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《高溫老化試驗箱老化時間與產品壽命關系研究》

發(fā)布時間: 2025/9/12  點擊次數: 21次      文件下載    圖片下載    

高溫老化試驗箱老化時間與產品壽命關系研究

在電子電器、新能源電池、汽車零部件等領域,產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。高溫老化試驗作為加速產品失效、預判使用壽命的關鍵手段,能幫助企業(yè)提前發(fā)現(xiàn)產品設計缺陷與材料短板。東莞皓天深耕環(huán)境試驗設備領域十余年,依托自主研發(fā)的高精度高溫老化試驗箱,針對 “老化時間與產品壽命關系" 展開系統(tǒng)性研究,建立科學的壽命評估模型,為各行業(yè)產品可靠性設計、質量管控提供核心技術支撐,且所有試驗流程嚴格符合GB/T 2423.2-2021《環(huán)境試驗 第 2 部分:試驗方法 試驗 B:高溫》 、IEC 60068-2-2、JEDEC JESD22-A104 等國際國內標準。

一、試驗核心原理

高溫老化試驗的本質是利用 “加速老化效應"—— 在可控的高溫環(huán)境下,加速產品內部材料的化學老化(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),通過縮短試驗周期,快速模擬產品在長期使用中的壽命損耗過程。東莞皓天高溫老化試驗箱采用 “精準控溫 - 均勻溫場 - 實時監(jiān)測" 三位一體的試驗架構,確保老化過程與實際使用場景的相關性:
  1. 精準控溫系統(tǒng):搭載進口 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 300℃),控溫精度 ±0.5℃,溫度波動度≤±1℃,可精準設定不同老化溫度梯度(如 40℃、60℃、80℃、100℃),滿足不同材質產品的老化試驗需求;

  1. 均勻溫場設計:采用多風道循環(huán)結構與 360° 旋轉風葉,配合箱內多點溫度傳感器(每 50L 容積至少設置 1 個測溫點),確保箱內溫場均勻度≤±2℃,避免局部高溫導致的試驗偏差,真實還原產品整體老化狀態(tài);

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

二、老化時間與產品壽命關系的研究方法

為建立老化時間與產品壽命的量化關系,東莞皓天采用 “多溫度梯度并行試驗 + 數據擬合分析" 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)為典型試驗樣本,具體流程如下:

(一)試驗樣本與參數設定

  1. 樣本選擇:選取同一批次、同一規(guī)格的試驗樣本(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. 溫度梯度設定:根據產品實際使用環(huán)境(如鋰電池在車載環(huán)境中高溫度約 60℃,工業(yè)電子元件在設備內部高溫度約 80℃),設定 5 個老化溫度梯度:40℃(常溫加速)、60℃(中度加速)、80℃(強加速)、100℃(加速)、120℃(極限加速);

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

(二)數據采集與分析模型

  1. 性能衰減曲線繪制:通過試驗箱的實時監(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);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) 為某溫度下的產品壽命,L0 為常數,Ea 為活化能,k 為玻爾茲曼常數,T 為溫度)對試驗數據進行擬合,計算出產品的活化能 Ea,建立 “老化溫度 - 老化時間 - 產品壽命" 的數學模型;

  3. 壽命驗證與修正:將擬合得出的壽命預測值與實際長期使用數據(如某車企提供的 3 年車載鋰電池使用數據)對比,修正模型參數,使預測誤差控制在 ±5% 以內。例如,通過試驗得出:該型號鋰電池在 60℃老化 1000h,容量保持率降至 80%,對應實際使用環(huán)境(25℃)下的壽命約為 5 年,與車企實際驗證數據一致。

    三、東莞皓天高溫老化試驗箱的技術優(yōu)勢

    相較于傳統(tǒng)老化試驗設備,東莞皓天研發(fā)的高溫老化試驗箱在 “老化時間與產品壽命關系研究" 中具備三大核心優(yōu)勢,確保試驗數據的科學性與可靠性:
    1. 寬范圍、高精度的溫控能力:設備支持 - 40℃~300℃寬溫域調控,控溫精度達 ±0.5℃,溫度波動度≤±1℃,可精準模擬從常溫到高溫的不同老化環(huán)境,滿足不同行業(yè)產品的加速老化需求(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. 多維度數據采集與分析系統(tǒng):內置工業(yè)級數據采集卡,可同時監(jiān)測 32 路電壓、電流信號及 16 路溫度信號,支持數據實時存儲(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),并自帶數據分析軟件,可自動生成 Arrhenius 擬合曲線、壽命預測報告,無需額外借助第三方軟件,提升研究效率;

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

    四、應用場景與客戶價值

    東莞皓天高溫老化試驗箱及 “老化時間與產品壽命關系研究" 方案已廣泛應用于電子電器、新能源、汽車、航空航天等領域,為客戶提供從試驗設備到技術服務的一站式解決方案:
    • 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,通過研究老化時間與壽命的關系,優(yōu)化產品材料選型與電路設計,將產品故障率降低 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,建立電池老化壽命模型,助力企業(yè)預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 設計、BMS(電池管理系統(tǒng))算法優(yōu)化提供數據支撐;

    • 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)老化失效風險,確保汽車零部件在整車生命周期內(約 10 年 / 20 萬公里)的可靠性;

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

      所有試驗設備均通過國家計量認證(CMC),試驗數據可作為產品認證(如 CE、UL、CQC)、質量仲裁的有效依據,幫助客戶縮短產品研發(fā)周期(將新產品可靠性驗證周期從 1 年縮短至 3 個月)、降低研發(fā)成本(減少因壽命評估不準確導致的試錯成本),提升產品市場競爭力。

      高溫烤箱.jpg



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