一滴水珠导致的40万辆新能源车召回事件,华为的解决方案

文摘   汽车   2024-08-29 06:46   上海  
- SysPro原创文章,作者:Mr.Y
- 「SysPro | 新能源电驱动系统标准解读与拓展」专栏内容
- 文末新增星友关于提问"如何对通气塞的设计选型”的答复

- 文中所引有文章、拓展阅读、Datasheet、Handbook等公开资料已归纳整理,详见知识星球


导语:2020年4月,海关总署通报了两起进口车自燃事件,事情最终导致奥迪召回了近40万辆车,损失惨重事故的根本原因来自于我们今天讨论的凝露问题(原谅我做了次标题党,目的是希望引起大家对防凝露设计的重视,事件详细可见第2部分)

2024年初,华为在官方网站公布了一篇名为《华为DriveONE电驱动系统荣获“电驱动关键技术突破奖”》的文章,文中对于华为的DriveONE电驱动系统的技术突破主要提到了三点:1. 业界独家"前异后同"高压电四驱方案,2. "富兰克林"专利导流创新技术,3. 专利防凝露连接器方案 (图片见第5部分)

本篇文章就围绕第3点"凝露"展开,具体包括下面几部分:

1. 什么是”凝露”?

2. 电动汽车中凝露的危害:40万召回事件

3. 电驱动系统凝露试验的参考标准和试验方法
4. 防凝露设计的理论与试验基础(知识星球发布)
5. 防凝露设计的优化方向(华为的解决方案)(知识星球发布)
6. 如何对通气塞的设计选型(知识星球发布)
注:本篇为节选,完整版即相关报告已在知识星球中发布

01

什么是凝露?

1.1 凝露现象
冬天,家里的窗户经常会出现一个现象:窗户玻璃上沾满水珠;夏天,我们从冰箱里拿出冰饮料放到空气中,很快会在饮料瓶的表面形成水珠。这种现象我们称为:凝露(Dewing),也常称为结露或冷凝。上面所属现象背后的物理原理是什么呢?
在百度百科对于凝露有如下定义:

凝露:当空气中的水汽含量不变,随着环境温度的下降,空气的湿度逐渐升高。当温度下降到一定程度时,空气中的水汽能达到饱和状态,即空气湿度为100%。若环境温度继续下降,开始出现空气中过饱和的水汽凝结水析出的现象称为凝露。出现“凝露”的温度称为凝露温度简称为“露点” 。

图片来源:网络
1.2 凝露点-温度-相对湿度关系

用一张图片简单解释下,下图表达了凝露点、温度和相对湿度(相对湿度与绝对湿度的含义可自行百度)的关系。

不同温度湿度与露点关系图

图片来源:网络
图中有两个点:

  • 25℃,60%相对湿度时,露点温度为17℃,露点温度与空气温度相差8℃

  • 25℃,80%相对湿度时,露点温度为21.5℃,露点温度与空气温度相差3.5℃

可以看到,温度不变,湿度增加的情况下,湿度越高凝露点温度与空气温度温差越小,更容易产生凝露现象。

1.3 凝露点-大气压力关系

大气压力与露点关系表

图片来源:网络
另外,还需要说明的是:凝露点与大气压力之间的关系。压力越高,则压力凝露点温度会越高,如上图:常压下20℃时的露点温度约20℃,在1.5倍大气压下,压力露点温度上升到接近40℃,也就是说同样的环境温度下,压力越大则更容易凝露。

02

电动汽车中凝露的危害?

电动汽车发展到现在,电池、OBC、电机、电机控制器等功率密度越来越高,这些高压部件都需要至少满足IP67的防护要求。这些电气部件在内部产生高温,同时又存在水冷循环。这些电气部件都面临温度高且循环变化的工作环境,在这种情况下很容易出现冷凝

案例1:2020年4月,海关总署通报了两起进口车自燃事件,调查显示:问题原因为启动电机的内部短路。更进一步的消息显示:根本原因:在于启动电机的逆变器工艺缺陷,内部存在微小的气孔,湿气在气孔聚集,凝露为液态水,导致逆变器内部电子元件发生电解短路,进而导致启动发动机内部局部发热严重,最坏的情况是引起车辆起火。这个事情最终也导致奥迪召回了近40万辆车,损失严重。

奥迪车召回公告

图片来源:中华人民共和国海关总署

案例2:某车型在实际使用过程中,冬季出现多次偶发充电指示灯误点亮的现象,故障发生后很快恢复且无法复现,对故障车辆及故障件多次测试,未有复现。经过各种模式试验发现,低温满载工作时OBC内外形成温差后,在温度较低的信号端子形成水珠,通电后发生电离,导致金属物质迁移,进而造成管脚之间阻值变化的偶发现象。

通过上案例我们可以看到,凝露在电动汽车的电气部件中会存在以下危害:

1. 凝露易导致材料的腐蚀,如果叠加电压的持续作用,容易引起电化学腐蚀,芯片及各种半导体材料的击穿失效

2. 使绝缘电阻降低甚至破坏,容易导致元件短路、爆炸

3. 电气元件持续在高湿度环境下,会降低产品的寿命


03

电驱动系统凝露试验的参考标准和测试方法

3.1 参考标准

通过前面的介绍我们知道,产生凝露主要需要两个条件:

  • 空气相对湿度达到100%的温差

  • 湿度的持续供应

我们知道,对于电驱/电控参考的常规验证标准有GBT 18488-2024以及ISO 16750系列标准。但是,在新版GBT 18488-2024针对环境可靠性中湿热所造成的凝露相关的试验是缺失的,而国标GBT 42284.4-2022参考ISO 19453.4-2018中5.5.2规定的条件进行凝露试验。该试验条件与ISO 16750-4 2023版的也一致。
需要说明的是:我们所说的凝露试验,实际上是湿热循环试验的一种形式,不管是ISO16750还是ISO19453等汽车电子可靠性标准,在湿热验证方面,都参考的是IEC 60068-2系列标准。站在应用场景的视角,湿热循环有着不同的类型:恒定湿热、交变湿热、组合温湿度循环试验、交变湿热-凝露,不同的湿热循环,其试验条件、适用对象均不一样(#后续会有文章说明#)。针对汽车电子系统,我们重点来看下湿热循环-凝露试验

3.2 试验方法

-> 试验目的
该试验模拟了系统/部件实际应用的高湿环境,针对的失效模式主要为以下两类:
  • 因潮湿引起的电气故障,例如,电路板因潮湿产生的泄漏电流;
  • 壳内潮气流动的“呼吸”效应,即系统/部件壳内空气温度下降时,外部高湿气体被吸入
-> 标准要求
根据标准中定义:循环次数为5,工作模式定义为2.1,即所有电气连接完好,不带电运行。从下面的试验条件我们可以看到,试验条件很接近于我们的整车实际运行的使用情况。

图片来源:ISO 19453.4

其中,t为时间,min;Y为相对湿度,%;T为温度,℃;a为开始降温;b为升温结束;c为温湿度建议值;d为冷凝;e为干燥;f为一个循环。

需要注意的是:
1)该试验并没有要求运行过程中带载运行,所以对于产品的功能等级要求是B级,即正常运行环境条件下功能恢复正常。
2)在进行该试验功能复测时,一般要求在试验完成后的2h内进行
3)由于该试验不属于寿命性测试,在实际的试验过程中,需要串行定义Testleg,考虑针对湿热影响类的试验,如串行低温试验、高温试验、温度循环、湿热循环等试验进行考核。


04 防凝露设计的理论与试验研究

(知识星球中发布)

这一章节对比分析了封闭式系统、开放式系统、配置通气塞的系统在不同冷凝条件下的冷凝现象,理论分析造成这一现象的原因...

05 防凝露设计的优化方向
(知识星球中发布)
这一章节介绍了华为的解决方案..

06 如何对通气塞的设计选型

(知识星球中发布)

关于星友提问"如何对通气塞的设计选型”的答复,以及解决方案的推荐,附指南文件。

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感谢你的阅读,共同成长!
2024年8月28日 晚


[参考文献] - 已上传知识星球

[1] 华为DriveONE电驱动系统荣获“电驱动关键技术突破奖”-华为数字能源 (huawei.com)

[2] Kim, W.-K.; Steger, F.; Kotak, B.; Knudsen, P.V.R.; Girgsdies, U.; Schweiger, H.-G. Water Condensation in Traction Battery Systems. Energies 2019, 12, 1171.

[3] Liebl, J. Der Antrieb von morgen. In Protection for HV Battery Systems—Humidity Control; SpringerFachmedien Wiesbaden: Wiesbaden, Germany, 2017; Volume 3, pp. 4–10.

[4] ISO 16750 Road Vehicles - Environmental Conditions and Testing for Electrical and Electronic Equipment

[5] GB/T 18488.1-2015 电动汽车用电机及其控制器 

[6] GB/T 18488.1-202X 电动汽车用电机及其控制器 

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