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索尔维:如何通过多元化的材料组合,PPA,PEEK,PPS等解决汽车电驱动痛点?

每一次汽车产业的革新,都离不开关键零部件材料的创新和突破。如今电动化时代正奔赴而来,系统集成化、应用工况的复杂化、空间小型化等趋势,都对电动汽车材料的性能、轻量化、安全性、可靠性提出更严苛的要求。顺应时代趋势,全球领先的先进材料供应商之一——索尔维,较早布局电动汽车领域,推出了针对电驱动系统、车用电气部件等在内的全方位材料解决方案。

全球碳排放政策日益严峻,OEM和系统供应商正在面临电气化转型,以电驱动系统为代表的电动汽车核心零部件,对先进材料解决方案的需求在持续增长。作为一家立足于科学的公司,索尔维致力于用技术改善生活的方方面面。为电动汽车的挑战提供创新材料是索尔维投入以及关注的重点,竭尽所能推动高效的电力驱动的集成化,同时,索尔维还将致力于在生产过程中使用可再生能源,积极减少碳足迹。 

近日,有记者采访了索尔维特种聚合物事业部大中华区交通运输行业市场经理潘禹,听他解读索尔维的电气化材料方案如何解决电驱动系统以及车用电气部件正在面临的痛点。

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索尔维特种聚合物事业部大中华区交通运输行业市场经理 潘禹

轻量化、高效率和集成化 电驱动系统三大趋势

传统的电驱动系统采用分布式设计,难以解决电磁干扰等问题,而且布局空间大,效率低,不利于降低成本。因此,近几年三合一甚至多合一的电驱动系统逐渐成为行业的共识。任何主机厂和零部件供应商都希望电驱动系统做到集成化、轻量化和高效率。

由于电气化时代的电驱动系统设计趋向于集成到新的一体化系统中,从而提高效率,采用高性能聚合物是实现效率优化的必要途径。索尔维为电驱动市场提供多种新兴的解决方案,这些解决方案的优势包括:保持密封性完整性所需的高低温柔性、在更高压力和速度下、更高的耐磨性以及与新型润滑液和冷却液的相容性。

潘禹介绍道:“在三合一或多合一系统中,除了目前索尔维已经实现量产的连接器、母线槽(BUSBAR)等产品,我们还将提供一系列超高性能聚合物来满足驱动系统的性能和轻量化要求。”


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据悉,多合一系统中,电机必须满足更高的电压、温度以及全新的冷却液工况,聚合物材料必须在这些更具侵蚀性的环境中保持电气和机械性能。此外,聚合物还必须足够坚韧,以承受制造过程中遭遇的剧烈弯曲,赋予产品良好的耐磨性和耐刮擦性。

具体来看,采用索尔维提供的KetaSpire® PEEK聚醚醚酮材料作为驱动电机磁力线的绝缘层,通过制造高性能的方形电缆,从而提升电机绕线的槽满率,最终实现电机功率密度和高效工作区间的提升。同时,相较于传统材料,索尔维的KetaSpire® PEEK聚醚醚酮和Torlon®  PAI材料只需微米级的厚度即可在长期高温工况下耐受1000V以上的局部击穿电压,实现了材料从技术和成型方面的突破。

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另一方面,索尔维还在与关键客户一起研发更长效、安全和免维护的多合一热管理系统,在提升系统安全性和集成度的同时,减少系统的维护成本。这种新型的热管理系统将基于索尔维的特种氟流体Galden® PFPE的精确控制而实现。

“得益于索尔维特种材料优异的理化性能和多种加工方式, 我们的产品已经在全球多个电驱平台搭载,主要用于金属替代、部件集成和零部件升级。客户可以基于索尔维的多种特种材料的组合,设计出能够精准匹配车型的驱动系统,从而提升产品和系统设计的自由度。”

针对电机高效率的需求,除了聚合物本身所擅长的减重,索尔维还通过引入更高端的特种材料来制造性能更佳的零部件,从而提升电驱动系统的效率和功率密度。

例如采用KetaSpire® PEEK聚醚醚酮制成的电机绝缘槽衬可以实现更薄的电机绝缘层,从而增加了电磁线的槽满率,同样的电机尺寸却可以提供更大的功率, 整车也可以基于几种特种材料产品的组合设计,更加地精准匹配车型的驱动系统,从而提升产品和系统设计的自由度。

电驱动系统更高的运行速度,要求密封件能够承受更大的摩擦和损耗。索尔维的Tecnoflon® FKM氟橡胶在驱动电机这样密封要求严苛的应用领域处于领先地位,在-40℃~170℃的范围内均能保持密封性及良好的耐摩擦损耗等性能。

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电动汽车电气部件痛点:耐高温和电气性能

电动化的趋势也给汽车的电气部件带来全面的革新。相关研究指出,全球汽车电力电子市场将在2018年至2026年期间以19.0%的复合年增长率增长,预计到2026年年底,该市场的估值将达到233.5亿美元。因此,该领域未来将面临激烈的竞争,这也为材料供应商带来新的挑战。

潘禹告诉记者,随着电动汽车电气部件设计进一步向提高电压、降低封装空间和重量以及需要承受长期高温工况的方向发展,采用高性能聚合物满足这些新的设计挑战成为必须。索尔维为车用电气部件市场带来一系列创新解决方案,包括:具有优异电气性能、V-0 阻燃等级、无卤阻燃、高耐电痕和冷热冲击的材料。

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相比传统汽车,电动汽车的电气部件更为复杂。在潘禹看来,首当其冲的需求就是安全性,而安全性最直接的体现是其耐高温性和电气性能。

在高温工况下保持理化性能及电气特性的材料,正是索尔维特种聚合物引以为豪的优势。索尔维的耐高温产品组合,从中高端的Ryton® PPS聚苯硫醚、Amodel® PPA聚对苯二甲酰胺 (长期使用温度等级约180℃)到高端的KetaSpire® PEEK聚醚醚酮 、AvaSpire® PAEK聚芳醚酮 (长期使用温度等级约240℃),以及目前已知耐温等级最高的可注塑型 Torlon® PAI 聚酰胺酰亚胺 (长期使用温度等级约275℃)。这些材料在电动汽车的电气部件上,有着极为广泛的应用前景。

以高压连接器为例,高电压对所有连接系统的组件都构成了很大的压力。在极高压下,连接器必须保持牢固、节省空间、安全。因此,连接器的设计面临着极大挑战。索尔维的无卤V-0级阻燃材料可以避免电腐蚀风险,成为优秀的安全聚合物材料。此外,索尔维Amodel® PPA和 Xydar® LCP 特别适合用于薄壁部件的注塑生产, 其热循环性能得到了进一步的优化,具有出色的耐化学性和尺寸稳定性。

结语

电动汽车是索尔维重要的布局领域,未来,索尔维将持续运用其丰富的行业经验和先进的材料组合,助力电动交通的快速发展。其中,中国市场凭借扎实的锂电池产业基础和基建能力,在新能源市场将引领潮流,因此成为索尔维电动交通战略的重中之重。

文章来源:汽车与配件,作者高驰

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