戈?duì)柺且患乙圆牧峡萍紴楸镜娜蛐怨?，專注于研發(fā)創(chuàng)新產(chǎn)品及技術(shù)，為清潔能源、汽車、醫(yī)藥、移動(dòng)電子等諸多領(lǐng)域的客戶解決產(chǎn)品及工藝方面的復(fù)雜難題。2022年12月8日，由蓋世汽車主辦的2022第三屆汽車電驅(qū)動(dòng)及關(guān)鍵技術(shù)大會(huì)中，據(jù)戈?duì)枺ㄉ钲冢┯邢薰局袊?guó)區(qū)應(yīng)用工程總監(jiān)方偉介紹，如果電機(jī)中的壓力下降，對(duì)應(yīng)的集成電壓也會(huì)下降，從而會(huì)帶來(lái)放電風(fēng)險(xiǎn)，影響電機(jī)壽命。面對(duì)電驅(qū)系統(tǒng)內(nèi)部復(fù)雜的油汽環(huán)境，方偉強(qiáng)調(diào)，需找到合適的透氣方案，迅速平衡電驅(qū)系統(tǒng)內(nèi)外部的壓差；此外還需要防止水、灰塵、冷凍液等污染物進(jìn)入電驅(qū)系統(tǒng)內(nèi)。

經(jīng)過(guò)眾多汽車制造商和各級(jí)供應(yīng)商的證明和驗(yàn)證，適用于電驅(qū)系統(tǒng)的GORE?汽車防水透氣產(chǎn)品（GPV）擁有出眾的性能，不僅能防止水和污物進(jìn)入電驅(qū)系統(tǒng)，還能夠有效降低傳動(dòng)系統(tǒng)或共腔油冷系統(tǒng)油液涉水乳化的風(fēng)險(xiǎn)，從而提高電驅(qū)系統(tǒng)的可靠性。

方偉 | 戈?duì)枺ㄉ钲冢┯邢薰?中國(guó)區(qū)應(yīng)用工程總監(jiān)

以下為演講內(nèi)容整理：

談到汽車防水透氣產(chǎn)品可能大家既陌生，又不陌生。陌生是因?yàn)檫@個(gè)產(chǎn)品比較小，且一般安裝在比較隱秘的地方；而不陌生是因?yàn)榉浪笟猱a(chǎn)品在汽車中上百個(gè)或更多零部件內(nèi)都需要用到。今天，我將分享戈?duì)栐陔婒?qū)系統(tǒng)領(lǐng)域的一些經(jīng)驗(yàn)和理解以及測(cè)試數(shù)據(jù)，希望能為行業(yè)的技術(shù)發(fā)展貢獻(xiàn)微薄之力。

趨勢(shì)和挑戰(zhàn)：電動(dòng)汽車的電驅(qū)系統(tǒng)

隨著新能源汽車性能提高，對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)也提出了更多要求。從性能角度出發(fā)，更好的駕駛體驗(yàn)通常需要電機(jī)具有更低成本、更高效率、更高功率密度、更長(zhǎng)壽命等。為了解決這些問(wèn)題，電機(jī)技術(shù)也在不斷革新。其中，扁線、高壓電機(jī)、油冷電機(jī)，多電機(jī)近年的關(guān)注度比較高，對(duì)于提升電機(jī)功率密度、提升效率降低損耗具有顯著作用。此外，800V高壓、多電機(jī)技術(shù)、輪邊電機(jī)、輪轂電機(jī)等近年來(lái)也越來(lái)越受到關(guān)注。

電機(jī)新技術(shù)對(duì)于防水透氣產(chǎn)品有什么不一樣的要求？有些朋友會(huì)想，為何要使用防水透氣產(chǎn)品，而不是干脆直接把電機(jī)密封好？對(duì)于車內(nèi)的密閉腔體來(lái)說(shuō)，頻繁的溫度變化、海拔的變化都會(huì)導(dǎo)致腔體內(nèi)外有壓差，如果壓差沒(méi)有被及時(shí)釋放，長(zhǎng)期以來(lái)將導(dǎo)致密封失效，因此我們需要透氣功能。

在透氣的同時(shí)，也不能讓水和灰塵等污染物進(jìn)入電驅(qū)系統(tǒng)。尤其是油冷電機(jī)對(duì)于油品中的水和污物含量要求較嚴(yán)格，且承受能力更低。過(guò)去電驅(qū)系統(tǒng)的防水要求通常為IP67，但如今越來(lái)越多廠家提出了IP68，IP69K的防水要求，且還需通過(guò)嚴(yán)格的整車涉水測(cè)試。另外如果電機(jī)透氣不暢，根據(jù)帕邢定律，電機(jī)腔體內(nèi)的負(fù)壓會(huì)增加線圈電弧放電的風(fēng)險(xiǎn)，這也會(huì)影響電機(jī)壽命。

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可能有些朋友還不是很了解帕邢定律（Paschen’s law），這里做個(gè)簡(jiǎn)單的介紹。右圖中的橫坐標(biāo)是電極距離和氣體壓力的乘積，縱坐標(biāo)是開(kāi)始形成電弧或放電的擊穿電壓。在電機(jī)驟冷或海拔迅速下降等工況下，電機(jī)內(nèi)氣壓就會(huì)有所降低。而這個(gè)曲線從右往左看，如果電極間距離一定，隨著氣壓降低，對(duì)應(yīng)的耐受擊穿電壓近似于線性降低，這會(huì)帶來(lái)電弧放電的風(fēng)險(xiǎn)，將影響電機(jī)壽命。

那么該如何減少電弧放電風(fēng)險(xiǎn)？是否要增加安全電氣距離，也就是增加線圈繞組之間的距離，或者干脆降低系統(tǒng)電壓，又或者是把絕緣涂層做得更好一點(diǎn)來(lái)避免這樣的風(fēng)險(xiǎn)？但這并不符合電機(jī)越來(lái)越緊湊、電壓越來(lái)越高的趨勢(shì)。因此可以考慮采用合適的透氣方案，使壓力快速趨向平衡，來(lái)降低電弧放電風(fēng)險(xiǎn)。

然而要找到一個(gè)合適的透氣方案卻沒(méi)那么簡(jiǎn)單。目前汽車電子元器件防水透氣普遍采用的是膨體聚四氟乙烯（ePTFE）透氣膜，但在共腔油冷電機(jī)的減速器上，透氣膜被油浸潤(rùn)后往往會(huì)導(dǎo)致其防水功能和透氣功能失效。

在共腔體油冷電驅(qū)系統(tǒng)內(nèi)，首先液體油會(huì)通過(guò)齒輪運(yùn)動(dòng)和車輛運(yùn)動(dòng)飛濺到腔體內(nèi)的各個(gè)位置；其次是油霧化、氣溶膠，通常不可見(jiàn)，是潤(rùn)滑油液被高速轉(zhuǎn)動(dòng)的齒輪剪切造成的；另外還有油蒸汽，由電機(jī)線圈的高熱導(dǎo)致冷卻油中小部分沸點(diǎn)較低的成分揮發(fā)形成。所以整個(gè)腔體內(nèi)有油液、油霧、油汽共同存在，簡(jiǎn)單的透氣膜直接面對(duì)這些物質(zhì)會(huì)很快失效，因此普通的透氣膜方案不太適用于油冷電驅(qū)系統(tǒng)。

總結(jié)一下：對(duì)于電驅(qū)系統(tǒng)，尤其是油冷電機(jī)的防水透氣產(chǎn)品需要能夠應(yīng)對(duì)多重挑戰(zhàn)，首先要迅速平衡內(nèi)外部壓差，其次是要防止雨水、灰塵、車用液體等污染物的進(jìn)入，再就是電驅(qū)動(dòng)的防水透氣方案必須能面對(duì)內(nèi)部復(fù)雜的油汽環(huán)境。

適用于電驅(qū)系統(tǒng)的GORE?汽車防水透氣產(chǎn)品

戈?duì)柺窃趺唇鉀Q這些問(wèn)題的？戈?duì)柟景l(fā)明的防水透氣產(chǎn)品VE2048不僅適用于電驅(qū)動(dòng)，還可用于傳統(tǒng)油車的傳動(dòng)系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。這款產(chǎn)品于2008年上市，至今已有14年歷史，目前美國(guó)、歐洲、日本等地的許多大型主機(jī)廠都在使用這款產(chǎn)品，該產(chǎn)品出貨量已超過(guò)了3000萬(wàn)件。近年來(lái)，這款產(chǎn)品在電驅(qū)動(dòng)上的應(yīng)用量已超過(guò)200萬(wàn)件。

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接下來(lái)具體看一下這款產(chǎn)品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。上層白色的薄膜是由戈?duì)柊l(fā)明的ePTFE透氣膜，具有防水、防塵、透氣以及疏油的功能。它頂部有保護(hù)蓋，可以防止這層透氣膜受到來(lái)自外部的機(jī)械沖擊。下層的灰色部分是預(yù)過(guò)濾器，起到吸附氣溶膠的作用，這是由戈?duì)柾ㄟ^(guò)多年廣泛的材料篩選和大量的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試比較后得到的最優(yōu)設(shè)計(jì)。最下邊的尖錐結(jié)構(gòu)可直接插入電驅(qū)系統(tǒng)或減速箱上的膠管進(jìn)行安裝，方便快捷。

戈?duì)柕腣E2048目前已經(jīng)用于油冷電機(jī)、減速機(jī)，以及油冷電機(jī)和減速共腔體的集成型電驅(qū)系統(tǒng)。該產(chǎn)品最早用于電驅(qū)系統(tǒng)上是在2017年，至今已超過(guò)5年。超過(guò)20個(gè)已量產(chǎn)的電驅(qū)平臺(tái)采用VE2048作為其防水透氣方案，并且至今保持零售后投訴。值得強(qiáng)調(diào)的是，有部分應(yīng)用VE2048的車型屬于網(wǎng)約車和出租車市場(chǎng)，眾所周知，這些車的使用頻率和每年行駛里程遠(yuǎn)超于普通私家車，這也驗(yàn)證了VE2048的高可靠性和耐久性。正因如此，目前已有越來(lái)越多的客戶正在和戈?duì)柼接懭绾螌E2048應(yīng)用于混動(dòng)車和純電車的電驅(qū)動(dòng)平臺(tái)。

正如前面所說(shuō)，電驅(qū)系統(tǒng)和其他電子產(chǎn)品相比，在防水透氣方面有其特殊性，應(yīng)用環(huán)境較惡劣，外部有水、灰塵、砂石甚至有腐蝕性液體，內(nèi)部有各種形態(tài)的油液、油霧、油汽，再加上各種振動(dòng)、機(jī)械沖擊等，這需要我們?cè)谠O(shè)計(jì)電驅(qū)動(dòng)的早期階段就要考慮如何設(shè)計(jì)和選擇防水透氣方案，否則后期可能將面臨無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)或驗(yàn)證不夠充分的情況。

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戈?duì)柾扑]采用膠管連接的安裝方式，也有部分廠家出于空間、成本以及生產(chǎn)組裝方面的考慮自己設(shè)計(jì)了一些其他類型的安裝方式，總之VE2048下面的接口適用于多種安裝方式。除了安裝方式之外，還有一些通用的原則來(lái)保證這款透氣塞的可靠性和壽命。

首先要在安裝透氣塞的通孔下需設(shè)計(jì)擋油板或者迷宮結(jié)構(gòu)，避免油液直接飛濺進(jìn)透氣塞，導(dǎo)致透氣塞提前失效。

再是它的安裝位置，將這款防水透氣產(chǎn)品盡量布置于遠(yuǎn)離氣溶膠來(lái)源的地方（如主齒輪）可使其壽命更長(zhǎng)，且需要盡量遠(yuǎn)離產(chǎn)生油蒸汽的高溫線圈，因此需盡量在開(kāi)發(fā)早期就考慮到該產(chǎn)品的安裝設(shè)計(jì)。

此外，雖然戈?duì)柕倪@款產(chǎn)品的膜是疏油性的，偶爾接觸到油液不影響其防水透氣性，但應(yīng)避免長(zhǎng)期被油浸泡，這也是剛剛為什么要強(qiáng)調(diào)需要設(shè)計(jì)擋油板或者迷宮結(jié)構(gòu)。

再來(lái)看一下戈?duì)柺侨绾悟?yàn)證VE2048的性能的。戈?duì)柾ㄟ^(guò)了汽車行業(yè)的各種認(rèn)證，對(duì)產(chǎn)品本身嚴(yán)格按照汽車行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)做了防侵入、溫度、環(huán)境、機(jī)械、化學(xué)等各種測(cè)試，所以我們的產(chǎn)品是受到業(yè)界認(rèn)可和客戶信賴的。除此之外，我們也有選擇性地做了一些車載測(cè)試。

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幾年前戈?duì)柧烷_(kāi)始做了實(shí)車的涉水測(cè)試。戈?duì)枌⑦@款防水透氣產(chǎn)品裝載在車輛后橋齒輪箱上完成了多次涉水試驗(yàn)，深度為450毫米和600毫米，遠(yuǎn)高于國(guó)標(biāo)及企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，該產(chǎn)品在測(cè)試過(guò)程中經(jīng)受了比較強(qiáng)烈的水沖擊。我們?cè)诓煌瑴y(cè)試階段共做了5次循環(huán)，并在不同階段抽樣測(cè)試了齒輪箱內(nèi)油品的水含量，發(fā)現(xiàn)沒(méi)有任何變化，這說(shuō)明VE2048即使在高強(qiáng)度的涉水測(cè)試中也有良好的防護(hù)表現(xiàn)。

我們還比較了僅采用防水透氣膜的同類防水透氣產(chǎn)品和戈?duì)枎в屑深A(yù)過(guò)濾部分的管道安裝型防水透氣產(chǎn)品，發(fā)現(xiàn)在行駛超過(guò)24萬(wàn)公里后，戈?duì)柕腣E2048防水透氣產(chǎn)品透氣量只略微減少，衰減較為平緩。而僅用同類防水透氣膜的透氣產(chǎn)品，在行駛不足800公里后就被氣溶膠堵塞，衰減幾乎垂直往下，透氣量降至0，這就是為什么我們需要在有油的環(huán)境或電驅(qū)動(dòng)的環(huán)境內(nèi)對(duì)防水透氣方案進(jìn)行特殊考量。

對(duì)比測(cè)試

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這是市面上用于電驅(qū)動(dòng)或傳動(dòng)系統(tǒng)最常見(jiàn)的三個(gè)方案。我們對(duì)比了三個(gè)方案的各項(xiàng)性能和綜合成本的比較，標(biāo)紅色的表示得分最低的部分。

第一個(gè)是長(zhǎng)的通氣管，可以看到它的紅色項(xiàng)目最多，這也是為什么現(xiàn)在的電驅(qū)系統(tǒng)中透氣管方案已經(jīng)比較少見(jiàn)，因?yàn)闊o(wú)論是防水防塵和設(shè)計(jì)安裝難度，還是在總成本方面它都不占優(yōu)勢(shì)。

第二個(gè)是金屬帶彈簧結(jié)構(gòu)的透氣帽，這個(gè)方案目前應(yīng)用得較多，它在單件成本和設(shè)計(jì)安裝難度上都表現(xiàn)不錯(cuò)。但考慮到它在壓力平衡和防水方面的缺陷，其風(fēng)險(xiǎn)成本也較高。

綜合來(lái)看，戈?duì)朧E2048可以說(shuō)是目前電驅(qū)系統(tǒng)最優(yōu)的防水透氣方案。當(dāng)然，近年來(lái)市場(chǎng)上也有少數(shù)外形和VE2048類似的產(chǎn)品出現(xiàn)。

我們有一個(gè)實(shí)際案例。一家OEM的初始設(shè)計(jì)是這樣一根通氣管，總長(zhǎng)超過(guò)一米，并且有7個(gè)固定卡扣，設(shè)計(jì)比較復(fù)雜。在車輛上市前幾個(gè)月，該OEM發(fā)現(xiàn)這個(gè)方案無(wú)法通過(guò)100%涉水測(cè)試，所以他們急需找到一個(gè)能提供更好防護(hù)的解決方案。于是他們選擇了戈?duì)柕姆浪笟猱a(chǎn)品VE2048，就在很短的時(shí)間內(nèi)完成了10萬(wàn)公里車載耐久測(cè)試。

在完成10萬(wàn)公里測(cè)試后打開(kāi)VE2048的保護(hù)蓋，透氣膜上已經(jīng)覆蓋了很多泥土。而即使是這樣惡劣的工況下，該產(chǎn)品的透氣量還有80ml/min, 且把透氣膜用水簡(jiǎn)單清洗一下后透氣量又大幅恢復(fù)，達(dá)到了284ml/min。值得一提的是，該OEM的耐久試驗(yàn)條件可能相對(duì)比較惡劣，實(shí)際上我們看到很多返回的樣品上并沒(méi)有這么臟。而且我們?cè)谏嫠r或者是洗車的時(shí)候，這些灰塵和泥土都可以被沖掉?？偠灾?，即使經(jīng)過(guò)了10萬(wàn)公里的測(cè)試，VE2048產(chǎn)品本身并未受到很大影響，仍保持了良好的透氣量。相對(duì)于長(zhǎng)通氣管，戈?duì)朧E2048提供了更簡(jiǎn)潔可靠的方案。

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再來(lái)看一組對(duì)比試驗(yàn)，第一次實(shí)驗(yàn)車上安裝的是戈?duì)柕腣E2048，第二次實(shí)驗(yàn)車上安裝的是金屬透氣帽。我們可以看到在涉水后，兩種透氣方案的齒輪箱都因?yàn)闇囟润E降，內(nèi)部壓力也相應(yīng)降低，形成負(fù)壓。但在VE2048的測(cè)試中，負(fù)壓在涉水結(jié)束后迅速恢復(fù)到常壓，而金屬透氣帽的方案中，負(fù)壓保持了相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間。

這是因?yàn)楦隊(duì)柕姆桨钢?，透氣膜是通過(guò)ePTFE微孔迅速的進(jìn)行內(nèi)外壓力平衡；而金屬通氣蓋的產(chǎn)品因?yàn)槠涔逃械慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，無(wú)法迅速?gòu)呢?fù)壓中恢復(fù)過(guò)來(lái)。此時(shí)如果周邊有殘留的水滴就很容易因?yàn)樨?fù)壓被吸入腔體，帶來(lái)機(jī)油乳化的風(fēng)險(xiǎn)或產(chǎn)生絕緣問(wèn)題。另外，這種負(fù)壓帶來(lái)的另一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)就是在帕邢定律下，負(fù)壓會(huì)導(dǎo)致電弧放電風(fēng)險(xiǎn)。因此金屬透氣帽方案將對(duì)電驅(qū)系統(tǒng)尤其是油冷電機(jī)帶來(lái)相當(dāng)風(fēng)險(xiǎn)，越來(lái)越多的客戶和主機(jī)廠也因此逐漸轉(zhuǎn)向了戈?duì)柕姆桨浮?/p>

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防水透氣產(chǎn)品最早由戈?duì)栐?008年發(fā)明，但此后市場(chǎng)上逐漸出現(xiàn)了與我們外形相似的產(chǎn)品。這是VE2048和市場(chǎng)上和VE2048外形比較類似的一款產(chǎn)品的對(duì)比，我們稱之為B零件。這個(gè)測(cè)試由戈?duì)柮绹?guó)實(shí)驗(yàn)室通過(guò)右上角的油氣溶膠模擬裝置來(lái)完成。這個(gè)裝置可以產(chǎn)生將大量的油氣溶膠，然后被氣流輸送經(jīng)過(guò)透氣塞，模擬驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)里的油汽環(huán)境，讓透氣塞快速失效，最后測(cè)試透氣量來(lái)判斷樣件的耐久時(shí)間。

我們測(cè)試了5個(gè)VE2048，其透氣量衰減曲線基本一致，大約在70小時(shí)后透氣量降到失效標(biāo)準(zhǔn)。而用于對(duì)比的B零件，雖然其初始透氣量遠(yuǎn)高于VE2048， 但只過(guò)了約17小時(shí)就會(huì)失效。當(dāng)然也需要說(shuō)明，這個(gè)測(cè)試結(jié)果采用的是戈?duì)柕膶?shí)驗(yàn)室模擬測(cè)試條件，只能用于參考，不能完全代表在實(shí)際車輛上的壽命表現(xiàn)。

戈?duì)柈a(chǎn)品在可靠性、技術(shù)專長(zhǎng)和全球支持等方面，一直得到業(yè)內(nèi)各個(gè)合作伙伴的深度認(rèn)可。戈?duì)査熊囈?guī)級(jí)產(chǎn)品均符合業(yè)界嚴(yán)格的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，且戈?duì)栐谥袊?guó)、日本、歐洲和美國(guó)都有測(cè)試實(shí)驗(yàn)室，為客戶技術(shù)支持服務(wù)。也可以提供樣件的分析測(cè)試，協(xié)助客戶排查應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)。

這款產(chǎn)品上市已超過(guò)14年，經(jīng)過(guò)眾多汽車制造商和各級(jí)供應(yīng)商的證明和驗(yàn)證，為各種傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提供高質(zhì)量的保護(hù)和壓力平衡。我們也希望戈?duì)柕倪@款產(chǎn)品方案能助力更多的電驅(qū)系統(tǒng)，減少故障和風(fēng)險(xiǎn)，讓電驅(qū)系統(tǒng)更加可靠耐用。

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