颁布功夫：2020-12-28点击：4078
引言
因杰出的导电性 ，铜排是新能源电驱系统高压承载的零件之一。由于空间问题 ，高压铜排之间或者铜排与壳体之间的间隙往往很幼。在这样的情况下 ，就必要一个绝缘资料将彼此隔开。
绝缘资料有好多种 ，好比玻璃、陶瓷就是很好的绝缘资料 ，在电驱系统中常用的绝缘资料是塑料。
对于塑料宽泛的诠释：以单体为原料 ，通过加聚或缩聚反映聚合而成的高分子化合物 ，重要成分是树脂。
一、高压绝缘关注什么？
从利用工程师的角度启程 ，即便我们没有系统的进建过高压绝缘知识 ，只有凭据尺度保障电气间隙、爬电距离这两个指标达到要求 ，就根基能够保障设计的高压系统绝缘不会出大问题了。
那么为什么电气间隙和爬电距离这么重要呢?
1. 维持电气间隙很容易理解。在高压线路开关的瞬间 ，两极之间会产生颇为壮观的电弧 ，当距离拉开后 ，电弧隐没。电弧的产生是由于强电场使空气分子被电离 ，也就是发生了所谓的绝缘失效—空气介质击穿。这个景象就很好说了然只有维持肯定距离 ，那么两个高压零件之间的空断气缘就没有问题。
2. 为什么必要维持爬电距离？什么是爬电距离？在回覆这个问题之前 ，我们先来看看GBT4939（信息技术设备安全）中对于爬电距离的根基要求：
爬电距离的尺寸该当确保在给定的工作电压和传染等级下不会出现绝缘闪络或绝缘击穿（例如 ，由于电痕化引起）。
这里出现了一个陌生的名词—闪络 ，行业内对闪络诠释是指固体绝缘子周围的气体或液体电介质被击穿时 ，沿固体绝缘子表表放电的景象。前面我们谈到的维持电气间隙 ，是为了预防通过气隙放电 ，也就是说维持爬电距离是为了预防另表一种区别于空气击穿的高压绝缘失效。
尝试批注：沿固体介质表表的闪络电压不只有比同体介质自身的击穿电压低得多 ，并且也比极间距离一样的纯气隙的击穿电压低不少。应该把稳的是 ，这不仅涉及表表干燥、清洁时的个性 ，还应试虑表表湿润、传染时的个性 ，显然 ，在后一种情况下的沿面闪络电压必然降得更低。这 ，就是我们会什么要维持爬电距离的底子原因。
在相识了电气间隙和爬电距离的意思后 ，以下面两张图来诠氏缃者在丈量上的差距（不外多拓展 ，有兴致能够查看IEC60950 ，实线是电气间隙 ，虚线是爬电距离）。
二、高压绝缘塑料个性—电气
前面谈到高压绝缘失效常见两种模式有两种：击穿和闪络 ，这是分析塑料资料的电断气缘个性的一个基础。那么塑料资料电气机能有关的参数有哪些呢？具体又是若何影响电气机能？
1. 体积电阻率（Volume resistivity）
体积电阻率 ，是资料每单元体积对电流的阻抗 ，用来表征资料的电性质 ，单元是Ω·m。
塑料绝缘资料在电场下 ，也会有很幼的电流通过 ，所以体积电阻率的测试步骤就是将资料在要求电压下维持规按功夫 ，并丈量所产生的电流。
为了理解分歧资料的差距 ，我们先来相识分子极性 ，这是理解塑料资料电热机能的纽带 ，极度重要！
我们说分子有极性是说这个分子内电荷散布不均匀 ，或者说 ，正负电荷中心没有重合。分子的极性取决于分子内各个键的极性以及它们的分列方式。
通俗理解 ，就是极性代表活跃 ，非极性就是不活跃。所以通常来说非极性高分子的电阻率要略大于极性高分子的电阻率。我们比力熟悉的苯就是典型非极性分子（记住这个结论 ，后面还会用到） ，NH3就是典型的极性分子。
2.介电强度（Dielectric strength）
介电强度 ，是资料抗高电压而不产生介电击穿能力的量度 ，将试样搁置在电极之间 ，并通过一系列的步骤升高所施加的电压直到发生介电击穿 ，以此丈量介电强度 ，单元是kV/mm。介电强度越大 ，对电荷的约束能力的上限就越大越强。
1. 相对漏电起痕指数（Comparative Tracking Index ( CTI )
相对漏电起痕指数是指资料表表能经受住50滴电解液（0.1%氯化铵水溶液）而没有形成漏电痕迹的***高电压值。我们能够单一的理解为塑料抗传染的能力。
若是各人对前面爬电距离的诠释还有印象的话 ，那么就更能理解为什么爬电距离要和CTI扯上关系。健忘的话不要紧 ，我们再温习下前文内容。
尝试批注：沿固体介质表表的闪络电压不只有比同体介质自身的击穿电压低得多 ，并且也比极间距离一样的纯气隙的击穿电压低不少。应该把稳的是 ，这不仅涉及表表干燥、清洁时的个性 ，还应试虑表表湿润、传染时的个性 ，显然 ，在后一种情况下的沿面闪络电压必然降得更低。
整个失效的过程：
(1)首先资料表表存在湿润与污秽+电场足够大时 ，表表将有漏电流产生
(2)在电流的焦耳热作用下 ，水分被蒸发 ，表表液膜的分离形成的缝隙（称为干燥带）
(3)在干燥带形成瞬间液膜间场强达到放电场强而导致放电
(4)放电产生的热量使资料表表部门碳化
(5)由于碳化天生物的导电率高 ，此处的电场密度集中于该碳化部门 ，引起放电的反复发生 ，在其周围产生更多的碳化物 ，形成碳化导电路 ，并向电极方向伸展 ，***终导致短路
除了上述几个参数以表 ，塑料电机能有关参数还有耐电弧能力（干烧）、耐电晕能力、耐部门放电能力（绝缘资料含有杂质、气孔等 ，导致部门放电）等。
三、高压绝缘塑料个性—机械
绝缘资料首先要满足的是高压绝缘要求 ，其次要满足的是系统机械机能要求。塑料资料机械失效比力容易理解 ，常见的失效模式有断、裂、碎。在会商机能参数之前 ，我们先来看下高分子资料常见的应力—应变曲线。
1 拉伸强度（tensile strength）
抗拉强度表征资料***大均匀塑性变形的抗力 ，测试过程中试样拉伸至断裂的过程中 ，***大的拉伸应力就是拉伸强度 ，单元MPa
2.断裂延长率（Elongation at break）资料在拉伸断裂后 ，总伸长与原始标距长度的百分比。工程上常将δ≥5%的资料称为塑性资料；把δ≤5%的资料称为脆性资料。换言之 ，断裂延长率越大 ，资料越脆。
高压绝缘塑料个性—热机能
前面我们会商了好多塑料资料关键参数：体积电阻率、介电强度、拉伸强度等。资料供给商提供的物性表中的值通常来说都是常温下测得 ，也不蕴含资料的耐久老化（在高分子资料的使用过程中, 由于受到热、氧、水、光、微生物、化学介质等环境成分的综合作用 ， 高分子资料的化学组成和结构会发生一系列变动 ， 物理机能也会相应变坏, 如发硬、发粘、变脆、变色、失去强度等 ， 这些变动和景象称为老化）。
所以在资料选型过程 ，除了看常温下的物性表 ，更必要关注资料关键参数在分歧温度分歧环境下的老化以来的机能。
谈到老化 ，我们首先必要相识资料的一个极度重要的指标—玻璃化转变温度（Tg）
玻璃化转变温度是指由玻璃态转变为高弹态所对应的温度。玻璃化转变长短晶态高分子资料固有的性质 ，是高分子活动大局转变的宏观体现。通俗理解 ，玻璃化转变温度以下 ，塑料被“冻结” ，险些无老化；玻璃化转变温度以上 ，塑料资料起头老化 ，温度越高 ，老化越严重。当然 ，温度的提升并不全数是坏处 ，有时会提高资料的某些参数 ，好比我们关注的拉伸强度。
作为电驱动系统中的高压绝缘零件 ，在某些场所下 ，我们会必要思考资料的耐油性。由于高聚合物分子自身的个性 ，油溶剂分子能够渗入到内部。而影响渗入的成分重要有资料结构、玻璃转化温度、结晶机能 ，所以在评估塑料资料是否耐不耐油 ，能够从以下两点启程。在一样温度下 ，玻璃转化温度越低 ，越容易渗入油液渗入发生在非结晶区域 ，因而结晶度较高的资料不容易发生透
但是获得资料的老化数据成本是相对较高的 ，因而资料供给商并不会每个商标城市进行老化数据测试。所以在没有这些老化数据之前 ，我们通常以资料的热变形温度(Heat deflection temperature, HDT) ，来代表资料短期的受热能力。
热变形温度是负荷挠曲温度的通俗说法。它是高温下测定塑料刚性的一种步骤：在肯定负荷下 ，以肯定速度持续加温 ，直到状貌显示批示变形量时的温度。
四、高压绝缘塑料个性—增长剂
为了满足分歧机能要求 ，塑料资料经；嵩龀じ骼嘣龀ぜ ，这就犹如烧菜时添各类佐料通常。塑料资料***常见的增长剂 ，也是我们***熟悉的莫过于玻纤（无机非金属资料 ，能有效的提高资料的拉伸强度） ，即资料商标后面的英文字符GF。其他的增长剂还有好多 ，好比热不变剂/抗氧化剂/发泡剂/阻燃剂。关于增长剂遇到的比力多的问题有两个。
1. 价值
以玻纤为例 ，GF40资料比GF30资料 ，玻纤含量高 ，拉伸强度高 ，是不是价值也更贵一点呢？
其实不然 ，玻纤的价值远远的低于塑料基材。玻纤多 ，基材就少 ，物料成本反而低 ，另表通过玻纤提高拉伸强度的同时 ，其他参数会变差 ，如塑性。这种此消彼长的副作用 ，必要我们郑重的去抉择。
五、电驱系统必要V0阻燃吗？
回到这个问题之前 ，我们先来大体相识下除了V0还有哪些阻燃等级？扇夹訳L94等级是利用***宽泛的塑料资料可燃机能尺度 ，它用来评价资料在被点燃后熄灭的能力。UL94共12个防火等级 ，别离是：HB ，V-0 ，V-1 ，V-2 ， 5VA ，5VB ，VTM-0 ，VTM-1 ，VTM-2 ，HBF ， HF1 ，HF2。
在这里我们重点看下HB和V0。HB是UL94尺度中***低的阻燃等级。试验步骤是水平夹住试片的一端与水平成 45±2 度 ，取一铁网 ，水平固定在试片下方 10±1mm ，将本生灯（火焰高度20mm左右）成 45 度 ，移动到试片另一端接触样品 6mm ，并计时 30±1 秒后移开 ，待试片烧至 25mm 象征时 ，启动另一计时器。若在 30±1 秒内就烧至 25 mm 的象征时 ，启动另一计时器 ，并将本生灯移开。V0的试验时也称为50w垂直点火测试 ，这是由于点火的能量在50w左右。试验步骤是本生灯（火焰高度20mm左右）接触样品下方中心点点火 10±0.5 秒后 ，以 300mm/s 的速度移开本生灯 ，距离试片至少 150mm ，并纪录***次的自燃功夫。自燃终场后 ，顿时进行第二次点火 ，点火 10±0.5 秒后 ，移开本生灯 ，并纪录第二次自燃功夫及火焰熄灭后的炽红功夫。
从测试规范以及要求限致反看 ，V0阻燃等级是高于HB ，这也就是为什么新能源汽车行业会出现阻燃性V0要求之一。那么对于这样的要求 ，正本HB阻燃的资料就无法满足新的要求 ，必须采取措施提升阻燃性 ，***常见的步骤就是增长阻燃剂。所以我们能够看到同样大类的资料 ，好比PPA ，就有HB阻燃和V0阻燃分歧商标。在现阶段的技术水平下 ，阻燃增长剂的副作用相比玻纤是巨大的 ，不仅拉伸强度和韧性会大打折扣（出格是熔接痕处） ，并且大部门阻燃剂在高温下易分化 ，开释出酸性物质 ，对金属拥有侵蚀作用。
新能源汽车销毁一向是备注关注的焦点问题 ，其带来的社会影响巨大 ，这在肯定水平上推动了对行业内塑料零件阻燃性提高的器重。
回到我们要会商的问题：新能源电驱系统必要V0阻燃吗？
只有在可燃物、助燃物、点火源三个前提同时具备的情况下 ，可燃物能力发生点火。对于电驱系统而言 ，密封等级通常IP67 ，内部零件以金属为主 ，从这个角度启程启程 ，电驱系统因资料阻燃性失效导致的的严重度、频度、探测度都是比力低的。当然对于设计而言 ，是一目十行的过程 ，没有***好的选择 ，只有更好的选择。
衡量价值、机能、造作、等多方面方面成分 ，在目前的阶段 ，我以为电驱系统技从工程角度来说是不必要把V0阻燃作为硬性要求 ，当然有V0能力那当然是***好的。
六、高压绝缘塑料个性—资料选型
塑料资料种类繁多 ，以巴斯夫塑料产品金字塔为例（分歧公司 ，存在些许差距） ，多达40余种。
在电驱系统中常见有5种：PA6、PA66、PPA、PPS、PBT。
PPS是聚醚类塑料 ，分子式给人的***感触就是刚的一塌糊涂 ，不变的像个“龟壳” ，这个“龟壳”就是苯 ，苯拥有分歧于鼓和化合物的性质 ，不易加成、不易氧化、碳环异常不变 ，这些性质总称为芳香性(非极性或弱极性)。
PBT也有一个“龟壳” ，那应该也很不变咯？是的 ，PBT台甫聚对苯甲酸丁二醇酯 ，属于芳香族聚酯 ，也拥有前面谈到的芳香性。
PA6、PA66就是我们生涯中时时提到的尼龙类（聚酰胺俗称尼龙（Nylon））。若是说芳香性资料是“闷”的脾气 ，稳重；那么尼龙就属于“开朗”的脾气 ，兼容***。
也许有读者发现了 ，前面谈到5种常见塑料 ，为什么只有4种分子式 ，还有一种呢？PPA去哪了？
PPA比力特殊 ，有时辰又被叫做“PA6T”。PPA是以间苯二甲酸、对苯二甲酸、己二酸和己二胺之间缩聚形成的聚合物的共混物 ，是一种半结晶性的半芳香尼龙。***常见的共混方式莫过于PA6T/66 ，既是芳香又是尼龙 ，所以PPA的综合机能极度优异 ，当然价值也不菲 ，终于是特种尼龙。
那么电驱系统绝缘结构零件该选什么资料呢？
对于开裂的直观理解就是资料太脆（断裂延长率。 ，在温度交变和大应力作用下容易发生。因而资料的脆性是在绝缘结构设计选型过程中必要重点关注的参数。
前面谈到 ，尼龙的韧性天生优异芳香性资料 ，思考到脆性失效 ，是不是不能用芳香性资料？
但前面又谈到尼龙的热不变性是天生不如芳香性资料 ，思考到老化失效 ，是不是不能用尼龙了？这样的迸作或许有些极端 ，但之前问题的答案也就天然而然的出来了。当资料无法更改 ，那么合理的结构设计是能够躲避资料自身的不及。当结构无法调整 ，那么合理的资料选型时能够躲避设计的不及。现实工作过程中 ，我们也遇到过韧性好的零件开裂 ，也遇到过韧性不好的零件开裂。解决步骤有好多 ，好比增长厚度就是一个不错的选择 ，当然更换一个韧性更好的资料也是比力常用的急剧解决规划。
七、高压绝缘设计尺度
接下来 ，我们来谈下高压绝缘设计尺度。也就是前面谈到的那些参数限值几多问题。
关于电气间隙与爬电间隙：新能源电驱动系统尺度解读与拓展：电器间隙与爬电距离 ，对现有的国度/行业尺度进行了系统的网络 ，各人能够参考。但必要把稳的是 ，这些尺度里的限值并不是硬性的指标 ，而是参考。
有些参数我们很容易凭据系统工况进行限造 ，好比凭据CAE分析对资料拉伸强度进行要求 ，凭据系统***高温度对资料HDT进行要求 。但体积电阻率、介电强度、断裂延长率等参数呢？
回到前面的资料脆性会商 ，资料脆会导致开裂 ，但脆只是一个个性。多脆会导致失效呢？对于统一个大类 ，PPS通过增长增长剂能够提高韧性 ，而PPA增长增长剂后也可能会降低韧性.电驱系统的高压化、轻量化的发展给塑料资料的利用提供机缘。
起源：调皮的jinx公家号 汽车资料专家于斌先生
