戈爾是一家以材料科技為本的全球性公司，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)動及關(guān)鍵技術(shù)大會中，據(jù)戈爾（深圳）有限公司中國區(qū)應(yīng)用工程總監(jiān)方偉介紹，如果電機中的壓力下降，對應(yīng)的集成電壓也會下降，從而會帶來放電風(fēng)險，影響電機壽命。面對電驅(qū)系統(tǒng)內(nèi)部復(fù)雜的油汽環(huán)境，方偉強調(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、冷凍液等污染物進入電驅(qū)系統(tǒng)內(nèi)。

經(jīng)過眾多汽車制造商和各級供應(yīng)商的證明和驗證，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入電驅(qū)系統(tǒng)，還能夠有效降低傳動系統(tǒng)或共腔油冷系統(tǒng)油液涉水乳化的風(fēng)險，從而提高電驅(qū)系統(tǒng)的可靠性。

方偉 | 戈爾（深圳）有限公司 中國區(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。陌生是因為這個產(chǎn)品比較小，且一般安裝在比較隱秘的地方；而不陌生是因為防水透氣產(chǎn)品在汽車中上百個或更多零部件內(nèi)都需要用到。今天，我將分享戈爾在電驅(qū)系統(tǒng)領(lǐng)域的一些經(jīng)驗和理解以及測試數(shù)據(jù)，希望能為行業(yè)的技術(shù)發(fā)展貢獻微薄之力。

趨勢和挑戰(zhàn)：電動汽車的電驅(qū)系統(tǒng)

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

電機新技術(shù)對于防水透氣產(chǎn)品有什么不一樣的要求？有些朋友會想，為何要使用防水透氣產(chǎn)品，而不是干脆直接把電機密封好？對于車內(nèi)的密閉腔體來說，頻繁的溫度變化、海拔的變化都會導(dǎo)致腔體內(nèi)外有壓差，如果壓差沒有被及時釋放，長期以來將導(dǎo)致密封失效，因此我們需要透氣功能。

在透氣的同時，也不能讓水和灰塵等污染物進入電驅(qū)系統(tǒng)。尤其是油冷電機對于油品中的水和污物含量要求較嚴格，且承受能力更低。過去電驅(qū)系統(tǒng)的防水要求通常為IP67，但如今越來越多廠家提出了IP68，IP69K的防水要求，且還需通過嚴格的整車涉水測試。另外如果電機透氣不暢，根據(jù)帕邢定律，電機腔體內(nèi)的負壓會增加線圈電弧放電的風(fēng)險，這也會影響電機壽命。

圖片來源：戈爾

可能有些朋友還不是很了解帕邢定律（Paschen’s law），這里做個簡單的介紹。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)是開始形成電弧或放電的擊穿電壓。在電機驟冷或海拔迅速下降等工況下，電機內(nèi)氣壓就會有所降低。而這個曲線從右往左看，如果電極間距離一定，隨著氣壓降低，對應(yīng)的耐受擊穿電壓近似于線性降低，這會帶來電弧放電的風(fēng)險，將影響電機壽命。

那么該如何減少電弧放電風(fēng)險？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來避免這樣的風(fēng)險？但這并不符合電機越來越緊湊、電壓越來越高的趨勢。因此可以考慮采用合適的透氣方案，使壓力快速趨向平衡，來降低電弧放電風(fēng)險。

然而要找到一個合適的透氣方案卻沒那么簡單。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，但在共腔油冷電機的減速器上，透氣膜被油浸潤后往往會導(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)，首先液體油會通過齒輪運動和車輛運動飛濺到腔體內(nèi)的各個位置；其次是油霧化、氣溶膠，通常不可見，是潤滑油液被高速轉(zhuǎn)動的齒輪剪切造成的；另外還有油蒸汽，由電機線圈的高熱導(dǎo)致冷卻油中小部分沸點較低的成分揮發(fā)形成。所以整個腔體內(nèi)有油液、油霧、油汽共同存在，簡單的透氣膜直接面對這些物質(zhì)會很快失效，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：對于電驅(qū)系統(tǒng)，尤其是油冷電機的防水透氣產(chǎn)品需要能夠應(yīng)對多重挑戰(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入，再就是電驅(qū)動的防水透氣方案必須能面對內(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

戈爾是怎么解決這些問題的？戈爾公司發(fā)明的防水透氣產(chǎn)品VE2048不僅適用于電驅(qū)動，還可用于傳統(tǒng)油車的傳動系統(tǒng)和驅(qū)動系統(tǒng)。這款產(chǎn)品于2008年上市，至今已有14年歷史，目前美國、歐洲、日本等地的許多大型主機廠都在使用這款產(chǎn)品，該產(chǎn)品出貨量已超過了3000萬件。近年來，這款產(chǎn)品在電驅(qū)動上的應(yīng)用量已超過200萬件。

圖片來源：戈爾

接下來具體看一下這款產(chǎn)品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。上層白色的薄膜是由戈爾發(fā)明的ePTFE透氣膜，具有防水、防塵、透氣以及疏油的功能。它頂部有保護蓋，可以防止這層透氣膜受到來自外部的機械沖擊。下層的灰色部分是預(yù)過濾器，起到吸附氣溶膠的作用，這是由戈爾通過多年廣泛的材料篩選和大量的實驗室測試比較后得到的最優(yōu)設(shè)計。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行安裝，方便快捷。

戈爾的VE2048目前已經(jīng)用于油冷電機、減速機，以及油冷電機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5年。超過20個已量產(chǎn)的電驅(qū)平臺采用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，眾所周知，這些車的使用頻率和每年行駛里程遠超于普通私家車，這也驗證了VE2048的高可靠性和耐久性。正因如此，目前已有越來越多的客戶正在和戈爾探討如何將VE2048應(yīng)用于混動車和純電車的電驅(qū)動平臺。

正如前面所說，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、機械沖擊等，這需要我們在設(shè)計電驅(qū)動的早期階段就要考慮如何設(shè)計和選擇防水透氣方案，否則后期可能將面臨無法達到設(shè)計目標(biāo)或驗證不夠充分的情況。

圖片來源：戈爾

戈爾推薦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)計擋油板或者迷宮結(jié)構(gòu)，避免油液直接飛濺進透氣塞，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)品盡量布置于遠離氣溶膠來源的地方（如主齒輪）可使其壽命更長，且需要盡量遠離產(chǎn)生油蒸汽的高溫線圈，因此需盡量在開發(fā)早期就考慮到該產(chǎn)品的安裝設(shè)計。

此外，雖然戈爾的這款產(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)避免長期被油浸泡，這也是剛剛為什么要強調(diào)需要設(shè)計擋油板或者迷宮結(jié)構(gòu)。

再來看一下戈爾是如何驗證VE2048的性能的。戈爾通過了汽車行業(yè)的各種認證，對產(chǎn)品本身嚴格按照汽車行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)做了防侵入、溫度、環(huán)境、機械、化學(xué)等各種測試，所以我們的產(chǎn)品是受到業(yè)界認可和客戶信賴的。除此之外，我們也有選擇性地做了一些車載測試。

圖片來源：戈爾

幾年前戈爾就開始做了實車的涉水測試。戈爾將這款防水透氣產(chǎn)品裝載在車輛后橋齒輪箱上完成了多次涉水試驗，深度為450毫米和600毫米，遠高于國標(biāo)及企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，該產(chǎn)品在測試過程中經(jīng)受了比較強烈的水沖擊。我們在不同測試階段共做了5次循環(huán)，并在不同階段抽樣測試了齒輪箱內(nèi)油品的水含量，發(fā)現(xiàn)沒有任何變化，這說明VE2048即使在高強度的涉水測試中也有良好的防護表現(xiàn)。

我們還比較了僅采用防水透氣膜的同類防水透氣產(chǎn)品和戈爾帶有集成預(yù)過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24萬公里后，戈爾的VE2048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)動的環(huán)境內(nèi)對防水透氣方案進行特殊考量。

對比測試

圖片來源：戈爾

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

第一個是長的通氣管，可以看到它的紅色項目最多，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，因為無論是防水防塵和設(shè)計安裝難度，還是在總成本方面它都不占優(yōu)勢。

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

綜合來看，戈爾VE2048可以說是目前電驅(qū)系統(tǒng)最優(yōu)的防水透氣方案。當(dāng)然，近年來市場上也有少數(shù)外形和VE2048類似的產(chǎn)品出現(xiàn)。

我們有一個實際案例。一家OEM的初始設(shè)計是這樣一根通氣管，總長超過一米，并且有7個固定卡扣，設(shè)計比較復(fù)雜。在車輛上市前幾個月，該OEM發(fā)現(xiàn)這個方案無法通過100%涉水測試，所以他們急需找到一個能提供更好防護的解決方案。于是他們選擇了戈爾的防水透氣產(chǎn)品VE2048，就在很短的時間內(nèi)完成了10萬公里車載耐久測試。

在完成10萬公里測試后打開VE2048的保護蓋，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, 且把透氣膜用水簡單清洗一下后透氣量又大幅恢復(fù)，達到了284ml/min。值得一提的是，該OEM的耐久試驗條件可能相對比較惡劣，實際上我們看到很多返回的樣品上并沒有這么臟。而且我們在涉水工況或者是洗車的時候，這些灰塵和泥土都可以被沖掉?？偠灾?，即使經(jīng)過了10萬公里的測試，VE2048產(chǎn)品本身并未受到很大影響，仍保持了良好的透氣量。相對于長通氣管，戈爾VE2048提供了更簡潔可靠的方案。

圖片來源：戈爾

再來看一組對比試驗，第一次實驗車上安裝的是戈爾的VE2048，第二次實驗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為溫度驟降，內(nèi)部壓力也相應(yīng)降低，形成負壓。但在VE2048的測試中，負壓在涉水結(jié)束后迅速恢復(fù)到常壓，而金屬透氣帽的方案中，負壓保持了相當(dāng)長的一段時間。

這是因為戈爾的方案中，透氣膜是通過ePTFE微孔迅速的進行內(nèi)外壓力平衡；而金屬通氣蓋的產(chǎn)品因為其固有的結(jié)構(gòu)設(shè)計，無法迅速從負壓中恢復(fù)過來。此時如果周邊有殘留的水滴就很容易因為負壓被吸入腔體，帶來機油乳化的風(fēng)險或產(chǎn)生絕緣問題。另外，這種負壓帶來的另一個風(fēng)險就是在帕邢定律下，負壓會導(dǎo)致電弧放電風(fēng)險。因此金屬透氣帽方案將對電驅(qū)系統(tǒng)尤其是油冷電機帶來相當(dāng)風(fēng)險，越來越多的客戶和主機廠也因此逐漸轉(zhuǎn)向了戈爾的方案。

圖片來源：戈爾

防水透氣產(chǎn)品最早由戈爾在2008年發(fā)明，但此后市場上逐漸出現(xiàn)了與我們外形相似的產(chǎn)品。這是VE2048和市場上和VE2048外形比較類似的一款產(chǎn)品的對比，我們稱之為B零件。這個測試由戈爾美國實驗室通過右上角的油氣溶膠模擬裝置來完成。這個裝置可以產(chǎn)生將大量的油氣溶膠，然后被氣流輸送經(jīng)過透氣塞，模擬驅(qū)動系統(tǒng)里的油汽環(huán)境，讓透氣塞快速失效，最后測試透氣量來判斷樣件的耐久時間。

我們測試了5個VE2048，其透氣量衰減曲線基本一致，大約在70小時后透氣量降到失效標(biāo)準(zhǔn)。而用于對比的B零件，雖然其初始透氣量遠高于VE2048， 但只過了約17小時就會失效。當(dāng)然也需要說明，這個測試結(jié)果采用的是戈爾的實驗室模擬測試條件，只能用于參考，不能完全代表在實際車輛上的壽命表現(xiàn)。

戈爾產(chǎn)品在可靠性、技術(shù)專長和全球支持等方面，一直得到業(yè)內(nèi)各個合作伙伴的深度認可。戈爾所有車規(guī)級產(chǎn)品均符合業(yè)界嚴格的測試標(biāo)準(zhǔn)，且戈爾在中國、日本、歐洲和美國都有測試實驗室，為客戶技術(shù)支持服務(wù)。也可以提供樣件的分析測試，協(xié)助客戶排查應(yīng)用風(fēng)險。

這款產(chǎn)品上市已超過14年，經(jīng)過眾多汽車制造商和各級供應(yīng)商的證明和驗證，為各種傳動驅(qū)動系統(tǒng)提供高質(zhì)量的保護和壓力平衡。我們也希望戈爾的這款產(chǎn)品方案能助力更多的電驅(qū)系統(tǒng)，減少故障和風(fēng)險，讓電驅(qū)系統(tǒng)更加可靠耐用。

關(guān)于戈爾

戈爾是一家以材料科技為本的全球性公司，專注于材料科技，我們致力于把產(chǎn)品用在各種嚴苛的產(chǎn)品應(yīng)用環(huán)境中，解決技術(shù)難題。我們在全球擁有12000名員工，是美國200家最大的私有企業(yè)之一。我們的研發(fā)和工廠分布于美國、德國、英國、日本和中國，銷售辦事處遍布全球各地。戈爾現(xiàn)在擁有超過5500個專利，年銷售額超過45億美金。戈爾擁有獨特的企業(yè)文化，即員工的每個想法和每項發(fā)明都會得到重視，這使得戈爾連續(xù)十年被全球評為最佳職場。

根據(jù)不同行業(yè)的屬性，戈爾公司內(nèi)部有三大事業(yè)板塊，分別是紡織品事業(yè)部、醫(yī)療產(chǎn)品事業(yè)部和汽車產(chǎn)品所在的創(chuàng)新方案事業(yè)部。創(chuàng)新方案事業(yè)部致力于提供突破性的高性能解決方案和復(fù)雜產(chǎn)品，涵蓋幾個關(guān)鍵市場和行業(yè)，例如半導(dǎo)體、航空航天、?汽車、移動電子設(shè)備和生物制藥，汽車燃料電池上的質(zhì)子交換膜也是戈爾業(yè)界領(lǐng)先的產(chǎn)品。

戈爾公司進入汽車行業(yè)已經(jīng)有超過35年的歷史，一直與汽車制造領(lǐng)域的各大Tier1 和OEM保持良好的合作。除了電驅(qū)系統(tǒng)，我們在電動車上的典型應(yīng)用涉及到自動駕駛/ADAS傳感器、底盤與傳動系統(tǒng)以及動力儲能系統(tǒng)等。憑借可靠的科學(xué)基礎(chǔ)和專業(yè)知識，戈爾為電動汽車電子元器件的綜合防護提供解決方案。

（以上內(nèi)容來自戈爾（深圳）有限公司應(yīng)用工程總監(jiān)方偉于2022年12月8日，由蓋世汽車主辦的2022第三屆汽車電驅(qū)動及關(guān)鍵技術(shù)大會發(fā)表的《適用于電驅(qū)系統(tǒng)的GORE?防水透氣產(chǎn)品》主題演講。）

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