CN113884264B - 一种电动汽车用薄膜电容器的复合振动和冲击试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电动汽车用薄膜电容器的复合振动和冲击试验方法验方法,该方法以加载温度条件和加速度谱密度复合加速度调整系数为加速因子,通过增加试验量级的方式构建加速度振动试验剖面,以达到更能符合汽车生命周期内对薄膜电容器的振动和冲击要求。从薄膜电容器在汽车工况下的使用寿命计算出试验条件和试验时间,试验结果可以更加真实地模拟薄膜电容器的实际振动环境,从而可以在实验室内激发出薄膜电容器更多的潜在故障,进而提高电机控制器在实际运行时候的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及电动汽车用薄膜电容器技术领域,特别涉及一种电动汽车用薄膜电容器的复合振动和冲击试验方法。
背景技术
振动试验是力学环境试验的一种,通过在实验室模拟各种振动的条件,以检验振动条件对产品的影响。振动试验以考核产品在运输、使用过程中可能承受外来的振动或自身产生的振动时,不破坏并能保持原有性能,从而达到预期寿命的安全性和可靠性为目的。
通过振动台进行振动试验,具体是将受试产品与夹具刚性连接后,按照特定的力学方向固定在试验台上进行试验。
振动试验有四要素,分别是振动量级、振动时间、振动频率和振动方向。其中,在进行正弦振动时,振动量级指试验时施加到产品的振动加速度值和位移幅值;在进行随机振动试验时,振动量级指试验时施加到产品上的功率谱密度值;振动时间依据产品实际使用中的情况而定,本发明通过计算电容器的实际运行时长和试验时长的比值,确定时长比来确定振动时间;振动频率指振动量级对应的频率范围;振动方向一般为互相垂直的X、Y、Z方向或者按照产品某一特定面向上、向下和水平方向。需要在三个互相垂直的方向或向上、向下、水平方向上进行不均分类型振动试验的产品而言,三个方向是通过产品在夹具三个方向上的互换来实现。
目前,电动汽车电机控制器型式试验中振动和冲击试验按GB/T28046.3-2011标准进行,其定义了正弦振动和随机振动振幅、加速度、试验时间等,而没有加载温度条件,也无法反应产品能否达到汽车工况使用的寿命要求,存在着诸多不足。
发明内容
本发明要解决的技术问题是解决上述现有技术的不足,提供一种电动汽车用薄膜电容器的复合振动和冲击试验方法。
为了解决上述现有技术的不足,本发明采用的技术为:
一种电动汽车用薄膜电容器的复合振动和冲击试验方法,包括如下步骤:
S1:计算电容器的实际运行时长和试验时长的比值,确定时长比;
S2:确定耐久性随机振动温度加载条件;
根据电容器的工作环境,确定加载的温度最大值Tmax和最小值Tmin,在进行实验室时,周期性的改变测试环境的温度,温度取值在Tmax和最小值Tmin之间;
S3:确定耐久性随机振动加速度谱密度;
根据薄膜电容器多条线路的实测振动环境数据来确定典型的薄膜电容器功能随机振动试验加速度谱密度数据,并将其作为实验过程中的随机振动加速度谱密度;
S4:计算加速度调整系数和耐久性试验加速度;
根据S1确定的时长比值数据和预设指数数据,确定加速度调整系数;
根据所述薄膜电容器的实际运行时长和试验时长,利用汽车工况获取到的功能随机振动试验加速度谱密度数据确定耐久随机振动试验加速度谱密度数据,并根据所述耐久随机振动试验加速度谱密度数据生成相应的振动控制指令,对电机控制器用薄膜电容器进行振动试验;
S5.确定耐久性冲击条件;
S6.机械冲击测试后对电容器进行静态参数测试,评估电容器是否满足要求
进一步的,在一个周期内,Tmax持续时间为50~150min,Tmin持续时间50~150min,其余时内,温度随时间逐渐增大或者减小。
耐久随机振动试验加速度At为:
其中,At和As分别表示耐久随机振动试验加速度和功能随机振动试验加速度,k表示加速度调整系数,Tt和Ts分别表示试验时长和实际运行时长,m表示预设指数数据。
进一步的,机械冲击-碰撞,参照GB/T 28046.3-2011试验方法,冲击加速度50G,冲击波形半正弦,单次冲击持续时间6ms,加速度50g,时间11ms,冲击方向6个各10次共60次;机械冲击-坑洞,参照GB/T 28046.3-2011试验方法,冲击加速度25G,冲击波形半正弦,单次冲击持续时间10ms,加速度30g,时间11ms,冲击方向2个400次。
从上述技术方案可以看出本发明具有以下优点:
1.试验方案是从薄膜电容器在汽车工况下的使用寿命计算出试验条件和试验时间,试验结果可以更加真实地模拟薄膜电容器的实际振动环境,从而可以在实验室内激发出薄膜电容器更多的潜在故障,进而提高电机控制器在实际运行时候的可靠性,不会造成设计严重不足和设计富裕过剩的问题;
2.试验方案将温度作为加载条件,弥补了GB/T28046.3试验标准无温度复合条件的不足;
3.通过调整系数和耐久性试验加速度,可以缩短试验时间,节省试验资源和试验费用。
附图说明
图1为本发明的实验流程图;
图2为本加载的温度环境一个周期的波形图;
图3为实施例中不同频率下加速度功率谱密度图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式做具体说明。
如图1所示,本发明的电动汽车用薄膜电容器的复合振动和冲击试验方法,包括以下7个步骤:
S1:计算电容器的实际运行时长和试验时长的比值,确定时长比。
电动汽车的设计寿命、目标行驶里程有相关的标准。本实施例中,如国内某品牌电动汽车,其电机驱动系统的设计寿命要达到60万公里或15年。如果按平均速度60公里/小时计算,则运行时间为1万小时。
耐久性试验通过相关算法,计算出试验里程,如CN201710060997通过对车辆销售市场行驶情况的调查和路面受力的调查,对不同车型的车辆的装载量,道路的种类及其在相应的道路上的行驶速度等车辆状况进行调查、统计和分析,确定基准路面和市场行驶模式和耐久性试验模式;在基准道路下的基准加速度,并算出基准疲劳受害度,测量商用车在所述试验场耐久性道路中各种路况的试验加速度,并算出商用车的试验疲劳受害度,再分别算出市场行驶模式和耐久性试验模式的当量负荷倍率;确定A商用车的设计的目标行驶里程为25×104km,其在所述试验场耐久性道路中进行耐久性试验时,耐久性试验里程=目标行驶里程/ρ=25×104km/6.78=3.75×104km。如果按平均速度60公里/小时计算,则试验时间为625小时。
则电容器的实际运行时长和试验时长的比值=10000:625=16:1
根据统计分析电容器寿命终止时失效模式,振动和冲击是导致电动汽车用薄膜电容器失效的因素之一,以下试验方案设计,重点从振动和冲击试验验证薄膜电容器产品满足汽车使用寿命的符合性。
S2:确定耐久性随机振动温度加载条件。
振动和冲击试验中,加载温度这一使用条件,更能真实地反馈材料在不同温度下物理特性的变化,加速热疲劳,验证薄膜电容器能否达到耐久性振动和冲击试验的要求,即产品是否符合不同使用温度条件下汽车振动和冲击工况的寿命要求。
电动汽车的运行温度可以参考GB/T 4798.5-2007第5部分:地面车辆使用,也可以参考主机厂提供的温度条件。本实施例中,如某主机厂给出的薄膜电容器工作环境温度:-40℃~95℃(在85℃~95℃区间降额使用,降额为原标称电流值的70%)。
本实施例中温度要求为:最低温度Tmin=-40℃,最高温度Tmax=105℃,环境温度加载如下表和图2,以7步为一个循环,每一循环共计480min(即8个小时)。
测试步骤 | 温度加载时间要求/min | 温度加载数值要求/℃ |
1 | 0 | 20 |
2 | 60 | Tmin |
3 | 150 | Tmin |
4 | 210 | 20 |
5 | 300 | Tmax |
6 | 410 | Tmax |
7 | 480 | 20 |
S3:确定耐久性随机振动加速度谱密度。
待试验薄膜电容器的功能随机振动试验可以包括X方向、Y方向以及Z方向3个方向上的振动试验,下表示例了薄膜电容器X方向、Y方向以及Z方向功能随机振动试验加速度谱密度。
本实施例中,优选地会根据多条线路的实测振动环境数据来确定典型的薄膜电容器功能随机振动试验加速度谱密度数据。而该功能随机振动试验加速度谱密度数据也即薄膜电容器的功能随机振动试验加速度谱密度数据。
实测振动环境数据
序号 | 试验参数 | 指标 |
1 | 频率范围 | 10~2000Hz |
2 | 加速度rms值 | 2~100m/s2 |
3 | 试验持续时间 | 8~70H |
本实施例中正弦振动加速度谱密度X方向和Y方向上的相关参数
本实施例中随机振动加速度谱密度Z方向上的相关参数
当然,在本发明的其他实施例中,根据实际需要,上述参数的具体取值还可以在其他合理范围内进行取值,本发明不限于此。
S4:计算加速度调整系数和耐久性试验加速度。
根据S1确定的时长比值数据和预设指数数据,确定加速度调整系数。
根据所述薄膜电容器的实际运行时长和试验时长,利用汽车工况获取到的功能随机振动试验加速度谱密度数据确定耐久随机振动试验加速度谱密度数据,并根据所述耐久随机振动试验加速度谱密度数据生成相应的振动控制指令,对电机控制器用薄膜电容器进行振动试验。
根据如下表达式确定所述耐久随机振动试验加速度:
其中,At和As分别表示耐久随机振动试验加速度和功能随机振动试验加速度,k表示加速度调整系数,Tt和Ts分别表示试验时长和实际运行时长,m表示预设指数数据。
获取待试验薄膜电容器的功能随机振动试验加速度谱密度数据,本实施例中,某电机控制器用薄膜电容器,垂直方向(Z方向)振动需要的功能随机振动试验加速度(即运行加速度)As为27.8m/s2,实际运行时长Ts为1万小时,预设指数数据m为4,那么当将试验时长Tt由625小时减少至66小时,耐久随机振动试验加速度(即试验加速度)At将会从55.6m/s2增大至97.5m/s2。
其中,上述功能随机振动试验加速度优选地为加速度rms值。当然,在本发明的其他实施例中,功能随机振动试验加速度还可以为其他合理行驶的加速度数据。
再计算加速度调整系数与功能随机随机振动试验加速度的乘积,得到耐久性试验加速度,得到加速度调整系数k后,计算加速度调整系数k与功能随机振动试验加速度的乘积,从而得到耐久随机振动试验加速度,进而根据时域的耐久随机振动试验加速度得到频域的耐久随机振动试验加速度谱密度数据。本实施例中,功能随机振动试验加速度可以通过将时域的耐久随机振动试验加速度谱密度数据进行频域-时域转换得到。
当然,在本发明的其他实施例中,根据实际需要,上述参数的具体取值还可以在其他合理范围内进行取值,本发明不限于此。
S5:确定耐久性冲击条件。
机械冲击-碰撞,参照GB/T 28046.3-2011试验方法,冲击加速度50G,冲击波形半正弦,单次冲击持续时间6ms,加速度50g,时间11ms,冲击方向6个各10次共60次、
机械冲击-坑洞,参照GB/T 28046.3-2011试验方法,冲击加速度25G,冲击波形半正弦,单次冲击持续时间10ms,加速度30g,时间11ms,冲击方向2个400次
确定耐久性冲击条件
S6:进行台架试验。
S7:评估电容器是否满足要求,根据试验结果判定产品是否符合汽车寿命要求,同样可以根据结果反推试验方案,加速因子,试验时间设计是否合理,如果不合理,则修正试验方案、加速因子和试验时间,形成PCDA循环。
Claims (4)
1.一种电动汽车用薄膜电容器的复合振动和冲击试验方法,包括如下步骤:
S1:计算电容器的实际运行时长和试验时长的比值,确定时长比;
S2:确定耐久性随机振动温度加载条件;
根据电容器的工作环境,确定加载的温度最大值Tmax和最小值Tmin,在进行实验室时,周期性的改变测试环境的温度,温度取值在Tmax和最小值Tmin之间;
S3:确定耐久性随机振动加速度谱密度;
根据薄膜电容器多条线路的实测振动环境数据来确定典型的薄膜电容器功能随机振动试验加速度谱密度数据,并将其作为实验过程中的随机振动加速度谱密度;
S4:计算加速度调整系数和耐久性试验加速度;
根据S1确定的时长比值数据和预设指数数据,确定加速度调整系数;
根据所述薄膜电容器的实际运行时长和试验时长,利用汽车工况获取到的功能随机振动试验加速度谱密度数据确定耐久随机振动试验加速度谱密度数据,并根据所述耐久随机振动试验加速度谱密度数据生成相应的振动控制指令,对电机控制器用薄膜电容器进行振动试验;
S5.确定耐久性冲击条件;
S6.机械冲击测试后对电容器进行静态参数测试,评估电容器是否满足要求。
2.根据权利要求1所述电动汽车用薄膜电容器的复合振动和冲击试验方法,其特征在于:在一个周期内,Tmax持续时间为50~150min,Tmin持续时间50~150min,其余时内,温度随时间逐渐增大或者减小。
3.根据权利要求1所述的电动汽车用薄膜电容器的复合振动和冲击试验方法,其特征在于:耐久随机振动试验加速度:
其中,At和As分别表示耐久随机振动试验加速度和功能随机振动试验加速度,k表示加速度调整系数,Tt和Ts分别表示试验时长和实际运行时长,m表示预设指数数据。
4.根据权利要求1所述的电动汽车用薄膜电容器的复合振动和冲击试验方法,其特征在于:机械冲击-碰撞,参照GB/T 28046.3-2011试验方法,冲击加速度50G,冲击波形半正弦,单次冲击持续时间6ms,加速度50g,时间11ms,冲击方向6个各10次共60次;机械冲击-坑洞,参照GB/T 28046.3-2011试验方法,冲击加速度25G,冲击波形半正弦,单次冲击持续时间10ms,加速度30g,时间11ms,冲击方向2个400次。
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