车辆电子和电气组件气候环境要求与关键温度试验解析

王家星，许毅，王魁栋，李宝辉，王艳艳

（1.上海市质量监督检验技术研究院，电子电器与家用电器质量检验所,汽车零件检测中心/上海恒测检测技术有限公司,上海 201114； 2.上海市质量监督检验技术研究院，电子电器与家用电器质量检验所, 上海 201114；3.上汽大众汽车有限公司，上海 201805）

引言

整车车辆是由几千至上万个电子零部件和组件构成的复杂装置。近年来，随着人们对乘车感受及安全性的不断追求与各种新车型日渐完善的功能提升，作为整车构成和生产的基础，电子电气设备的材料及零部件/组件产品的可靠性和功能安全性愈加受重视，特别是可在更为恶劣环境（严酷等级较高的工作环境下）使用的汽车电子产品具有可接受的低故障率，既是产品的重要卖点，也是决定整车产品安全、性能和运行状况的重要先决性条件。

使用不同设置的模拟环境试验条件会导致试验样品产生截然不同的失效情况，即暴露出产品所属的不同缺陷点和缺陷型式，如高温下电子器件外壳或线路板中材料耐热性不足导致的老化、膨胀、龟裂、软化甚至熔融、气化、蒸发等缺陷问题，对应于整车装置将会出现电路系统接触不良、绝缘不足、机械故障、机械应力加剧等；低温试验条件下产品器件引发的缺陷，如：脆化、结冰、收缩凝固、机械强度降低等，对应整车装置将会出现电路系统绝缘不良、龟裂或断裂、密封故障、泄漏等。另外，由于汽车不同部位的环境可靠性要求不同，例如，对于温度环境条件，汽车前仪表板上部要求大于120 ℃、下部和客舱底板部位则分别为71 ℃和105 ℃等要求。因此，对于不同用途、不同安装部位的汽车电子组件，其环境可靠性的试验条件也不尽相同。汽车电子电气部件和组件的检测试验研究和国际标准对标工作，对于补缺和拓展我国在汽车电子全产业链的技术水平、试验能力并建立更为完备的标准化体系而言意义非凡。

本文重点分析了车辆产业中电子电气设备关于与温度相关的气候环境试验和要求，主要依据国际和国内标准ISO 16750-4[1]/GB/T 28046.4[2]，并有针对性考虑了3.5 t以下乘用车的主流汽车企业在国际上实际适用的最新试验标准及对应供货规范[3]，对其中汽车电子/电气组件、部件及模块等产品在与温度条件有关的严酷气候环境下，提供了关键模拟试验项的测试要求和方法，重点模拟了车辆在储存和运输过程中、在不同环境温度下运行，以及特殊使用环境下（极低温度下长时间的停车或行驶、再次油漆过程中等实际应用场景）部件或组件遭受的热负荷，以及部件或组件的功能完整性和性能验证，给出了几个温度试验的关键项目，包括：高温/低温老化、阶梯温度试验、低温运行、重漆温度，以及热冲击（部件）试验。

1 高温/低温老化

1）目的：

试验模拟了在储存和运输过程中作用于车辆部件上的热负荷，旨在验证其对于高温或低温下储存的耐受力，例如，在部件运输过程中（通过飞机、船运集装箱）。若本试验施加于试验序列[3,4]的起始阶段，也可用于将所有组件调整到相同的初始状态下。

2）测试：

按表1中的参数设置进行测试。

3）要求：

试验前、试验进行期间以及试验后，试样均应保持功能完好且所有参数满足对应规范的要求，应使用持续参数监测以及参数测试（大）（即，在指定温度下（最高/最低环境温度Tmax/Tmin、室温TRT）和特定电压条件下（最小/最大电压限值和工作电压Vopmin/ Vopmax、Vop设定值下，试件功能无瑕疵的验证测试）[3,4]进行验证。

另外，试样应进行裸眼目测检查，并通过摇动测试内部是否有松动或响动部件。

2 阶梯温度试验

1）目的：

表1 高温/低温老化试验的参数配置

表2 阶梯温度试验的参数配置

试验模拟在不同环境温度下部件的运行，旨在保障部件不会发生任何故障，这些故障可能发生在环境温度范围的一个窄区间内，也可能发生在组件在整个环境温度范围内的启动行为中。

2）测试：

按照表2中的试验参数设置进行测试。

3）要求：

试件所有参数在每次参数测试（功能检查）时（即：在特定温度和电压（最小/最大工作电压限值Vopmin/Vopmax、工作电压Vop）设定值下试件应无瑕疵功能的验证）[3,4]，均应符合规范要求。

3 低温运行

1）目的：

试验模拟在低温时部件上的负荷，旨在验证部件在极低温度下长时间的停车或行驶时间后其功能的完整性。

2）测试：

按照IEC 60068-2-1试验Ab[5]及表3中的试验参数设置进行测试。按照IEC 60068-2-1试验Ab[5]，也应对散热组件进行测试。

如果存在冷却回路，应设置为最低冷却温度Tcool,min。对于具有高功率损耗的组件，基于合同方和采购方协商一致，在“运行最大”操作模式下的试验期间，允许由于自发热而使试验腔内温度增加高于Tmin。

3）要求：

试验前后以及试验进行期间，试样均应保持功能完好且所有参数满足对应规范的要求，施加持续参数监测以及参数测试（小）（即，室温和工作电压条件下（TRT/Vop）试样功能无瑕疵的关键参数对应测试）[3,4]进行验证。

图1 阶梯温度试验的温度集构成曲线图

表3 低温运行试验的参数配置

4 重漆温度

1）目的：

试验模拟在再次油漆过程中部件上的负荷，旨在保障部件免于因受热引发缺陷型式，例如，在钎焊连接、粘合连接、耦合连接和焊接连接处的开裂，以及在密封衬垫和外壳处产生的开裂。

2）测试：

按照表4中试验参数设置进行操作。如果存在冷却回路，则怠速冷却液的温度应设定为环境温度TRT。

3）要求：

在试验前和试验后，试样均应保持功能完好且所有参数满足对应规范的要求，应使用参数测试（小）[3,4]进行验证。

5 热冲击（部件）

1）目的：

相较于热冲击（无壳体）并不模拟任何实际负荷而是仅对部件中模块的机械连接区域进行薄弱点探查[3]，热冲击（部件）试验模拟在车辆运行期间温度突然变化导致部件实际遭受的热负荷，旨在保障部件免于因受热引发缺陷型式，例如，在钎焊连接、粘合连接、耦合连接和焊接连接处的开裂，以及在密封衬垫和外壳处产生的开裂。

2）测试：

按照IEC 60068-2-14[6]及表5中的试验参数设置进行测试。

3）要求：

在试验前和试验后，试样均应保持功能完好且所有参数满足对应规范的要求，应使用参数测试（大）[3,4]进行验证。

表4 重漆温度试验的参数配置

附加介质对介质的测试：液体不能进入试样。试样应按照试验序列计划进行，整个试验序列完成之后方能打开。

6 结语

整车安全稳定和可靠的性能保障要求汽车生产企业必须在源头上对车辆组件的质量和安全性做出监控，促进工艺改善以提升产品质量，保证产品使用安全，同时管控生产成本，在生产企业和行业内部形成有益循环。另一方面，对于质量监督管理和检测相关机构，为汽车行业供应链提供一站式多元化服务，为企业实施检测与分析，服务于各环节和阶段，包括产品研发、生产制造到使用端质量管控等阶段。本文主要研究了车辆构成的电子电气组件在气候环境下与温度相关的试验项目，主要基于主流国际车企用试验和供货标准[3]，详解了关于乘用车中3.5 t以下类车辆的电子/电气附件和模组产品在关键温度条件下气候测试项目的模拟设置、方法与试后要求，包括：高温/低温老化、阶梯温度试验、低温运行、重漆温度，以及热冲击（部件）试验。相关研究和标准化构建不仅有利于促进我国汽车电子产品的自主开发及国际市场推广，也对于我国汽车电子及其新型零部件产业的质量监督和管理工作的广泛实施有不可忽视的指导作用。

表5 热冲击（部件）试验的参数配置