2024年6月19日-20日，由巨力自动化总冠名，电动汽车电驱动系统全产业链技术创新战略联盟主办，中国电工技术学会电动车辆专委会协办，NE时代承办，中车电驱、上海电驱动为战略合作单位的“2024第四届全球xEV驱动系统技术暨产业大会”在上海嘉定圆满召开。

塞拉尼斯高级应用开发工程师王荣以《高性能工程材料在电驱系统绝缘/冷却的创新应用》为主题做了相关报告，以下为其演讲转录：

01.

塞拉尼斯介绍

塞拉尼斯2023年的数据显示，全球销售额109亿美金，在全国27个国家有50家自营和营运工厂，主要的业务是工程材料和乙酰基业务，工程材料比如油环的应用尼龙、PPS类的材料，乙酰基例如家里用的油漆、墙面涂料的上游原材料就属于乙酰基业务板块。

汽车业务占到了塞拉尼斯工程材料整体业务接近一半49%。聚合物家族是非常得丰富，可以看到塞拉尼斯的第一大产品线是尼龙产品线，这也是应用量最广泛的材料。第二个是弹性体，后续会带来弹性体在电驱领域作为一个降本的新应用的案例。第三是聚甲醛，大家开的燃油车里面有非常广泛的应用，比如油箱、油泵使用的都是我们聚甲醛的产品，还有聚酯产品，特种尼龙，高压化大家对于CTI的需求越来越高，同时对于温度也有需求，要在高温情况下能够完成绝缘，同时CTI很高的材料，高温尼龙是最好的选择。包括超高分子量聚乙烯，还有LCP、PPS，都是塞拉尼斯比较强势的产品线。

正因为塞拉尼斯有这么广泛的聚合物家族，所以塞拉尼斯非常聚焦于整个社会发展的重点领域的开发，比如汽车行业就两块，汽车和电动汽车的技术变革，同时我们非常关注可持续发展，大家现在越来越多地谈到碳中和的概念，塞拉尼斯有非常广泛的减碳的工程材料可以供各位选择。以上是塞拉尼斯的简单情况。

02.

电驱市场发展趋势及解决方案

如图所示是动力总成的架构拓扑。塞拉尼斯目前在电驱系统中做了非常多的工作，从电机部分、控制器部分、减速箱部分都有非常成熟的应用案例给到客户，和客户一起提升它的性能。整个行业目前我们接触下来它的发展趋势或者需求趋势有哪些？有四部分。1、2、3是成熟的需求，比如大家一直提到的高功率密度可能带来更高的发热、绝缘失效，还有无卤需求、高耐热、高抗冷热冲击能力；油冷的环境下要有很好的绝缘和机械性能，早晨黄老师提到在油的环境下如何做到预防油电腐蚀？塞拉尼斯有非常完备的电中性的材料给大家做汇流排，油环类的产品就可以避免塑料析出造成的油电腐蚀；更高的系统电压刚才提到800V甚至1200V的需求会带来高CTI的需求，比如功率模块它的材料原来CTI275V，而目前越来越多的客户希望有CTI600V的解决方案，塞拉尼斯都有非常广泛的推荐。今天重点探讨的是最后一条，去年讲到这条的时候，很多开发还是处于比较前期，没有给大家做具体的展开，今天希望能够和大家做一个更好的交流，有问题欢迎随时指出。

需求方面，首先是以塑代钢需求，用什么样的工程塑料把控制器的壳体和安装的支架取消，用塑料替代，从纯强度的角度来讲这个问题已经解决了，因为现在有很多电驱安装到副车驾上使用安装支架已经开始使用塞拉尼斯的NVH系列的尼龙去解决了，但是EMI电磁屏蔽方面塑料和金属有天然的鸿沟，但塞拉尼斯在这方面有自己的理解。

◎另外是取代绝缘纸或者用什么材料让我的电机有更好的散热，让电机有更好的油冷效果。早上黄老师提到定子铁芯灌胶的解决方案，可以帮助客户实现更好的油冷，比如槽内冷却如何让油进入到槽内，同时让油不从槽口给漏掉，选择什么样的材料把槽口堵住，也是一个很关键的课题，我们现在也跟很多客户在尝试。

◎另外是解决轴电的材料，跟行业同仁交流下来，轴电流这个问题也是大家比较头疼的，解决轴电流这个问题交流下来主要有两个思路，一个是疏的方案，比如导电环的方案，或者用绝缘方案，比如陶瓷球轴承，这两个都有较大的成本缺陷，这次NE的展会大家讨论了一个点，如何卷价格，而这两个价格都是比较昂贵的，是不是有一种比较便宜的绝缘方案能够帮助我们的客户去解决轴电流问题，我们也在做类似的工作，通过高温、绝缘、耐磨的塑料去隔绝轴承和壳体，形成非常好的绝缘的效果。从这个角度解决轴电流，我们已经有很多验证数据证明这个方案可行。

◎最后一个是油冷的需求，刚才刘经理提到油环，油环是一个比较贵的部件跟原来水冷电机相比，昂贵的部分可能是来自于密封圈的部分，是不是有一种材料能够自身具有一定的刚度，同时通过一些设计能够使得它的油环的唇边形成很好的密封，是不是可以把密封圈直接取消了？既能保证油能够按照预设的轨迹流通到定子端部，同时又不会出现很明显的泄压，塞拉尼斯已经有非常成功的应用案例在市场上，使用的是我们的弹性体的塑料。

塞拉尼斯根据这些需求整理了一些材料需求和挑战。这些挑战主要体现在介质的耐受性，比如耐油的问题，这是一个油的温度+电需求的综合，还有高温的电气绝缘，比如材料会不会对绝缘带来一定的影响，比如汇流排类的产品使用温度可能会出现在180度（定子端），这时候材料是不是完全绝缘状态，绝缘与否对系统安全性会带来一些影响。另外关于颜色和无卤阻燃的问题，这一点跟很多客户交流下来，关于是否要阻燃争议比较大，但是目前大部分客户选择了阻燃的解决方案。最后是抗冷热冲击以后材料机械性能的保留，比如包塑的零件因为塑料和金属性能膨胀系数的差异，导致过高低温的时候，金属会给塑料一个很大的内力，如果这个材料不能承受冷热冲击的过程，就可能会带来开裂，叠层的铜排间隙很小，开裂以后会带来漏电的问题。

03.

可以提供什么方案

塞拉尼斯在对整个需求和挑战做了一个筛选以后，会根据塞拉尼斯非常丰富的材料库，去筛选我们认为可以满足客户需求的材料。同时我们去做前期的材料级别的性能验证，把这些验证结果给到客户，由客户判断哪些材料是最适合您使用的，比如刚才提到的耐油，塞拉尼斯就会预先做很多的耐油测试，比如我们的高温尼龙、PPS做一些耐油、AEM也会做很多耐油测试。如我们的AEM相比FKM或者HNBR，除了便宜这个优点以外，还有其他的优势，比如更能够匹配电驱这个环境的应用，如ATF油耐受性，从内部测试来看，AEM有些配方加持的情况下，耐ATF油的能力相比FKM或者HNBR更优，同时使用温度范围是-40度，有些配方甚至到-50度到160度这个温度范围，更能匹配需求。所以它作为密封圈材料是非常优异的。

同样，塞拉尼斯也会做非常多的材料级别高温绝缘性能的测试，比如PPS、高温尼龙、尼龙产品在高温条件下的绝缘性能。今年很多客户会找到我们交流有没有材料在高温条件下绝缘性的数据，其实我们是有的，如果大家有需求欢迎随时找到我们，这里可以看到PPS在220度的情况下是能保证一个完全绝缘的状态，它的电阻率不会出现掉到10的9次方以下这样的现象，但是有些尼龙确实会，电中性的尼龙会好一点。说到电中性的尼龙，塞拉尼斯电中性的尼龙比普通的规格受温度的影响会缓一点点，这是一个电中性的优势，它对于电腐蚀也会有很大的帮助。因为塑料里面还有卤素造成电腐蚀失效的问题。

颜色和无卤的介绍，无卤阻燃也是有很多的优势，如果大家在设计过程中选择了比如尼龙或者PBT的产品，在选择阻燃体系的时候，跟电有关的环境里面，还是建议大家选择无卤的体系，因为卤素或多或少会对铜排有些腐蚀，对电子器件会有一些污染。

这里分享AEM的另外一个优势，跟无卤有关的。在座各位有用过连接器这样的产品吗？大部分的连接器选择的都是无卤阻燃的材料，但是无卤阻燃材料所配的密封圈会接触到无卤阻燃剂析出的酸性物质，导致密封圈变硬失效，但是AEM不会，所以AEM作为三相铜排的密封圈材料是极好的，在这一点上也会比其他橡胶有更多的优势。

塞拉尼斯关于包塑件的冷热冲击开裂也有比较多的研究，从材料参数、工艺参数、设计的角度，希望能给客户提供很完备的技术上的输出和交流。塞拉尼斯根据对于包塑的理解做了很多测试，筛选出来了一些材料，可以很完整地解决或者提升包塑件抗冷热冲击的性能。

比如，柱状比较高的几个产品都是塞拉尼斯增韧系列的PPS材料，根据最近刚刚做的一个汇流排负40~200度的冷热冲击的测试结果，塞拉尼斯PPS-I-GF+MD50的材料，比行业内常规使用的PPSGF30能够提供更好的抗冷热冲击的性能。同时这些填充物的添加提升，也会带来一定成本上的节约。

04.

工程材料在电机电控应用上的一系列成功案列

根据这些材料的验证，塞拉尼斯在这个市场有哪些应用？首先是这些大家平时工作中每个应用项目或者快速迭代的应用项目上都会遇到的铜排产品，塞拉尼斯在市面上跟客户所合作的项目使用的材料主要是PPS和高温尼龙，这两个区别在于CTI的理解，如果CTI能接受175V，增韧PPS是抗冷热冲击性能最好的。如果要CTI600V，塞拉尼斯也有对应的高温尼龙解决方案，并且保证180度的时候完全绝缘，给到客户最优的选择。

在这类零件中有一些穿缸的零件，油冷环境里大家可能遇到气密的问题，因为塑料和金属很难去直接粘接在一起，诚然有些塑料把金属表面做特殊处理以后可以有很好的粘接效果，不会漏气，但是成本比较高，现在我们的客户选择的大部分方案都是点胶的方案，但是很多客户跟我们交流说点胶的方案不是很稳定，而且现在的胶水很难同时保证150度的耐温，同时又耐油，，是不是有更好的塑料或者更好的密封方案能够提供到给客户，关于这个需求我们一直在跟客户和注塑厂做探讨。

分享两个方案，一个是AEM的解决方案，用AEM密封铜排和塑料本身，这是比较好的解决方案。这个方案有些客户说道，这个方案是能解决相关的问题，但是会需要更多的安装空间，是不是有更极致的方案？

◎塞拉尼斯开发了一种新的弹性体材料，可以和铜排有非常好的粘接力。我们提供了这样一套解决方案：在铜排表面在关键漏气部位先去包一层弹性体，再把零件放到模具里面做二次的包塑，根据内部结果来看负40~150度600个循环可以确保满足气密，这样的温度和循环数是能够满足客户对于气密性的需求。这是关于汇流排密封件的材料选择，就是我们的VamacAEM橡胶以及Hytrel TPC。

◎冷却系统相关的，大家在平时的工作中也接触得比较多，比如冷却的进水的快插水嘴、油环材料、油泵、油管类的方案，我们都有非常广泛的材料解决方案，最早特斯拉引入油环解决方案的时候，使用的就是我们耐油耐

◎水解的方案在做。刚才提到怎么样把这个油环的成本进一步降低，把密封圈拿掉，塞拉尼斯其实有一套非常好的材料解决方案，就是特殊的弹性体，它的耐温范围可以做到负40~150度，断裂延伸率可以做到500%，其实跟AEM橡胶的断裂延伸率非常接近，它可以通过设计本身，在唇边的部分加出来一些特殊的结构，就可以把密封圈拿掉，形成密封，同时它在中间的部分（油孔部分）可以形成非常好的强度，保证不会因为进了油以后形成很大的压力，导致弹性体有一个变形，因为橡胶承受了2.5bar的油压以后会有变形，但是现在像电机的近油的油压测下来大概在1bar以内，对于我们这个材料来讲能够承受住，不会有明显的泄压，同时它可以通过特殊设计可以形成很好的密封，我们这款特殊的弹性体在这个领域已经有成功的案例。

◎信号处理方面也有很多应用案例，比如旋变以及电涡流的应用我们都有非常成熟的应用案例。这个应用主要也是根据油冷以后材料需要一个耐油、耐电的需求做了一些材料升级。

◎关于磁钢密封的材料塞拉尼斯的材料也是目前被业界广泛接受的一个磁钢密封的材料，因为尼龙相比环氧类、EMC类材料相比的话，它的成本优势确实巨大，也比较符合电驱市场的需求。

◎在轴电流方面，塞拉尼斯提出在轴承的外面和铝壳的轴承室中间加了一个在高温情况下，能保持很好的支撑稳定性、很好的绝缘性，同时耐磨的材料，这样能够隔绝轴承和接地的壳体。目前根据我们客户做的验证来看，轴电腐蚀方面表现非常好。

目前我们跟客户合作的产品是在一种高温材料上做了特殊的改性，如果最终验证成功，它的成本对比现有解决方案的成本节约应该是指数级的，这也是非常大的变化，这也是塞拉尼斯过去一年中跟客户持续合作的案例。以上是我今天要分享的主要的应用案例以及创新案列。

05.

塞拉尼斯一站式技术支持力量

最后快速分享一下塞拉尼斯的技术支持能力。不管是成熟的应用还是创新应用的需求，都离不开技术支持，不管是产品开发还是实验验证，塞拉尼斯作为一个国际性企业，在全球有非常多的研发中心，在中国我们整个研发中心和商务中心在上海张江，如果大家有兴趣可以到我们那边参观，我们有非常完备的实验和样品制作的能力。

塞拉尼斯可以给到客户全流程的产品支持，包括新产品开发，比如如果您在开发一个新需求的时候，可能找不到一个合适的材料，欢迎大家找到我们，塞拉尼斯希望能够通过配方的升级、产品的升级，来帮助客户解决问题。同时我们也有非常强的CAE能力，包括模流的分析、CFD的分析，电磁屏蔽的仿真，塞拉尼斯都有对应的能力能够和客户一起做一些以塑代钢、电磁屏蔽的需求以及散热上的变化分析需求，塞拉尼斯上海都可以完成对应的工作。同时塞拉尼斯还可以跟客户联合开发一些跟振动有关的需求。这是我们一站式解决方案的流程。同时，我们的仿真能力大致的能力都列在这里，大家有特殊需求也可以联系到我们，我们不仅仅只有这些，这只是我们目前做得比较多的。比如这里没有写到跟热相关的一些流场分析，其实我们是可以做对应的分析的。我们最近帮行业内的客户做OBC壳体以塑代钢，帮助客户完成了热仿真，结果证明我们的导热塑料可以替代铝合金的。

最后是我们的冷热冲击的仿真分析，如果各位在设计过程中遇到包塑的零件，需要在开模之前做冷热冲击的仿真，确认结构的可靠性大家可以联系到我们，我们可以做对应的耦合的冷热冲击仿真，去确认它的安全性。因为我们做了大量测试和仿真的结合，目前整个精确度非常高，有一些材料因为数据比较完备，已经可以做多周期的，比如要做负40~200做一千个循环，我们可以仿真出来循环以后的结果。

最后总结一下，塞拉尼斯通过一个完整的技术支持能力以及材料初期验证的数据和完备的仿真能力，希望能够给客户和行业提供一个非常完整的在环境耐受、高温绝缘、抗冷热冲击的PPS、高温尼龙、AEM的橡胶以及弹性体这样的解决方案，谢谢！