隨著新能源汽車賽道布局越來越廣，新技術(shù)層出不窮。新能源動力總成技術(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、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。因此對產(chǎn)品可靠性也提出巨大挑戰(zhàn)，銷量成倍增長，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，二者皆須對可靠性試驗提出更嚴(yán)苛要求，市場競爭越來越激烈，使得研發(fā)周期不斷被壓縮，用于可靠性驗證的時間也大打折扣。為保障產(chǎn)品順利開發(fā)，新形勢下深入研究如何開展可靠性測試十分有必要。

電控可靠性試驗現(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模型進行損傷校核及壽命評估，從而對試驗工況進行調(diào)整和加速，較少有多器件模型同時校核。

試驗應(yīng)力方面：主要通過改變溫、濕度和提高功率循環(huán)進行加速。有關(guān)國標(biāo)中對于溫濕度、振動等基本都是進行單一應(yīng)力的適應(yīng)性試驗，可靠性試驗中較少涉及多方面應(yīng)力的同時施加。

目前使用的損傷模型大多考慮IGBT模塊，加速試驗應(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理不發(fā)生改變的邊界條件下制定可識別風(fēng)險和未識別風(fēng)險情況下的多應(yīng)力加速可靠性工況。針對明確可識別風(fēng)險，通過提高多種考核應(yīng)力，制定對應(yīng)器件的特定加速工況；針對未識別風(fēng)險，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、振動等），全生命周期中，不僅有溫度應(yīng)力，還有濕度、振動、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，對試驗進行合理加速。

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。這里重點說下IGBT結(jié)溫提?。哼M行IGBT特性測試，計算IGBT損耗，建立IGBT熱電耦合網(wǎng)絡(luò)模型，計算結(jié)溫。

濕度模型

濕度模型主要來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濕度；

RHS —— 應(yīng)力條件下的百分比相對濕度；

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

振動模型

對于振動，通常應(yīng)用逆冪律模型，公式表述如下：

式中：

W(f)op ——試驗狀態(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。然后進行運動學(xué)片段劃分、聚類分析、運動學(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)計數(shù)據(jù)，計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。對編制好的工況進行器件的溫度和電壓測試，獲取基準(zhǔn)溫度及電壓。

振動：路試實采的振動數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)。

關(guān)鍵器件特定考核工況制定

以IGBT為例：分解運行工況，建立函數(shù)進行損傷相關(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行工況尋優(yōu)，生成運行工況，最后增加濕度、振動的加速因素，形成完整測試循環(huán)。

綜合考核工況制定——故障統(tǒng)計

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

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

資料參考：比亞迪