在全球化市场与极端环境应用日益普及的今天，产品能否在严寒条件下稳定运行，已成为衡量其可靠性与适用性的重要标尺。无论是新能源汽车在北欧冬季启动、户外监控设备在高原雪域持续工作，还是医疗器械在冷链运输中保持性能，低温测试（Low Temperature Testing）都是验证产品耐寒能力的关键手段。本文将系统梳理低温测试的原理、标准、失效模式及实施策略，助力企业科学应对“冷挑战”，确保产品无惧严寒。
一、低温测试的核心目标
低温测试旨在模拟产品在低温存储、低温启动或低温运行状态下的表现，主要验证以下方面：
材料性能：是否变脆、开裂、收缩或失去弹性
机械功能：活动部件（如按键、转轴、密封圈）是否卡滞或失效
电气性能：电池容量衰减、液晶响应迟缓、电路延迟或中断
结构完整性：不同材料热膨胀系数差异导致的应力开裂
⚠️ 注意：低温 ≠ 冷热冲击！低温测试聚焦稳态低温环境，而冷热冲击关注快速温变带来的热应力。
二、主流低温测试标准与等级
| 标准体系 | 典型低温等级 | 适用领域 | 测试要点 |
|---|---|---|---|
| IEC 60068-2-1（GB/T 2423.1） | –10°C、–25°C、–40°C、–55°C、–65°C | 通用电子电气 | 存储/工作状态可选，保温≥2小时 |
| MIL-STD-810H Method 502.7 | –51°C（寒带）、–62°C（极地） | 军工、航空航天 | 强调“工作状态下”功能验证 |
| ISO 16750-4（道路车辆） | –40°C（发动机舱）、–20°C（乘员舱） | 汽车电子 | 含低温启动、冷凝后功能测试 |
| UL / CE 安规标准 | 通常–25°C或–40°C | 家电、工业设备 | 作为安全认证必要项 |
📌 行业惯例：
消费电子：常要求 –20°C 至 –30°C 工作
工业/车载：普遍要求 –40°C 存储 & 工作
军工/航天：可达 –55°C 甚至更低
三、典型低温失效模式与案例
| 失效类型 | 原因 | 实例 |
|---|---|---|
| 材料脆化开裂 | 聚合物玻璃化转变（Tg）被突破 | PC外壳在–30°C跌落碎裂 |
| 密封失效 | 硅胶/O型圈硬化失去弹性 | 户外灯具进水（IP等级下降） |
| 电池性能骤降 | 锂离子迁移速率降低 | 电动车冬季续航缩水50% |
| 液晶响应迟缓 | 液晶黏度增大 | 手机屏幕在–20°C触控失灵 |
| 金属冷焊/卡滞 | 润滑油凝固、间隙缩小 | 无人机云台电机无法转动 |
| 焊点微裂 | PCB与元器件CTE不匹配 | 高低温循环后BGA脱焊 |
💡 关键点：低温本身未必直接损坏产品，但会放大设计或材料缺陷。
四、低温测试实施关键步骤
明确测试目的
存储测试：产品关机状态耐受极限低温（如–40°C × 72h）
工作测试：产品开机并在低温下执行功能（如–30°C启动并连续运行4h）
设定合理温度与时间
温度：参考目标市场最低环境温度（如加拿大北部–40°C）
保温时间：确保样品核心温度达到设定值（通常≥2小时，大体积产品需更久）
模拟真实使用状态
带电运行、连接负载、开启运动部件
对于电池产品，需测试低温充电/放电能力
恢复与后检测
缓慢回温至室温（避免冷凝水）
检查外观、功能、电气参数、密封性等
五、行业应用实战指南
✅ 新能源汽车
测试对象：动力电池、BMS、充电枪
要求：–40°C 存储72h后，–30°C 能正常启动并充电
对策：电池加热系统、低温电解液配方、线束柔性材料
✅ 户外安防设备
测试对象：摄像头、雷达、接线盒
要求：–35°C 连续工作，镜头不起雾、电机转动正常
对策：内置加热膜、疏水镀膜、宽温润滑脂
✅ 医疗冷链运输箱
测试对象：疫苗冷藏箱、生物样本容器
要求：–20°C 或 –70°C 下维持内部温度稳定 ≥ 72h
对策：真空绝热板（VIP）、相变材料（PCM）缓冲
六、常见误区与优化建议
❌ 误区1：“只要能开机就算通过”
→ 必须验证关键功能指标（如通信速率、图像清晰度、扭矩输出）是否达标。
❌ 误区2：“低温测试一次就够了”
→ 建议结合高低温循环（如–40°C ↔ +85°C）验证材料疲劳。
❌ 误区3：“所有塑料都怕冷”
→ 工程塑料如PEEK、PPS、TPU可在–50°C保持韧性，需合理选材。
✅ 优化建议：
在ID/MD设计阶段引入低温DFMEA（失效模式分析）
对关键密封件进行低温压缩永久变形测试（ASTM D395）
使用红外热成像定位低温下异常发热或冷区
七、结语
低温测试不仅是合规门槛，更是产品走向高寒市场的“通行证”。面对全球气候多样性与用户对极端环境可靠性的高期待，企业应将低温验证前置到研发早期，从材料、结构、电子、软件多维度协同优化。唯有真正“懂冷、抗冷、用冷”，才能让产品在冰天雪地中依然坚如磐石，赢得全球用户的信赖。
未来趋势：随着极地科考、高纬度自动驾驶、太空探索等新兴领域发展，超低温测试（–80°C以下）与低温+辐射/低压复合环境测试将成为新焦点。
如需制定低温测试方案、筛选宽温材料或解读失效根因，建议联合具备CNAS资质的环境可靠性实验室开展系统性验证。