Стандарт по проведению испытаний электромобилей – что нового?

В марте 2018 года Международная организация по стандартизации (ИСО) выпустила стандарт ISO 19453 «Транспорт дорожный. Условия окружающей среды и испытания электрического и электронного оборудования для системы привода электромобилей». Стандарт состоит из четырех частей: Часть 1: Общие положения, Часть 3: Механические нагрузки, Часть 4: Климатические нагрузки, Часть 5: Химические нагрузки.

Современная автомобильная промышленность создает предпосылки для развития и усовершенствования испытаний на воздействия условий окружающей среды, в том числе испытаний на климатические воздействующие факторы. Исполнение требований этого стандарта обеспечит выпуск качественной и надежной продукции в данной области. За последние годы, благодаря появлению и развитию новых технологий, многие производители сместили значительный фокус внимания на вопросы экологии. Это дало толчок для разработок в сфере альтернативного транспортного двигателестроения, в том числе и с питанием от автономных источников электроэнергии. Из-за относительного новшества этого направления в автомобильной промышленности потребовались и новые методики испытаний, изложенные в нормативной документации. Одним из таких документов стал стандарт ISO 19453, и наша статья посвящена его четвертой части — Климатические нагрузки и описывает его содержание и требования. Мы расскажем, что нового привнесли электродвигатели в вопросы стандартизации в целом и автомобильную промышленность в частности.

Необходимость разработки новых испытательных стандартов

В автомобильной промышленности растет число транспортных средств с разными формами тяги двигателя, включая электромобили (EV) и гибридные электромобили (HEV). Электрические силовые установки и компоненты, установленные в таких транспортных средствах (например, приводной двигатель, инвертор, преобразователь постоянного тока и т. д.), становятся габаритнее, тяжелее, что вызывает необходимость перехода к высоковольтному напряжению. Для обеспечения долговечности таких установок и компонентов был необходим новый стандарт экологических испытаний. Опираясь на стандарты для экологических испытаний электрического и электронного оборудования 12 В / 24 В и широко используемый в автомобильной промышленности стандарт ISO 16750, началась работа по созданию стандарта для более крупных и тяжелых агрегатов, для которых характерны повышенные рабочие напряжения.

Мероприятия по стандартизации стартовали в 2011 году на заседании комитета по силовой электронике по методике испытаний высоковольтных компонентов на экологическую стойкость комитета «Японское общество автомобильных инженеров» (JSAE). В декабре 2013 года начался международный проект (ISO / TC22 / SC32 / WG2). В марте 2018 года стандарт ISO 19453 «Транспорт дорожный. Условия окружающей среды и испытания электрического и электронного оборудования для системы привода электромобилей» был выпущен в виде серии, состоящей из четырех частей (Таблица 1), как некое логическое продолжение-замена стандарта ISO 16750. Часть 2 опущена, но в настоящее время готовится соответствующий отдельный стандарт ISO 21498 (ISO / TC22 /SC37 / WG4).

Таблица 1 Сравнение глав ISO 16750 и ISO 19453 «Транспорт дорожный. Условия окружающей среды и испытания электрического и электронного оборудования для системы привода электромобилей»

Общее описание испытательных стандартов

Сфера применения

Предметом описываемой серии стандартов являются электрические двигательные (силовые) установки и компоненты класса напряжения «В», определенные в стандарте ISO 6469-3 «Транспорт дорожный на электрической тяге. Правила техники безопасности. Часть 3. Защита людей от поражения электротоком», включая приводные двигатели, инверторы, преобразователи постоянного тока и т.д. (Таблица 2).

Таблица 2 Класс мощности согласно стандарту ISO 6469-3

Однако батарейные блоки и системы для приводных устройств этой серией не охвачены. Стандартизация для них существует с 2016 года как ISO 19453-6 (тяговые аккумуляторные блоки и системы).

Конфигурация и изменения в сравнении с серией ISO 16750

В Таблице 3 представлена конфигурация серии стандартов ISO 19453 и изменения в сравнении с серией ISO 16750.

• Часть 1. Общие положения

Определяет элементы, общие для частей 3, 4 и 5, использование терминов по месту монтажа, режимы работы оборудования и специальные условия испытаний высоковольтных компонентов, включая напряжения испытаний.

• Часть 3. Механические воздействия

Определяет методы испытаний на вибрацию, механический удар, свободное падение и т.д. Описание вибрационных испытаний включает в себя концепцию определения низкочастотных и высокочастотных компонентов на основе измерений транспортного средства. Шаги, которые необходимо учитывать при создании профилей испытаний, перечислены в приложении с целью подготовки к будущему пересмотру стандартов.

• Часть 4. Климатические воздействия

Охватывает испытания на воздействие внешних климатических факторов и коррозионную стойкость (высокая и низкая температура, термоциклирование, воздействие температуры и влажности в циклическом режиме, высокая температура / высокая влажность, пониженное атмосферное давление, точка росы, водостойкость, соляной туман, агрессивные газы, защита от пыли и т.д.).

• Часть 5 Химические воздействия

Идентично стандарту ISO 16750, с частичным изменением метода применения только для испытаний на химическое воздействие.

Таблица 3 Стандартная конфигурация серии ISO 19453 и изменения в сравнении с серией ISO 16750

Общие положения стандарта ISO 19453-4 (Климатические нагрузки)

Цель испытания

В этой части определяются условия окружающей среды, а также требования к испытаниям и эксплуатации, основанные на международно признанных конвенциях о типах окружающей среды, с которой автомобильное электрическое и электронное оборудование может столкнуться в течение жизненного цикла.

Диапазон рабочих температур

Температурный диапазон, в котором компоненты обязаны работать непрерывно, показан в Таблице 4. Минимальная рабочая температура (Tmin) равна −40 °C, а максимальная рабочая температура (Tmax) — +180 °C.

Таблица 4 Диапазон рабочих температур

Содержание испытаний и эталонные стандарты

В Таблице 5 приведены типичные элементы ISO 19453-4 (Климатические нагрузки) и стандартная справочная информация. Отличия от ISO 16750-4 применимы к следующим пунктам: испытания на наличие конденсата, соляного тумана, комбинированный цикл испытаний и испытания относительным атмосферным давлением.

Комплектующие изделия с большой тепловой мощностью, такие как двигатели, в меньшей степени способны подстраиваться к изменению окружающей среды, поэтому в комплектующих может возникнуть конденсация росы. Испытание на конденсат включает стремительные изменения температуры и влажности (например, от −30 до +25 °C 90 % за короткое время) для оценки выносливости в таких условиях.

Комбинированные испытания распылением солевого раствора направлены на сокращение времени испытания благодаря использованию комбинированного метода циклирования, основанного на стандарте IEC 60068-2-52.

При использовании в условиях низкого атмосферного давления комплектующие с маленьким изоляционным расстоянием металлических проводников (например, эмалированные обмотки двигателя) могут испытывать явление частичного разряда. Испытание атмосферным давлением включает в себя испытание частичным разрядом, выполняемое путем приложения заданного испытательного напряжения при низком давлении, эквивалентном высоте 5000 м (54,0 кПа) или менее как указано в IEC 60664-1.

Таблица 5 ISO 19453-4 (Климатические воздействия) и наименование стандарта

Это испытание на частичный разряд, выполняемое путем подачи заданного испытательного напряжения под пониженным давлением, эквивалентным высоте 5 000 м (54,0 кПа) или менее (как указано в IEC 60664-1). Для этого типа испытаний подходит испытательная термобарокамера, позволяющая воспроизвести снижение атмосферного давления до заданного значения (рис 3).

В статье был рассмотрен стандарт условий окружающей среды и испытаний ISO 19453 для электрических двигательных установок и компонентов, установленных в таких транспортных средствах как электромобили (EV) и гибридные электромобили (HEV), применение которых в будущем будет неизбежно увеличиваться.

Стандарт представляет собой серию из четырех частей, в каждой из которых содержатся определяющие методы испытаний для оценки характеристик соответствующих электрических двигательных установок и компонентов, а также оборудование для проведения данных испытаний.

Применение это стандарта упрощает методику проведения механических, химических и, что было более подробно рассмотрено в статье, климатических испытаний, давая возможность предприятиям автомобильной и других видов промышленности выпускать надежную и качественную продукцию.