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《高溫老化試驗(yàn)箱老化時間與產(chǎn)品壽命關(guān)系研究》

發(fā)布時間: 2025/9/12  點(diǎn)擊次數(shù): 15次      文件下載    圖片下載    

高溫老化試驗(yàn)箱老化時間與產(chǎn)品壽命關(guān)系研究

在電子電器、新能源電池、汽車零部件等領(lǐng)域,產(chǎn)品長期暴露在高溫環(huán)境中易出現(xiàn)性能衰減、功能失效等問題,其壽命與高溫環(huán)境下的老化過程密切相關(guān)。高溫老化試驗(yàn)作為加速產(chǎn)品失效、預(yù)判使用壽命的關(guān)鍵手段,能幫助企業(yè)提前發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)缺陷與材料短板。東莞皓天深耕環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備領(lǐng)域十余年,依托自主研發(fā)的高精度高溫老化試驗(yàn)箱,針對 “老化時間與產(chǎn)品壽命關(guān)系" 展開系統(tǒng)性研究,建立科學(xué)的壽命評估模型,為各行業(yè)產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)、質(zhì)量管控提供核心技術(shù)支撐,且所有試驗(yàn)流程嚴(yán)格符合GB/T 2423.2-2021《環(huán)境試驗(yàn) 第 2 部分:試驗(yàn)方法 試驗(yàn) B:高溫》 、IEC 60068-2-2、JEDEC JESD22-A104 等國際國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)。

一、試驗(yàn)核心原理

高溫老化試驗(yàn)的本質(zhì)是利用 “加速老化效應(yīng)"—— 在可控的高溫環(huán)境下,加速產(chǎn)品內(nèi)部材料的化學(xué)老化(如聚合物降解、金屬氧化)、物理性能劣化(如絕緣層軟化、焊點(diǎn)脫落)及電性能衰減(如電容漏電流增大、電阻阻值漂移),通過縮短試驗(yàn)周期,快速模擬產(chǎn)品在長期使用中的壽命損耗過程。東莞皓天高溫老化試驗(yàn)箱采用 “精準(zhǔn)控溫 - 均勻溫場 - 實(shí)時監(jiān)測" 三位一體的試驗(yàn)架構(gòu),確保老化過程與實(shí)際使用場景的相關(guān)性:
  1. 精準(zhǔn)控溫系統(tǒng):搭載進(jìn)口 PID 溫控器與雙組加熱器,控溫范圍覆蓋 - 40℃~200℃(特殊定制款可達(dá) 300℃),控溫精度 ±0.5℃,溫度波動度≤±1℃,可精準(zhǔn)設(shè)定不同老化溫度梯度(如 40℃、60℃、80℃、100℃),滿足不同材質(zhì)產(chǎn)品的老化試驗(yàn)需求;

  1. 均勻溫場設(shè)計(jì):采用多風(fēng)道循環(huán)結(jié)構(gòu)與 360° 旋轉(zhuǎn)風(fēng)葉,配合箱內(nèi)多點(diǎn)溫度傳感器(每 50L 容積至少設(shè)置 1 個測溫點(diǎn)),確保箱內(nèi)溫場均勻度≤±2℃,避免局部高溫導(dǎo)致的試驗(yàn)偏差,真實(shí)還原產(chǎn)品整體老化狀態(tài);

  1. 多參數(shù)監(jiān)測模塊:箱內(nèi)集成電壓、電流、電阻、溫度等多維度傳感器,采樣頻率達(dá) 5Hz,實(shí)時采集產(chǎn)品在老化過程中的性能參數(shù)變化(如鋰電池容量衰減率、芯片工作電壓穩(wěn)定性),并同步傳輸至數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),為后續(xù)壽命分析提供完整數(shù)據(jù)支撐。

二、老化時間與產(chǎn)品壽命關(guān)系的研究方法

為建立老化時間與產(chǎn)品壽命的量化關(guān)系,東莞皓天采用 “多溫度梯度并行試驗(yàn) + 數(shù)據(jù)擬合分析" 的研究方案,以新能源鋰電池(某型號 18650 動力電池)、電子元器件(某型號 MLCC 電容)為典型試驗(yàn)樣本,具體流程如下:

(一)試驗(yàn)樣本與參數(shù)設(shè)定

  1. 樣本選擇:選取同一批次、同一規(guī)格的試驗(yàn)樣本(如鋰電池 50 節(jié)、MLCC 電容 100 個),分為 5 組,每組 10-20 個樣本,確保樣本一致性;

  2. 溫度梯度設(shè)定:根據(jù)產(chǎn)品實(shí)際使用環(huán)境(如鋰電池在車載環(huán)境中高溫度約 60℃,工業(yè)電子元件在設(shè)備內(nèi)部高溫度約 80℃),設(shè)定 5 個老化溫度梯度:40℃(常溫加速)、60℃(中度加速)、80℃(強(qiáng)加速)、100℃(加速)、120℃(極限加速);

  3. 老化時間規(guī)劃:針對每個溫度梯度,設(shè)定不同的老化時間節(jié)點(diǎn)(如 100h、200h、500h、1000h、2000h),在每個節(jié)點(diǎn)對樣本進(jìn)行性能檢測,記錄關(guān)鍵參數(shù)變化。

(二)數(shù)據(jù)采集與分析模型

  1. 性能衰減曲線繪制:通過試驗(yàn)箱的實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng),記錄不同溫度下樣本性能隨老化時間的衰減趨勢 —— 以鋰電池為例,記錄每 100h 的容量保持率(初始容量為 100%,容量降至 80% 視為壽命終點(diǎn));以 MLCC 電容為例,記錄每 200h 的容值偏差率(容值偏差超過 ±10% 視為失效);

  2. Arrhenius 方程擬合:基于加速老化理論,采用 Arrhenius 方程(L(T)=L0×e^(Ea/(kT)) ,其中 L (T) 為某溫度下的產(chǎn)品壽命,L0 為常數(shù),Ea 為活化能,k 為玻爾茲曼常數(shù),T 為溫度)對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合,計(jì)算出產(chǎn)品的活化能 Ea,建立 “老化溫度 - 老化時間 - 產(chǎn)品壽命" 的數(shù)學(xué)模型;

  3. 壽命驗(yàn)證與修正:將擬合得出的壽命預(yù)測值與實(shí)際長期使用數(shù)據(jù)(如某車企提供的 3 年車載鋰電池使用數(shù)據(jù))對比,修正模型參數(shù),使預(yù)測誤差控制在 ±5% 以內(nèi)。例如,通過試驗(yàn)得出:該型號鋰電池在 60℃老化 1000h,容量保持率降至 80%,對應(yīng)實(shí)際使用環(huán)境(25℃)下的壽命約為 5 年,與車企實(shí)際驗(yàn)證數(shù)據(jù)一致。

    三、東莞皓天高溫老化試驗(yàn)箱的技術(shù)優(yōu)勢

    相較于傳統(tǒng)老化試驗(yàn)設(shè)備,東莞皓天研發(fā)的高溫老化試驗(yàn)箱在 “老化時間與產(chǎn)品壽命關(guān)系研究" 中具備三大核心優(yōu)勢,確保試驗(yàn)數(shù)據(jù)的科學(xué)性與可靠性:
    1. 寬范圍、高精度的溫控能力:設(shè)備支持 - 40℃~300℃寬溫域調(diào)控,控溫精度達(dá) ±0.5℃,溫度波動度≤±1℃,可精準(zhǔn)模擬從常溫到高溫的不同老化環(huán)境,滿足不同行業(yè)產(chǎn)品的加速老化需求(如新能源汽車電池的高溫循環(huán)老化、航空電子元件的極限高溫老化);

    2. 多維度數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng):內(nèi)置工業(yè)級數(shù)據(jù)采集卡,可同時監(jiān)測 32 路電壓、電流信號及 16 路溫度信號,支持?jǐn)?shù)據(jù)實(shí)時存儲(存儲容量≥100 萬組)、曲線動態(tài)顯示(如性能衰減曲線、溫度變化曲線),并自帶數(shù)據(jù)分析軟件,可自動生成 Arrhenius 擬合曲線、壽命預(yù)測報(bào)告,無需額外借助第三方軟件,提升研究效率;

    1. 安全可靠的試驗(yàn)保障設(shè)計(jì):箱內(nèi)配備超溫保護(hù)(溫度超過設(shè)定值 5℃時自動斷電)、過載保護(hù)(電流超過額定值 10% 時自動切斷電源)、防爆設(shè)計(jì)(針對易燃易爆樣本,如鋰電池,配備惰性氣體保護(hù)系統(tǒng)),同時箱門采用雙層鋼化玻璃與耐高溫密封膠條,確保試驗(yàn)過程安全,避免因高溫、樣本失效導(dǎo)致的設(shè)備損壞或安全事故。

    四、應(yīng)用場景與客戶價值

    東莞皓天高溫老化試驗(yàn)箱及 “老化時間與產(chǎn)品壽命關(guān)系研究" 方案已廣泛應(yīng)用于電子電器、新能源、汽車、航空航天等領(lǐng)域,為客戶提供從試驗(yàn)設(shè)備到技術(shù)服務(wù)的一站式解決方案:
    • 電子電器行業(yè):為華為、小米等企業(yè)提供芯片、電容、電阻的老化試驗(yàn),通過研究老化時間與壽命的關(guān)系,優(yōu)化產(chǎn)品材料選型與電路設(shè)計(jì),將產(chǎn)品故障率降低 30% 以上;

    • 新能源行業(yè):為寧德時代、比亞迪等動力電池企業(yè)提供高溫老化試驗(yàn),建立電池老化壽命模型,助力企業(yè)預(yù)判電池在不同使用環(huán)境下的壽命(如車載環(huán)境、儲能環(huán)境),為電池 pack 設(shè)計(jì)、BMS(電池管理系統(tǒng))算法優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支撐;

    • 汽車行業(yè):為廣汽、長安汽車等企業(yè)提供汽車零部件(如車載顯示屏、傳感器、線束)的高溫老化測試,模擬零部件在發(fā)動機(jī)艙、底盤等高溫區(qū)域的使用場景,提前發(fā)現(xiàn)老化失效風(fēng)險,確保汽車零部件在整車生命周期內(nèi)(約 10 年 / 20 萬公里)的可靠性;

    • 航空航天行業(yè):為中航工業(yè)集團(tuán)提供航空電子元件的極限高溫老化試驗(yàn),研究環(huán)境下元件的老化壽命,保障航空設(shè)備在高空高溫環(huán)境下的穩(wěn)定運(yùn)行。

      所有試驗(yàn)設(shè)備均通過國家計(jì)量認(rèn)證(CMC),試驗(yàn)數(shù)據(jù)可作為產(chǎn)品認(rèn)證(如 CE、UL、CQC)、質(zhì)量仲裁的有效依據(jù),幫助客戶縮短產(chǎn)品研發(fā)周期(將新產(chǎn)品可靠性驗(yàn)證周期從 1 年縮短至 3 個月)、降低研發(fā)成本(減少因壽命評估不準(zhǔn)確導(dǎo)致的試錯成本),提升產(chǎn)品市場競爭力。

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