整車電器盒安全驗證試驗方法的研究

孫豐超，張艷楠，王春芝，汪振興，孟胥里

（安徽省江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230022）

整車電器盒安全驗證試驗方法的研究

孫豐超，張艷楠，王春芝，汪振興，孟胥里

（安徽省江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230022）

汽車電器盒是整車設計的關鍵零部件，內部主要安裝有保險絲、繼電器等設備。電器盒根據整車電氣回路設計開發后，需要進行完整的試驗驗證，以驗證電器盒的安全性、可靠性，從而實現電器盒長久可靠的工作。文章探究建立了完整的電器盒試驗驗證流程，其中包括合理規劃各項試驗項目，明確測試條件，設定合格的標準，最終采集出電器盒各項試驗數據進行分析，為電器盒試驗驗證提供一種有效方法。

汽車；電器盒；測試

CLC NO.:U467.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)07-171-07

引言

隨著汽車技術的快速發展及電氣電子技術在整車上的廣泛應用，汽車線束功能越來越多，而汽車電器盒作為汽車線束的“大腦”，汽車電器盒能夠實現的功能越來越多，為了整車電氣功能正常工作，且長久安全、可靠，要求電器盒有更高的安全型、可靠性。

傳統電器盒的試驗驗證沒有形成系統完整的測試方法，一般采用簡單的耐高溫、耐低溫、振動試驗等零部件試驗后，裝車伴隨整車可靠性試驗驗證的方式進行，此種試驗方式針對性不強，驗證不充分，電器盒問題不易暴露。且此種驗證模式受限于整車試驗，電器盒驗證周期長。電器盒出現問題后，整改難度相對較大。

本文通過對整車電器盒內工作電流數據采集、分析，設定電器盒試驗項目與測試條件，建立試驗合格評價標準，研究形成一套完整電器盒試驗驗證方法，最終使開發的電器盒的安全性、可靠性得以保證，從而滿足整車的設計使用要求。

1、電器盒試驗測試方法建立及過程分析

1.1 傳統電器盒結構介紹

傳統電器盒內部主要結構有繼電器安裝結構、緩熔保險片安裝結構、快熔保險片安裝結構、匯流片。保險絲作用為保護整車每個線束回路。繼電器作用為通過控制回路小電流，實現對用電設備工作回路（大電流）的控制。下圖為本文開發的一款新式電器盒正視圖（圖1、圖2）

圖2 電器盒匯流片布置示意圖

1.2 電器盒測試試驗分析

1.2.1 電器盒內部原理圖的建立

在整車進行電器盒測試前，首先完成電器盒內部原理圖編制，對于實施電器盒帶載測試試驗項目，通過原理圖便于準確快速把控每一個電流工作回路。下文為設計電器盒內部原理圖，參照圖3。

圖3

1.2.2 整車正常工況下，電器盒內各路電流數據采集

通過電表等測量設備，在整車電氣設備正常工作狀態下，完成電器盒內各回路工作電流數據采集，并整理出電器盒工作電流數據（圖4），根據電氣設備工作特性，按短時工作和長時工作予以區分。

圖4 電器盒內各回路電流統計

1.2.3 試驗測試項目的分析與建立

對于一個電器盒，需要對電器盒材料性能、載流能力，安全可靠性等方面予以考核驗證，而為了驗證這些方面的性能，梳理出1）外觀檢測 2）與電器盒匹配之保險絲、繼電器插拔力3）電器盒溫升試驗 4）電器盒耐沖擊（跌落）試驗5）電器盒電壓降試驗 6）電器盒過電流強度試驗7）電器盒耐擊穿電壓強度試驗 8）電器盒耐高溫試驗9）電器盒耐低溫試驗 10）電器盒溫度交變試驗11）電器盒耐濕度試驗12）電器盒耐濕度循環試驗13）電器盒耐鹽霧試驗14）電器盒耐久性試驗15）電器盒耐塵、防水試驗十五個試驗項目，解決了電器盒性能需要哪些試驗項目來驗證的問題。

1.2.4 試驗測試條件的分析與建立

對于不同的試驗項目，根據電器盒工作環境，需要設計出相應的測試條件，測試條件解決了試驗項目具體怎么做的問題。具體建立的每項試驗測試條件，在后文每項試驗項目中都予以體現。

1.2.5 試驗測試結果合格標準的建立

對于不同的試驗項目，分析建立出試驗合格的評判標準，解決了試驗結果判定問題，以此檢驗電器盒性能是否滿足要求。具體建立的每項試驗的判定基準，在后文每項試驗項目中都有體現。

1.3 電器盒測試試驗實施

測試準備：試驗項目15項，經合理規劃分析后，需要電器盒樣品數量12只，并根據每個項目的試驗特性，編制出試驗測試項目監控表 參照圖5。

圖5

1.3.1 外觀檢測（基礎試驗）

測試條件：外觀進行肉眼檢測。

判定基準：電器盒外觀符合產品圖樣的規定，經環境試驗后，不出現裂紋、缺損等缺陷；表面無明顯的顏色改變。

測試圖片：（圖6）測試結果：（圖7）

圖6

圖7

1.3.2 插拔力試驗 （繼電器和保險絲插拔力測試）

測試條件：進行插拔力測試時應在自動顯示數值的專用試驗臺上進行，插拔速度為100mm/min。

判定基準：與電器盒相匹配繼電器和保險絲的插拔力分別為：50N～150N、9N～50N；繼電器和保險絲插拔10次后允許插接力比規定值下降20%以內。

a）保險絲插拔力測試圖片：（圖8）

保險絲插拔力測試結果：（圖9）

圖8

圖9

b）繼電器（Relay）插拔力測試圖片：（圖10）

繼電器（Relay）插拔力測試結果：（圖11）

圖10

圖11

c）固定點（Mouting）處擰緊力

測試條件：使用專用扭轉力測試工具，對于連接插頭為螺栓的電器盒，其扭轉力矩根據所用螺栓大小確定，本電器盒要求使用M6的螺栓時，其扭轉力矩為（5±0.5）N·m。

判定基準：試驗后，不允許出現裂紋、缺損等缺陷。

測試圖片：（圖12）測試結果：（圖13）

圖12

圖13

1.3.3 溫升試驗

測試條件：在環境溫度為80℃（發動機艙電器盒）的溫度箱中，1小時為一周期，對電器盒進行2個周期的帶載試驗。所加負載為實際電器件工作電流，過程中測試電器盒與外部器件（保險絲，繼電器，接插件）接觸部位的相應溫度（測量點不能少于8個）。

判定基準：減去環境溫度后符合下面條件：1. 黃銅端子：溫升60℃下 2. 銅合金端子：溫升70℃以下。

測試結果：（圖14、圖15）

圖14 測試點溫度曲線

圖15 溫升測試布點示意

1.3.4 跌落試驗

測試條件：電器盒總成從0.5m的高空，分別沿X，Y，Z三個方向跌落到水泥地面上，試驗結束后無損壞或出現損傷性的裂紋。

判定基準：試驗結束后無損壞或沒有出現損傷性的裂紋。

測試圖片：（圖16 ）測試結果：（圖17）

圖16

圖17

1.3.5 電壓降試驗

測試條件：對安裝完整的電器盒（包括保險絲，繼電器）通入1A的電流，在能自動顯示數值的專用試驗臺上或使用精度較高的電壓表（mV級），測定自輸入到輸出整個回路的電壓降。

判定基準：端子間接觸部分電壓降最大4 mV/A (初始), 10 mV/A (耐久后)以下。

測試結果：（圖18、圖19）

圖18

圖19

1.3.6 過電流強度試驗

測試條件：電器盒的過電流試驗在能自動顯示數值的專用試驗臺上進行。對裝配好的電器盒（含保險絲，繼電器），選擇測試的回路（每次測試一回路），通過過載電流，要求所有長時間工作的負載回路均需測量，其余回路，則根據實際需要選取測量。（詳細測試依據參照圖20）

圖20

判定基準：1. 外觀：環境測試后不允許出現裂紋、缺損等缺陷；表面不應有明顯的顏色改變。

2. 電壓降：端子間接觸部分電壓降要10 mV/A (耐久后)以下。

測試圖片：（圖21）測試結果：（圖22、圖23、圖24）

圖21

圖22

圖23

圖24

1.3.7 耐擊穿電壓強度試驗

測試條件：在相互絕緣的導電零部件及導電零部件與外殼間施加60Hz 1000V的交流電壓。試驗開始時的電壓應小于500V，然后在不小于10s的時間內穩步增至全值，保持1min后，在1min內均勻地下降至零。試驗用變壓器容量不應小于0.5KVA。

判定基準：試驗過程中應無擊穿、跳火和損傷等異?，F象出現。

測試圖片：（圖25）測試結果：（圖26）

圖25

圖26

1.3.8 耐高溫試驗

測試條件：試驗時將非工作狀態的電器盒放入溫度為125℃（發動機艙）的高溫箱中，并保持120h。試驗結束待在常溫放置2h后檢測外觀及電壓降。

判定基準：1. 外觀：環境測試后不允許出現裂紋、缺損等缺陷；表面不應有明顯的顏色改變。

2. 電壓降：端子間接觸部分電壓降要10 mV/A (耐久后)下。

測試圖片：（圖27）測試結果：（圖28、圖29）

圖27

圖28

圖29

1.3.9 耐低溫試驗

測試條件：試驗時將非工作狀態的電器盒放入溫度為－40℃的低溫箱中，并保持24h。試驗結束待在常溫放置2h后檢測外觀及電壓降。

判定基準：1.外觀：環境測試后不允許出現裂紋、缺損等缺陷；表面不應有明顯的顏色改變。

2.電壓降：端子間接觸部分電壓降要10 mV/A (耐久后)以下。

測試圖片：（圖30）測試結果：（圖31、圖32）

圖30

圖31

圖32

1.3.10 耐溫度交變試驗

測試條件：溫度 Cycle為1）無負載－40℃情況下保持1h；2）有負載時由－40℃ 至110℃（第四個Cycle 至130℃），溫度變化時間是2h；3）當溫度達到110℃時保持1h；4）分離Box負載后將溫度從110℃降至－40℃，溫度變化時間為2h；5）以上過程是1Cycle，反復共4Cycle；6）試驗后將電器盒 置在常態下2h后檢測外觀及電壓降。

判定基準：1. 外觀：環境測試后不允許出現裂紋、缺損等缺陷；表面不應有明顯的顏色改變；2. 電壓降：端子間接觸部分電壓降要10 mV/A (耐久后)以下

測試圖片：（圖33）測試結果：（圖34、圖35）

圖33

圖34

圖35

1.3.11 耐濕度試驗

測試條件：將裝配完整的電器盒 置到溫度為60℃，相對濕度為95%～98%的試驗箱內保持24h，試驗后將電器盒置在常態下，待達到室溫后檢測外觀及電壓降。

判定基準：1. 外觀：環境測試后不允許出現裂紋、缺損等缺陷；表面不應有明顯的顏色改變。

2. 電壓降：端子間接觸部分電壓降要10 mV/A (耐久后)以下。

測試圖片：（圖36）測試結果：（圖37、圖38）

圖36

圖37

圖38

1.3.12 耐濕度循環試驗

測試條件：1. Box應承受10 Cycle(1Cycle是24h) 耐溫度/濕度循環試驗。

2.溫度下限值-40℃, 上限值110℃。（圖39 、圖40）

圖39

圖40

判定標準1.外觀：環境測試后不允許出現裂紋、缺損等缺陷；表面不應有明顯的顏色改變

2. 電壓降：端子間接觸部分電壓降要10 mV/A (耐久后)以下。

測試圖片：（圖41）測試結果：（圖42、圖43）

圖41

圖42

圖43

1.3.13 耐鹽霧試驗

測試條件：鹽霧試驗按GB/T 2423.17中，試驗Ka: 鹽霧試驗的規定進行。試驗前，按產品標準作出廠項目檢查，產品在試驗箱內應處于正常安裝狀態。試驗持續時間為144h（發動機艙）

判定基準：試驗后電器盒端子、保險絲、繼電器及電路板等（連接用螺栓除外）不應出現明顯的銹蝕現象。

測試圖片：（圖44）測試結果：（圖45）

圖44

1.3.14 耐久性試驗

測試條件：1）振動加速度：20 Hz ~ 50Hz：4.5G, 50 ~ 200Hz：3.0G；2）振動頻率：20 Hz ~ 200Hz / 3分

3）振動方向：上，下；4）電流：實車連續電流(實測值)；5）通電時間: 45分 ON, 15分 OFF是 1 Cycle，循環數：300 CYCLE；6）環境溫度: -30℃ ~ 80℃；7）測量J/B回路的輸入端到輸出端的電壓降（低電壓電流電阻）時用電線替代Relay。（圖46）

圖46

判定標準：1. 外觀：環境測試后不允許出現裂紋、缺損等缺陷，表面不應有明顯的顏色改變；

2. 耐絕緣性：100 MΩ以上；3. 電壓降：端子間接觸部分電壓降20 mV/A (耐久后)以下；4.溫升：黃銅端子 60℃以下， 耐熱銅合金端子 70℃以下。

測試照片：（圖47、圖48）

測試結果：（圖49、圖50、圖51）

圖47 測試中

圖48 測試后

圖49

圖50 電壓降分析

圖51 測試點溫度值分析

1.3.15 耐塵、防水試驗

a）耐塵試驗 測試條件：按照 ISO 20653 規定進行耐塵測試，1）溫/濕度：23 ± 5℃ / 25 ~ 75%； 2）壓強：86 kPa ~ 106 kPa；3）設置條件：攪拌6s，停止15min， 循環20 Cycles。

判定基準：滿足IP5K2等級，進入灰塵后不準影響產品運轉及功能。

測試圖片：（圖52）測試結果：（圖53）

圖52

圖53

b）防水試驗 測試條件：按照ISO 20653規定進行防水測試，1）Water drip test：往4個方向傾斜各15度；2）Water flow rate：3 +0.5mm/min； 3）Test Duration：每個方向 2.5min。判定基準：滿足IP5K2 等級，不準影響產品運轉及功能。測試圖片：（圖54） 測試結果：（圖55）

圖54

圖55

2、結論

通過對整車電器盒內工作電流數據采集，然后設定電器盒試驗項目與測試條件，建立各項試驗項目合格評價標準，經過完整的試驗驗證后，此開發的電器盒的安全性、可靠性有保證，可以滿足使用要求。同時，本文所展示的是一套完整的電器盒試驗驗證方法，有效解決了傳統電器盒的試驗驗證不充分的難題，對整車電器盒開發具有重要意義。

[1] 中華人民共和國國家標準 QC/T 707車用中央電氣接線盒技術條件.

Research Of The Vehicle Electrical Box Safety Test Method

Sun Fengchao, Zhang Yannan, Wang Chunzhi, Wang Zhenxing, Meng Xuli
( Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd, Anhui Hefei 230022 )

The electrical box of vehicle is the key of the vehicle design parts, Which installs fuses, relays and so on. After design and development of the electrical box according to the electric circuits of the vehicle, it needs to conduct a complete test to verify the safety and reliability of the electrical box, so as to realize the electrical box working for a long time. The article explores a complete electrical box test process, including reasonable plans of the test items, test conditions, and the qualified standard. Eventually the various test datas which are collected are analyzed, and then the article provides an effective method for the electrical box test.

Vehicle; Electrical box; Test

U467.3

A

1671-7988(2016)07-171-07

孫豐超，就職于安徽省江淮汽車股份有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.07.054