插槍檢測(cè)信號(hào)在整車(chē)上經(jīng)過(guò)比較長(zhǎng)的線纜連接，造成阻抗異常。此情況需要進(jìn)一步排查分析。

6）信號(hào)端口存在污染離子遷移等造成插槍信號(hào)和相鄰的CP信號(hào)之間阻抗變小，由于CP信號(hào)通過(guò)2.7K電阻接地，從而造成插槍信號(hào)對(duì)地阻抗變小。此情況也需要做進(jìn)一步的排查。
通過(guò)以上對(duì)技術(shù)方案及故障現(xiàn)象的分析，排查重點(diǎn)是外部信號(hào)電纜問(wèn)題及信號(hào)端口異常造成的阻抗變化。隨后針對(duì)故障車(chē)輛在第一時(shí)間檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，在剪掉充電機(jī)與慢充口關(guān)聯(lián)的線束時(shí)故障依然存在，由此排除外部信號(hào)電纜的影響。問(wèn)題定位到充電機(jī)及連接插件上；進(jìn)一步對(duì)充電機(jī)內(nèi)部信號(hào)進(jìn)行測(cè)量分析，確認(rèn)為充電機(jī)內(nèi)部信號(hào)板端子之間阻抗異常。

對(duì)故障件的信號(hào)板進(jìn)行切片分析，結(jié)果顯示PCB無(wú)過(guò)孔問(wèn)題等異常。QC/T895—2011對(duì)低溫工作的溫度要求為-20℃、高溫工作的溫度要求是85℃，鑒于問(wèn)題的不復(fù)現(xiàn)情況，對(duì)5臺(tái)故障件進(jìn)行加嚴(yán)要求的長(zhǎng)時(shí)間不間斷持續(xù)高低溫循環(huán)試驗(yàn)（循環(huán)溫度-40～85℃，滿載），監(jiān)測(cè)整個(gè)過(guò)程中車(chē)載充電機(jī)的工作狀態(tài)。其中有一臺(tái)在累計(jì)試驗(yàn)18天后問(wèn)題復(fù)現(xiàn)。將該臺(tái)試驗(yàn)件拆解后發(fā)現(xiàn)異常件信號(hào)焊點(diǎn)之間產(chǎn)生導(dǎo)電物質(zhì)。對(duì)導(dǎo)電物質(zhì)做EDS分析，其主要成分是Sn（35.48%）、Cu（23.83%）。從物質(zhì)成分推斷導(dǎo)電物質(zhì)來(lái)源自異常信號(hào)處的焊盤(pán)。從上述模擬試驗(yàn)結(jié)果分析，低溫滿載工作時(shí)車(chē)載充電機(jī)內(nèi)外形成溫差后，在溫度較低的信號(hào)端子形成水珠，通電后發(fā)生電離，導(dǎo)致金屬物質(zhì)遷移，進(jìn)而造成管腳之間阻值變化的偶發(fā)現(xiàn)象。

2  原因分析

當(dāng)空氣中的水蒸氣達(dá)到飽和時(shí)，在溫度相對(duì)較低的物體上會(huì)發(fā)生凝結(jié)的現(xiàn)象。如果空氣的絕對(duì)濕度保持不變，空氣溫度降低，達(dá)到一定值時(shí)，空氣的濕度會(huì)達(dá)到飽和，如溫度繼續(xù)降低，空氣中的水分就會(huì)析出，這種現(xiàn)象稱為“凝露”。保持空氣中的含濕量及大氣壓力不變的情況下，達(dá)到100%空氣相對(duì)濕度的溫度稱露點(diǎn)溫度。

當(dāng)環(huán)境溫度快速變化時(shí)，受到殼體熱傳導(dǎo)的阻滯作用，產(chǎn)品的內(nèi)部空間與外部環(huán)境形成溫度差，高濕氣體會(huì)經(jīng)過(guò)透氣閥、密封口等結(jié)構(gòu)流動(dòng)，稱為“呼吸”作用。環(huán)境溫度降低過(guò)程中，當(dāng)產(chǎn)品內(nèi)部空間溫度高于外部環(huán)境溫度時(shí)，在產(chǎn)品殼體的內(nèi)壁會(huì)發(fā)生冷凝，隨重力作用冷凝水將在樣品內(nèi)部積聚或吸附，如開(kāi)孔、密封口等結(jié)構(gòu)處。

通過(guò)高低溫試驗(yàn)測(cè)試車(chē)載充電機(jī)內(nèi)外部溫差。試驗(yàn)條件：車(chē)載充電機(jī)置于溫度箱中，滿載輸出，溫箱溫度分別設(shè)置為50℃、-7℃、-35℃，測(cè)試時(shí)環(huán)境相對(duì)濕度為45%。記錄各采樣點(diǎn)溫度，如表1所示。



不同相對(duì)濕度與環(huán)境溫度下的露點(diǎn)溫度對(duì)照如表2所示。分析表1中低溫-35℃時(shí)的溫度采樣數(shù)據(jù)，可見(jiàn)車(chē)載充電機(jī)內(nèi)部信號(hào)端子周?chē)h(huán)境溫度約為19℃、信號(hào)端子針腳焊點(diǎn)處溫度約為5℃。通過(guò)查表2可知當(dāng)前條件露點(diǎn)溫度為7℃，信號(hào)端子針腳焊點(diǎn)處滿足凝露條件，因此在車(chē)載充電機(jī)內(nèi)部信號(hào)端子的針腳焊點(diǎn)處（表1采樣點(diǎn)3處）會(huì)產(chǎn)生凝露。



通過(guò)以上理論分析及實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)，確認(rèn)車(chē)載充電機(jī)內(nèi)部信號(hào)端子的管腳焊點(diǎn)處會(huì)產(chǎn)生凝露。由于此處在設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)階段未考慮到凝露影響，未進(jìn)行防護(hù)處理，實(shí)際使用中由于凝露導(dǎo)致相鄰焊腳處發(fā)生阻抗變化，造成功能失效。

3  解決方法

針對(duì)車(chē)載充電機(jī)的凝露問(wèn)題，提出快速有效的解決措施并細(xì)化試驗(yàn)驗(yàn)證方法。

3.1  解決措施

設(shè)計(jì)上排查：除了信號(hào)板，其他電路板模塊都有進(jìn)行三防漆防護(hù)，因此主要是考慮信號(hào)板凝露問(wèn)題的解決。由于本產(chǎn)品已經(jīng)量產(chǎn)，對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等進(jìn)行更改涉及成本增加，變更周期長(zhǎng)，因此從防止凝露造成危害的方向考慮。

凝露現(xiàn)象是在車(chē)載充電機(jī)信號(hào)端子PIN針和PIN針焊腳處產(chǎn)生，導(dǎo)致相鄰管腳處有短路風(fēng)險(xiǎn)。實(shí)施的有效措施是對(duì)信號(hào)板的焊盤(pán)處進(jìn)行點(diǎn)膠（見(jiàn)圖2），避免凝露對(duì)產(chǎn)品性能及功能產(chǎn)生影響。

3.2  試驗(yàn)驗(yàn)證方法優(yōu)化

產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)的試驗(yàn)驗(yàn)證階段，未有專門(mén)針對(duì)凝露問(wèn)題的試驗(yàn)。以下通過(guò)細(xì)化環(huán)境試驗(yàn)方法，提出專門(mén)針對(duì)凝露問(wèn)題驗(yàn)證的系列試驗(yàn)。通過(guò)進(jìn)行相關(guān)的氣候負(fù)荷試驗(yàn)，模擬產(chǎn)品所承受的自然環(huán)境條件和誘發(fā)環(huán)境條件，以評(píng)價(jià)產(chǎn)品在實(shí)際使用、運(yùn)輸和貯存等過(guò)程中不同環(huán)境條件下的性能及可靠性。對(duì)采取措施后的車(chē)載充電機(jī)進(jìn)行以下試驗(yàn)，驗(yàn)證措施有效性。



3.2.1  低溫工作試驗(yàn)

低溫工作試驗(yàn)按標(biāo)準(zhǔn)ISO16750-4：2010中5.1.1的要求進(jìn)行。溫箱設(shè)置為-40±2℃，輸入電壓設(shè)置為下限U2、額定U1和上限U3，輸出為額定負(fù)載的條件下共工作24h，如圖3所示。功能狀態(tài)應(yīng)達(dá)到ISO16750-1：2012定義的A級(jí)。



3.2.2  溫度/濕度組合試驗(yàn)

溫度/濕度組合試驗(yàn)是一項(xiàng)加速氣候試驗(yàn)，通過(guò)在高濕的情況下改變溫度條件，在試驗(yàn)樣品的殼體內(nèi)外造成溫度變化和溫度差，測(cè)試試驗(yàn)樣品在“呼吸”作用下導(dǎo)致的缺陷。按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T2423.34—2012[4]的要求進(jìn)行，試驗(yàn)由10個(gè)子循環(huán)構(gòu)成，每個(gè)24h。其中前9次循環(huán)中的5個(gè)循環(huán)適用于有低溫暴露過(guò)程的溫濕度循環(huán)，其余的4次循環(huán)適用于無(wú)低溫暴露過(guò)程的溫濕度循環(huán)。在子循環(huán)過(guò)程中，當(dāng)最大循環(huán)溫度達(dá)到時(shí)，試驗(yàn)樣品應(yīng)帶電運(yùn)行，同時(shí)要求控制在典型模式下進(jìn)行功能測(cè)試。在試驗(yàn)中和試驗(yàn)之后，試驗(yàn)樣品的全部功能都要滿足設(shè)計(jì)要求。

3.2.3  凝露試驗(yàn)

試驗(yàn)樣品在完成上述溫濕度循環(huán)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，接線來(lái)需進(jìn)行凝露試驗(yàn)。

凝露試驗(yàn)按照標(biāo)準(zhǔn)ISO16750-4：2010中5.6.2.4的要求進(jìn)行，試驗(yàn)要求進(jìn)一步嚴(yán)苛，主要考核試驗(yàn)樣品在凝露-工作負(fù)荷下的適應(yīng)性。定義溫度和濕度曲線近似車(chē)輛環(huán)境實(shí)際運(yùn)行產(chǎn)生凝露的效果。

凝露試驗(yàn)循環(huán)如圖4所示，進(jìn)行5個(gè)試驗(yàn)循環(huán)。在試驗(yàn)中，試驗(yàn)樣品應(yīng)按ISO16750-1：2012規(guī)定的工作模式2.1工作。試驗(yàn)結(jié)束后，試驗(yàn)樣品功能狀態(tài)應(yīng)符合ISO16750-1定義的B級(jí)。



3.2.4  高溫耐久可靠性試驗(yàn)

按如下工況進(jìn)行測(cè)試：額定輸入條件，滿載輸出，環(huán)境溫度70℃，水溫65℃，持續(xù)工作1000h。功能狀態(tài)應(yīng)達(dá)到ISO16750-1：2012定義的A級(jí)。按照上述試驗(yàn)要求，對(duì)4臺(tái)經(jīng)過(guò)信號(hào)板點(diǎn)膠處理的車(chē)載充電機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果符合要求，未發(fā)生因凝露導(dǎo)致的功能異常，試驗(yàn)樣品全部功能符合要求。按照本文所述方案實(shí)施后，產(chǎn)品功能正常，故障未再發(fā)生。

4  結(jié)束語(yǔ)

汽車(chē)使用環(huán)境較為嚴(yán)酷，汽車(chē)電子產(chǎn)品內(nèi)部產(chǎn)生凝露現(xiàn)象時(shí)，可能導(dǎo)致電路板受潮、變形斷路、積水漏電等，引起絕緣強(qiáng)度下降、內(nèi)部信號(hào)短路，造成顯性或隱性的電路故障。汽車(chē)電子產(chǎn)品的可靠性，直接關(guān)系到整車(chē)的安全和可靠性。

在設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)方案應(yīng)充分考慮散熱均勻，對(duì)產(chǎn)品內(nèi)部的電路板、接插件等電路應(yīng)進(jìn)行三防處理（防潮濕，防霉變，防鹽霧），避免凝露現(xiàn)象對(duì)產(chǎn)品的影響。在產(chǎn)品驗(yàn)證試驗(yàn)階段，需綜合考慮產(chǎn)品的工作條件，嚴(yán)格進(jìn)行配合凝露的相關(guān)試驗(yàn)，驗(yàn)證環(huán)境適應(yīng)。