戈尔是一家以材料科技为本的全球性公司，专注于研发创新产品及技术，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及工艺方面的复杂难题。2022年12月8日，由盖世汽车主办的2022第三届汽车电驱动及关键技术大会中，据戈尔（深圳）有限公司中国区应用工程总监方伟介绍，如果电机中的压力下降，对应的集成电压也会下降，从而会带来放电风险，影响电机寿命。面对电驱系统内部复杂的油汽环境，方伟强调，需找到合适的透气方案，迅速平衡电驱系统内外部的压差；此外还需要防止水、灰尘、冷冻液等污染物进入电驱系统内。

经过众多汽车制造商和各级供应商的证明和验证，适用于电驱系统的GORE®汽车防水透气产品（GPV）拥有出众的性能，不仅能防止水和污物进入电驱系统，还能够有效降低传动系统或共腔油冷系统油液涉水乳化的风险，从而提高电驱系统的可靠性。

方伟 | 戈尔（深圳）有限公司 中国区应用工程总监

以下为演讲内容整理：

谈到汽车防水透气产品可能大家既陌生，又不陌生。陌生是因为这个产品比较小，且一般安装在比较隐秘的地方；而不陌生是因为防水透气产品在汽车中上百个或更多零部件内都需要用到。今天，我将分享戈尔在电驱系统领域的一些经验和理解以及测试数据，希望能为行业的技术发展贡献微薄之力。

趋势和挑战：电动汽车的电驱系统

随着新能源汽车性能提高，对驱动电机也提出了更多要求。从性能角度出发，更好的驾驶体验通常需要电机具有更低成本、更高效率、更高功率密度、更长寿命等。为了解决这些问题，电机技术也在不断革新。其中，扁线、高压电机、油冷电机，多电机近年的关注度比较高，对于提升电机功率密度、提升效率降低损耗具有显著作用。此外，800V高压、多电机技术、轮边电机、轮毂电机等近年来也越来越受到关注。

电机新技术对于防水透气产品有什么不一样的要求？有些朋友会想，为何要使用防水透气产品，而不是干脆直接把电机密封好？对于车内的密闭腔体来说，频繁的温度变化、海拔的变化都会导致腔体内外有压差，如果压差没有被及时释放，长期以来将导致密封失效，因此我们需要透气功能。

在透气的同时，也不能让水和灰尘等污染物进入电驱系统。尤其是油冷电机对于油品中的水和污物含量要求较严格，且承受能力更低。过去电驱系统的防水要求通常为IP67，但如今越来越多厂家提出了IP68，IP69K的防水要求，且还需通过严格的整车涉水测试。另外如果电机透气不畅，根据帕邢定律，电机腔体内的负压会增加线圈电弧放电的风险，这也会影响电机寿命。

图片来源：戈尔

可能有些朋友还不是很了解帕邢定律（Paschen’s law），这里做个简单的介绍。右图中的横坐标是电极距离和气体压力的乘积，纵坐标是开始形成电弧或放电的击穿电压。在电机骤冷或海拔迅速下降等工况下，电机内气压就会有所降低。而这个曲线从右往左看，如果电极间距离一定，随着气压降低，对应的耐受击穿电压近似于线性降低，这会带来电弧放电的风险，将影响电机寿命。

那么该如何减少电弧放电风险？是否要增加安全电气距离，也就是增加线圈绕组之间的距离，或者干脆降低系统电压，又或者是把绝缘涂层做得更好一点来避免这样的风险？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透气方案，使压力快速趋向平衡，来降低电弧放电风险。

然而要找到一个合适的透气方案却没那么简单。目前汽车电子元器件防水透气普遍采用的是膨体聚四氟乙烯（ePTFE）透气膜，但在共腔油冷电机的减速器上，透气膜被油浸润后往往会导致其防水功能和透气功能失效。

在共腔体油冷电驱系统内，首先液体油会通过齿轮运动和车辆运动飞溅到腔体内的各个位置；其次是油雾化、气溶胶，通常不可见，是润滑油液被高速转动的齿轮剪切造成的；另外还有油蒸汽，由电机线圈的高热导致冷却油中小部分沸点较低的成分挥发形成。所以整个腔体内有油液、油雾、油汽共同存在，简单的透气膜直接面对这些物质会很快失效，因此普通的透气膜方案不太适用于油冷电驱系统。

总结一下：对于电驱系统，尤其是油冷电机的防水透气产品需要能够应对多重挑战，首先要迅速平衡内外部压差，其次是要防止雨水、灰尘、车用液体等污染物的进入，再就是电驱动的防水透气方案必须能面对内部复杂的油汽环境。

适用于电驱系统的GORE®汽车防水透气产品

戈尔是怎么解决这些问题的？戈尔公司发明的防水透气产品VE2048不仅适用于电驱动，还可用于传统油车的传动系统和驱动系统。这款产品于2008年上市，至今已有14年历史，目前美国、欧洲、日本等地的许多大型主机厂都在使用这款产品，该产品出货量已超过了3000万件。近年来，这款产品在电驱动上的应用量已超过200万件。

图片来源：戈尔

接下来具体看一下这款产品的内部结构。上层白色的薄膜是由戈尔发明的ePTFE透气膜，具有防水、防尘、透气以及疏油的功能。它顶部有保护盖，可以防止这层透气膜受到来自外部的机械冲击。下层的灰色部分是预过滤器，起到吸附气溶胶的作用，这是由戈尔通过多年广泛的材料筛选和大量的实验室测试比较后得到的最优设计。最下边的尖锥结构可直接插入电驱系统或减速箱上的胶管进行安装，方便快捷。

戈尔的VE2048目前已经用于油冷电机、减速机，以及油冷电机和减速共腔体的集成型电驱系统。该产品最早用于电驱系统上是在2017年，至今已超过5年。超过20个已量产的电驱平台采用VE2048作为其防水透气方案，并且至今保持零售后投诉。值得强调的是，有部分应用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每年行驶里程远超于普通私家车，这也验证了VE2048的高可靠性和耐久性。正因如此，目前已有越来越多的客户正在和戈尔探讨如何将VE2048应用于混动车和纯电车的电驱动平台。

正如前面所说，电驱系统和其他电子产品相比，在防水透气方面有其特殊性，应用环境较恶劣，外部有水、灰尘、砂石甚至有腐蚀性液体，内部有各种形态的油液、油雾、油汽，再加上各种振动、机械冲击等，这需要我们在设计电驱动的早期阶段就要考虑如何设计和选择防水透气方案，否则后期可能将面临无法达到设计目标或验证不够充分的情况。

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戈尔推荐采用胶管连接的安装方式，也有部分厂家出于空间、成本以及生产组装方面的考虑自己设计了一些其他类型的安装方式，总之VE2048下面的接口适用于多种安装方式。除了安装方式之外，还有一些通用的原则来保证这款透气塞的可靠性和寿命。

首先要在安装透气塞的通孔下需设计挡油板或者迷宫结构，避免油液直接飞溅进透气塞，导致透气塞提前失效。

再是它的安装位置，将这款防水透气产品尽量布置于远离气溶胶来源的地方（如主齿轮）可使其寿命更长，且需要尽量远离产生油蒸汽的高温线圈，因此需尽量在开发早期就考虑到该产品的安装设计。

此外，虽然戈尔的这款产品的膜是疏油性的，偶尔接触到油液不影响其防水透气性，但应避免长期被油浸泡，这也是刚刚为什么要强调需要设计挡油板或者迷宫结构。

再来看一下戈尔是如何验证VE2048的性能的。戈尔通过了汽车行业的各种认证，对产品本身严格按照汽车行业的标准做了防侵入、温度、环境、机械、化学等各种测试，所以我们的产品是受到业界认可和客户信赖的。除此之外，我们也有选择性地做了一些车载测试。

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几年前戈尔就开始做了实车的涉水测试。戈尔将这款防水透气产品装载在车辆后桥齿轮箱上完成了多次涉水试验，深度为450毫米和600毫米，远高于国标及企业标准，该产品在测试过程中经受了比较强烈的水冲击。我们在不同测试阶段共做了5次循环，并在不同阶段抽样测试了齿轮箱内油品的水含量，发现没有任何变化，这说明VE2048即使在高强度的涉水测试中也有良好的防护表现。

我们还比较了仅采用防水透气膜的同类防水透气产品和戈尔带有集成预过滤部分的管道安装型防水透气产品，发现在行驶超过24万公里后，戈尔的VE2048防水透气产品透气量只略微减少，衰减较为平缓。而仅用同类防水透气膜的透气产品，在行驶不足800公里后就被气溶胶堵塞，衰减几乎垂直往下，透气量降至0，这就是为什么我们需要在有油的环境或电驱动的环境内对防水透气方案进行特殊考量。

对比测试

图片来源：戈尔

这是市面上用于电驱动或传动系统最常见的三个方案。我们对比了三个方案的各项性能和综合成本的比较，标红色的表示得分最低的部分。

第一个是长的通气管，可以看到它的红色项目最多，这也是为什么现在的电驱系统中透气管方案已经比较少见，因为无论是防水防尘和设计安装难度，还是在总成本方面它都不占优势。

第二个是金属带弹簧结构的透气帽，这个方案目前应用得较多，它在单件成本和设计安装难度上都表现不错。但考虑到它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最优的防水透气方案。当然，近年来市场上也有少数外形和VE2048类似的产品出现。

我们有一个实际案例。一家OEM的初始设计是这样一根通气管，总长超过一米，并且有7个固定卡扣，设计比较复杂。在车辆上市前几个月，该OEM发现这个方案无法通过100%涉水测试，所以他们急需找到一个能提供更好防护的解决方案。于是他们选择了戈尔的防水透气产品VE2048，就在很短的时间内完成了10万公里车载耐久测试。

在完成10万公里测试后打开VE2048的保护盖，透气膜上已经覆盖了很多泥土。而即使是这样恶劣的工况下，该产品的透气量还有80ml/min, 且把透气膜用水简单清洗一下后透气量又大幅恢复，达到了284ml/min。值得一提的是，该OEM的耐久试验条件可能相对比较恶劣，实际上我们看到很多返回的样品上并没有这么脏。而且我们在涉水工况或者是洗车的时候，这些灰尘和泥土都可以被冲掉。总而言之，即使经过了10万公里的测试，VE2048产品本身并未受到很大影响，仍保持了良好的透气量。相对于长通气管，戈尔VE2048提供了更简洁可靠的方案。

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再来看一组对比试验，第一次实验车上安装的是戈尔的VE2048，第二次实验车上安装的是金属透气帽。我们可以看到在涉水后，两种透气方案的齿轮箱都因为温度骤降，内部压力也相应降低，形成负压。但在VE2048的测试中，负压在涉水结束后迅速恢复到常压，而金属透气帽的方案中，负压保持了相当长的一段时间。

这是因为戈尔的方案中，透气膜是通过ePTFE微孔迅速的进行内外压力平衡；而金属通气盖的产品因为其固有的结构设计，无法迅速从负压中恢复过来。此时如果周边有残留的水滴就很容易因为负压被吸入腔体，带来机油乳化的风险或产生绝缘问题。另外，这种负压带来的另一个风险就是在帕邢定律下，负压会导致电弧放电风险。因此金属透气帽方案将对电驱系统尤其是油冷电机带来相当风险，越来越多的客户和主机厂也因此逐渐转向了戈尔的方案。

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防水透气产品最早由戈尔在2008年发明，但此后市场上逐渐出现了与我们外形相似的产品。这是VE2048和市场上和VE2048外形比较类似的一款产品的对比，我们称之为B零件。这个测试由戈尔美国实验室通过右上角的油气溶胶模拟装置来完成。这个装置可以产生将大量的油气溶胶，然后被气流输送经过透气塞，模拟驱动系统里的油汽环境，让透气塞快速失效，最后测试透气量来判断样件的耐久时间。

我们测试了5个VE2048，其透气量衰减曲线基本一致，大约在70小时后透气量降到失效标准。而用于对比的B零件，虽然其初始透气量远高于VE2048， 但只过了约17小时就会失效。当然也需要说明，这个测试结果采用的是戈尔的实验室模拟测试条件，只能用于参考，不能完全代表在实际车辆上的寿命表现。

戈尔产品在可靠性、技术专长和全球支持等方面，一直得到业内各个合作伙伴的深度认可。戈尔所有车规级产品均符合业界严格的测试标准，且戈尔在中国、日本、欧洲和美国都有测试实验室，为客户技术支持服务。也可以提供样件的分析测试，协助客户排查应用风险。

这款产品上市已超过14年，经过众多汽车制造商和各级供应商的证明和验证，为各种传动驱动系统提供高质量的保护和压力平衡。我们也希望戈尔的这款产品方案能助力更多的电驱系统，减少故障和风险，让电驱系统更加可靠耐用。

关于戈尔

戈尔是一家以材料科技为本的全球性公司，专注于材料科技，我们致力于把产品用在各种严苛的产品应用环境中，解决技术难题。我们在全球拥有12000名员工，是美国200家最大的私有企业之一。我们的研发和工厂分布于美国、德国、英国、日本和中国，销售办事处遍布全球各地。戈尔现在拥有超过5500个专利，年销售额超过45亿美金。戈尔拥有独特的企业文化，即员工的每个想法和每项发明都会得到重视，这使得戈尔连续十年被全球评为最佳职场。

根据不同行业的属性，戈尔公司内部有三大事业板块，分别是纺织品事业部、医疗产品事业部和汽车产品所在的创新方案事业部。创新方案事业部致力于提供突破性的高性能解决方案和复杂产品，涵盖几个关键市场和行业，例如半导体、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业界领先的产品。

戈尔公司进入汽车行业已经有超过35年的历史，一直与汽车制造领域的各大Tier1 和OEM保持良好的合作。除了电驱系统，我们在电动车上的典型应用涉及到自动驾驶/ADAS传感器、底盘与传动系统以及动力储能系统等。凭借可靠的科学基础和专业知识，戈尔为电动汽车电子元器件的综合防护提供解决方案。

（以上内容来自戈尔（深圳）有限公司应用工程总监方伟于2022年12月8日，由盖世汽车主办的2022第三届汽车电驱动及关键技术大会发表的《适用于电驱系统的GORE®防水透气产品》主题演讲。）

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