各位朋友、各位同仁：大家下午好!这两天的论坛我听下来，大家提到绝缘材料这方面得比较少。绝缘材料在电机整个设计当中使用量比较少，约占电机的成本3~5%，但是绝缘材料对于电机的运行安全又是非常重要的。我今天代表民士达给大家分享一下我们民士达在800伏高压驱动电机用绝缘材料的解决方案。主要四部分，第一部分新能源汽车行业发展现状。第二部分新能源汽车油冷驱动电机对绝缘材料的挑战。第三部分metastar®芳纶纸的解决方案。第四部分民士达公司的介绍。

新能源汽车行业发展环境

由于政策环境、能源环境提高到了国家战略的高度，最后一个是技术能源，新能源汽车从一开始推出到现在要求越来越严格，技术要求提高也越来越多。发展环境如图所示，各主机厂提出了禁售燃油车的时间。

个人理解，800伏的推出为了满足快速充电的发展需求，为了充电时间的缩短提出的800伏高压充电，但是同时整个汽车安全性能也要相应地进行提高，因此对于汽车电机电压发展趋势肯定要往高压化方向走的。

简单说一下油冷电机的优势。第一是冷却效率高，绝缘油可以直接进行绕组冷却。第二是绝缘性能好，因为油冷和水冷的区别是，水冷中的水路会产生影响磁场特性，油冷不会有这些问题。第四不宜相变，水的沸点比较低，零度以下容易凝固，但是油的话凝固点和沸点范围比较高。第四减小体积，减轻电机重量。

新能源汽车油冷驱动电机对绝缘材料的挑战

如图是2019年发布的标准《新能源汽车驱动电机绝缘结构技术要求》，里面提出的评估方案是ATF油：去离子水等于99.5:0.5，测试的温度循环是155度40小时，和零下45度8小时，一个周期48小时，循环周期8个周期，也就是16天的测试周期。先说一下ATF油对于绝缘结构的影响，不同厂家生产的ATF油里面有各种各样添加剂的存在，对于整个绝缘系统是一个挑战。像我们常用的绝缘材料像PET聚酯不耐油、复合材料中的胶水等不耐油。0.5%的水分很重要，0.5%的水分会在高温下引起高分子材料的水解，尤其是聚酰亚胺，图示有聚酰亚胺水解机理。

800伏的电压带来最大的挑战就是局部放电。整个电机绝缘系统的模型简化后，基本上从电磁线到定子铁芯，中间的绝缘包含了漆膜、绝缘纸、空气，主要这几部分。整个绝缘系统里面产生局部放电的原因，最主要的是气隙的存在和杂质的存在，这些都会成为产生局部放电很重要的原因。

局部放电的测试我们在做绝缘系统评估的时候，我们主要有两种：一种是正弦波下，一种是方波下进行局部放电测试，后面的数据会有对应的正弦和方波下的测试。

潜在风险有一个结论，第一耐油耐水解，选择的所有绝缘材料，包括绝缘纸、漆包线、绑扎绳、套管、绝缘漆等等，肯定要耐油、耐水解。第二局部放电，对于局部放电来说，局部放电就是介质不均匀系统或杂质都会造成绝缘放电产生。对于薄膜类的材料来说，无法避免百分之百消除气泡的存在。同时在后期浸渍绝缘漆的时候，薄膜很难被绝缘漆浸到内部，气泡无法消除，但是对于芳纶纸来说是可以的。第三热点温升，新能源电机都是通过IGBT供电，里面一定有谐波存在，就会造成绕组有一部分热点，热点会导致绝缘老化的存在。第四胶黏剂，我们选择绝缘材料如果选择了复合材料，胶黏剂肯定要选择耐油、耐水、耐高温的材料。

800伏绝缘系统承受的应力，这里大概列举了三个：热应力、电应力、环境应力。热应力，基本上在设计驱动电机的时候，温度选择180度以上的，绝缘材料筛选和结构设计上要做高温的绝缘系统;电应力，不再赘述，电压是往越来越高的方向发展;环境应力，汽车行驶的各个地方，不同气侯、环境等各种环境改变造成的影响。除此之外，还有振动、潮湿、介质相容性等等，绝缘系统是受综合应力的老化。

metastar®芳纶纸的解决方案

m e tastar®是民士达芳纶纸的注册商标，Nomex®是杜邦芳纶纸的注册商标，其中metastar®是由100%芳纶纤维组成。 芳纶纸的构成如图所示，上面两个是间位芳纶纤维，下面两个是对位芳纶纤维。 纤维有两种不同形态，短切纤维和沉析纤维，其中短切纤维可以提供芳纶纸的机械强度，沉析纤维可以提高芳纶纸的电气绝缘强度。 在电气绝缘领域主要用到的产品是间位芳纶纸，而对位芳纶纸主要用于航空航天和军工领域。 民士达与国外芳纶纸对比，几乎所有型号我们都可以覆盖。

质量稳定性，可以把它理解成一个指标参数的正负偏差。我们做了一个分析，质量稳定控制大概是国外品牌的2倍，也就是说民士达芳纶纸的质量稳定性是国外产品的2倍。同时我们也做过民士达芳纶纸和国外芳纶纸的分析试验对比。第一是红外光谱分析测试FT-IR，通过对比可以看出metastar®芳纶纸和国外芳纶纸具有相同的结构的。左下角是热重分析，随着温度的升高，质量会有一个下降，这里的温度下降主要有两段，第一段在100℃左右的时间，主要是芳纶纸含水率的水分蒸发，在415/416度左右芳纶纸会发生分解。如图所示，两种芳纶纸分解温度基本一致。民士达芳纶纸和国外芳纶纸测试出现不同的是元素分析EDS，从芳纶纸分子结构来看，芳纶纸只会含有碳、氢、氧、氮四种元素，但是国外芳纶纸含有金属元素，该元素在元素周期表里面和铅元素相临。

温度指数，metstar®芳纶纸UL测试认证的温度指数为210，根据阿仑尼乌斯方程计算实际温度指数为216，同时民士达芳纶纸也有220的绝缘系统。

其次是PDIV，我们对比了YT510W系列两款产品，一款厚度是0.22，另外一款厚度0.25，目前主要用在油冷电机当中做为槽绝缘。我们测试了浸渍绝缘漆前后的击穿电压和局部放电，击穿电压增加的比例大概有25~30%，PDIV也会有10%的增加。

如图是研究芳纶纸在方波和正弦波局部放电的数据，我们在四川大学实验室里做的测试。测试样品使用YT510-0.22W、0.25W和0.30W。目前在驱动电机应用中，主要是以0.22W和0.25W做为槽绝缘，0.30W是槽杆做为槽盖。局部放电Vp结果显示均在3kV以上。

耐油测试，使用产品为民士达芳纶纸和国外芳纶纸，做下来结果基本一致，都是没有起泡，没有开裂，其中国外芳纶纸颜色有些老化和颜色加深的现象。我们还对比了metastar® YT510和复合材料NHN，测试周期为2/4/8三个周期。结果显示芳纶纸基本上都是维持在非常稳定的水平。对于复合纸来说，在第二和第四周期接近于零，这是复合纸很大的缺点。

如图我这里列了几个分类，第一是对于ATF油冷驱动电机，推荐客户使用的是YT510W芳纶纯纸，对于水、风冷电机，180级可以选择复合纸YHY，200~220级也是使用YT510W芳纶纯纸，高电压绝缘减薄推荐使用的是metastar®YT518/568耐电晕绝缘减薄解决方案。另外对于高导热产品，民士达也在积极开发中，导热率可以做到0.3-0.5左右。对于集中式绕组我们推荐也是YT510W芳纶纯纸。

如图是民士达YT510-0.22W和国外芳纶纸0.22厚度做的数据对比图。橙色是民士达的芳纶纸，蓝色是一个国外品牌。在大多数性能上保持一致的，比如部分性能比国外的要好一点，也有部分性能国外的比我们好一点。在绝缘材料使用过程中会有一些应力要求比较高，针对这些应力我们会有所加强和调整。

对于民士达的芳纶纸，我们是全产业链，芳纶纸由民士达生产，芳纶纤维以及合成纤维的单体都是由我们总公司泰和新材提供。

公司介绍

烟台泰和新材料股份有限公司是我们的母公司，是一家成立30多年的国有企业。民士达是2009年成立，是国内最早把芳纶纸国产化的企业。泰和集团四大产品，第一是民士达的芳纶纸，第二是间位芳纶纤维，在防火服都有应用。第三是对位芳纶纤维，主要用于军工防弹领域、航空航天等，光缆增强领域也有应用。第四是氨纶，只要衣服有弹性，里面就会有氨纶纤维。

如图是我们产业链的保障，上面是间位芳纶纤维，下面是对位芳纶纤维。民士达造纸检测流程上可以实现全自动化，包括在线定量、厚度、缺陷以及金属异物检测等等。以上就是我今天的分享介绍，谢谢大家!

演讲嘉宾简介：刘国栋，烟台民士达特种纸业股份有限公司市场开发经理，主要负责新能源汽车领域的应用开发，曾任职于上海电器科学研究所(集团)有限公司、杜邦(中国)研发管理有限公司。有11年以上的绝缘行业工作经验，长期从事电气绝缘材料(EIM)和绝缘系统(EIS)的技术研究工作，负责项目涉及新能源汽车电机、风力(水力)发电机、核电、变压器以及电子(动力)电池等多个领域。对绝缘行业IEEE/IEC/ASTM/GB等系列标准有深入的研究并参与多个标准制修订。对于芳纶纸相关性能测试、寿命评估以及芳纶纸产品的开发应用具有丰富的经验。