适用于电驱系统的GORE?汽车防水透气产品

戈尔是一家以材料技术为基础的全球性公司，专注于创新产品和技术的研发，为清洁能源，汽车，医药，移动电子等诸多领域的客户解决产品和工艺中的复杂问题日前，在盖世汽车主办的2022第三届汽车电驱动及关键技术大会上，据戈尔有限公司中国区应用工程总监方巍介绍，如果电机内压力下降，相应的积分电压也会下降，会带来放电风险，影响电机寿命面对电传动系统内部复杂的油气环境，方巍强调，要找到合适的通风方案，快速平衡电传动系统内外压差，此外，还要防止水，灰尘，冷冻液等污染物进入电传动系统

经多家汽车制造商和各级供应商证明和验证，适用于电驱动系统的戈尔汽车防水透气产品性能突出，不仅能防止水和污物进入电驱动系统，还能有效降低传动系统或共腔油冷却系统中的涉油和乳化风险，从而提高电驱动系统的可靠性。

戈尔公司中国区应用工程总监。

组织以下演讲内容:

说到汽车通风口，你可能也很熟悉比较陌生是因为这个产品比较小，而且一般安装在比较隐秘的地方，这并不奇怪，因为防水透气产品被用于数百个或更多的汽车零部件今天分享一些戈尔在电驱动系统领域的经验，理解和测试数据，希望能为行业的技术发展尽一份绵薄之力

趋势与挑战:电动汽车的电驱动系统

伴随着新能源汽车性能的提高，对驱动电机提出了更多的要求从性能上看，更好的驾驶体验通常需要成本更低，效率更高，功率密度更高，寿命更长的电机为了解决这些问题，电机技术也在不断创新其中，扁平导线，高压电机，油冷电机和多电机最近几年来备受关注，在提高电机功率密度，效率和降低损耗方面发挥了显著作用另外800V高压，多电机技术，轮毂电机，轮毂电机等最近几年来越来越受到重视

新电机技术对防水透气产品有哪些不同的要求有的朋友会想，为什么要用防水透气的产品，而不是简单的密封电机呢对于车内封闭的腔体，频繁的温度变化和海拔变化会导致腔体内外的压力差如果压差没有及时释放，会导致长期密封失效，所以我们需要通气功能

通风的同时，水，灰尘等污染物不得进入电传动系统尤其是油冷电机，对油中的水分和污物含量要求严格，承载能力更低以前电驱动系统的防水要求通常是IP67，而现在越来越多的厂家提出IP68和IP69K的防水要求，而且要通过严格的车辆涉水测试另外，如果电机通风不良，根据帕邢定律，电机腔内的负压会增加线圈电弧放电的风险，也会影响电机的寿命

可能有些朋友不太了解帕邢定律下面简单介绍一下右图中的横坐标是电极距离和气体压力的乘积，纵坐标是电弧或放电开始时的击穿电压当电机突然冷却或海拔迅速下降时，电机内的气压会降低这条曲线是从右向左看的如果电极间距不变，伴随着气压的降低，对应的耐受击穿电压线性下降，会带来电弧放电的风险，影响电机的寿命

那么如何降低电弧放电的风险呢是增加安全电气距离，也就是增加线圈绕组之间的距离，还是简单的降低系统电压，或者把绝缘涂层做的更好来规避这样的风险但这并不符合电机越来越紧凑，电压越来越高的趋势因此，可以考虑采用合适的通风方案，使压力迅速趋于平衡，降低电弧放电的风险

可是，要找到一个合适的通风方案并不那么简单目前，膨体聚四氟乙烯防水透气膜广泛应用于汽车电子元件但在同样腔体的油冷电机减速器中，透气膜被油浸泡后，防水透气功能往往会丧失

在普通腔室的油冷电传动系统中，首先，液体油会通过齿轮运动和车辆运动飞溅到腔室内的各个位置，其次，通常看不见的油雾化和气溶胶，是由高速旋转的齿轮对润滑油的剪切造成的，此外还有油蒸气，是电机线圈发热高，冷却油中的低沸点成分有一小部分挥发所以整个腔体内都有油，油雾，油蒸汽，简单的透气膜直接面对这些物质会很快失效，所以普通透气膜方案不适合油冷电传动系统

综上所述:电传动系统防水透气产品，尤其是油冷电机，需要能够应对多重挑战一是要快速平衡内外压差，其次，要防止雨水，灰尘，车辆流体等污染物进入，再次，电传动的防水透气方案必须能够面对复杂的内部油气环境

用于电力驱动系统的戈尔汽车防水透气产品

戈尔是如何解决这些问题的戈尔发明的防水透气产品VE2048不仅适用于电力驱动，也适用于传统运油车的传动系统和驱动系统该产品于2008年上市，至今已有14年历史目前美国，欧洲，日本等地的很多大型主机厂都在使用该产品，该产品出货量已经超过3000万件最近几年来，该产品在电传动方面的应用已超过200万件

接下来详细看看这款产品的内部结构上层的白色薄膜是戈尔发明的膨体聚四氟乙烯透气膜，具有防水，防尘，透气，疏油的功能它的顶部有一个保护罩，可以防止这种透气膜受到外界的机械冲击下层的灰色部分是前置过滤器，起到吸附气溶胶的作用这是戈尔经过多年的广泛材料筛选和大量实验室测试后获得的最佳设计最底部的尖锥结构，可以直接插入电传动系统或变速箱上的胶管进行安装，方便快捷

戈尔的VE2048已经应用于油冷电机，减速器以及带有油冷电机和减速腔的集成电力驱动系统该产品于2017年首次应用于电驱动系统，到现在已经5年多了超过20个量产的电驱动平台采用VE2048作为其防水透气方案，至今零售后投诉不断值得强调的是，部分带有VE2048的车型属于网约车和出租车市场众所周知，这些车的使用频率和年行驶里程都远超普通私家车，这也验证了VE2048的高可靠性和耐用性因此，目前越来越多的客户正在与戈尔讨论如何将VE2048应用于混合动力汽车和纯电动汽车的电驱动平台

如前所述，与其他电子产品相比，电驱动系统在防水透气方面有其特殊性，应用环境较为恶劣外面有水，灰尘，沙子甚至腐蚀性液体，里面有各种形式的油，油雾，油蒸汽，加上各种振动和机械冲击这就要求我们在设计电驱动的前期就要考虑如何设计和选择防水透气方案，否则后期就可能面临达不到设计目标或者验证不充分的情况

戈尔推荐软管连接的安装方式，一些制造商为了空间，成本和生产装配设计了一些其他的安装方式总之VE2048下面的界面适合各种安装方式除了安装方法之外，还有一些通用原则来确保此透气塞的可靠性和寿命

首先，需要在安装排气塞的通孔下方设计挡油板或迷宫式结构，防止油液直接溅入排气塞，导致排气塞过早失效。

另外，虽然戈尔的产品的膜是疏油的，偶尔接触油不会影响其防水透气，但是要避免长时间浸泡在油中，这也是我们刚才强调要设计挡油板或者迷宫式结构的原因。

让我们来看看戈尔是如何验证VE2048的性能的戈尔通过了汽车行业的各种认证，严格按照汽车行业的标准对产品进行了防入侵，温度，环境，机械，化学等方面的各种测试因此，我们的产品得到了业界的认可和客户的信赖此外，我们还选择性地进行了一些车载测试

几年前，戈尔就开始了实车的涉水测试戈尔防水透气产品装载在车辆后轮轴的变速箱上，完成了多次涉水测试，深度分别为450mm和600mm，远远高于国标和企标在测试过程中，产品受到了强水流的冲击我们在不同的测试阶段做了五个循环，在不同的阶段对变速箱内的油的含水量进行了取样测试，发现没有变化，说明VE2048即使在高强度的涉水测试中也有很好的保护性能

我们还将仅使用防水膜的同类防水透气产品与戈尔集成预过滤部分的管道安装型防水透气产品进行了对比，发现在行驶超过24万公里后，戈尔的VE2048防水透气产品的透气性仅略有下降，衰减平缓而只使用同样防水透气膜的通风产品，行驶不到800公里就被气溶胶阻隔，衰减几乎是垂直的，通风量下降到0，这也是为什么我们需要在油环境或者电驱动环境下对防水透气膜方案进行特殊考虑的原因

对比试验

这是市场上三种最常见的电力驱动或传输系统方案我们比较了三个方案的性能和综合成本，红色标记的部分表示得分最低

第一个是长的通气管，红色项最多，这也是为什么目前电传动系统中通气管方案比较少见的原因，因为无论从防水防尘，设计安装难度，还是总造价来说都不占优势。

二是弹簧结构的金属透气帽这种方案目前应用广泛，无论从单件成本还是设计安装难度来看，都表现不错但考虑到其在压力平衡和防水方面的缺陷，其风险成本也较高

综合来看，戈尔VE2048可以说是目前电驱系统防水透气最好的方案当然，最近几年来市场上也出现了少数与VE2048外形相似的产品

我们有一个真实的案例一家OEM最初的设计就是这样一个通气管，全长一米多，有七个固定扣这个设计相当复杂在车辆推出前几个月，主机厂发现这种方案无法通过100%的涉水测试，因此他们迫切需要找到一种能够提供更好保护的解决方案于是他们选择了戈尔的防水透气产品VE2048，在极短的时间内完成了10万公里整车续航测试

10万公里测试后，打开VE2048的保护罩，透气膜上盖了很多脏东西即使在如此恶劣的工况下，产品的透气量仍然达到了80ml/min，并且在简单的用水冲洗透气膜后，产品的透气量得到了极大的恢复，达到了284ml/min值得一提的是，这个主机厂的续航测试条件可能比较差事实上，我们可以看到许多返回的样品并没有那么脏而我们在涉水或者洗车的时候，灰尘污垢都可以被冲走总之，即使经过10万公里的测试，VE2048产品本身并没有受到太大的影响，依然保持着良好的透气性与长通气管相比，gore VE2048提供了更简洁可靠的解决方案

我们来看一组对比实验第一辆实验车配有戈尔的VE2048，第二辆实验车配有金属透气帽我们可以看到，涉水后，由于气温骤降，两种通风方案的变速箱内部压力相应降低，产生负压但在VE2048的测试中，涉水后负压很快恢复到常压，而在金属透气帽的方案中，负压保持时间较长

这是因为，在戈尔的方案中，渗透膜通过膨体聚四氟乙烯的微孔快速平衡内外压力，可是，由于其固有的结构设计，金属通风孔盖的产品不能快速恢复负压此时，如果周围有残留的水滴，由于负压，很容易被吸入腔内，带来油乳化的风险，或者造成绝缘问题另外，这种负压带来的另一个风险是，在帕邢定律下，负压会导致电弧放电的风险因此，金属通风帽方案会给电驱动系统，尤其是油冷电机带来相当大的风险，越来越多的客户和主机厂逐渐转向戈尔的方案

防水产品最早是戈尔在2008年发明的，但从那以后，市场上逐渐出现了类似形状的产品这是VE2048与市面上一款外观与VE2048相似的产品的对比，我们称之为b部分，该测试由戈尔美国实验室通过右上角的油气溶胶模拟器完成这种装置可以产生大量的油气溶胶，然后通过通气塞由气流输送，模拟驱动系统中的油气环境，使通气塞迅速失效最后，测试透气性以判断样品的耐久时间

我们测试了五个VE2048，透气度的衰减曲线基本一致大约70小时后，透气性下降到不合格标准而对比部分B，尽管其初始透气性比VE2048高得多，但仅在约17小时后才会失效当然，还需要注意的是，这个测试结果是基于戈尔的实验室模拟测试条件，只能作为参考，并不能完全代表实际车辆的寿命性能

戈尔产品在可靠性，专业技术和全球支持方面得到了业内所有合作伙伴的高度认可戈尔的所有汽车级产品都符合行业严格的测试标准，戈尔在中国，日本，欧洲和美国都设有测试实验室，为客户提供技术支持服务我们还可以提供样品分析和测试，帮助客户排除应用程序风险

该产品上市超过14年，得到了众多汽车制造商和各级供应商的证明和验证，为各种变速器驱动系统提供了优质的保护和压力平衡我们也希望戈尔的产品方案能够帮助更多的电驱动系统，减少故障和风险，让电驱动系统更加可靠耐用

关于戈尔

戈尔是一家以材料科学和技术为基础的全球性公司，专注于材料科学和技术我们致力于在各种恶劣的产品应用环境中使用产品，解决技术问题我们在全球拥有12，000名员工，是美国200家最大的私营企业之一我们的R&D和工厂位于美国，德国，英国，日本和中国，我们的销售办事处遍布世界各地戈尔现在拥有5500多项专利，年销售额超过45亿美元戈尔有着独特的企业文化，即员工的每一个想法，每一项发明都会得到重视，这也使得戈尔连续十年成为全球最佳职场

根据不同行业的属性，戈尔有三大业务板块，分别是纺织事业部，医疗产品事业部和汽车产品所在的创新计划事业部创新部门致力于提供突破性的高性能解决方案和复杂产品，涵盖多个关键市场和行业，如半导体，航空航天，汽车，移动电子设备和生物制药汽车燃料电池上的质子交换膜也是戈尔的行业领先产品

戈尔在汽车行业从业超过35年，一直与汽车制造领域的主要Tier1和OEM保持着良好的合作关系除了电驱动系统，我们在电动汽车上的典型应用涉及自动驾驶/ADAS传感器，底盘和传动系统，储能系统等凭借可靠的科学基础和专业知识，戈尔为电动汽车电子元件的全面保护提供解决方案

日前，在盖世汽车主办的2022第三届汽车电驱动及关键技术大会上，公司应用工程总监方巍发表了用于电驱动系统的戈尔防水透气产品主题演讲。)

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