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應對汽車電動化的材料開發舉措--以PCU的材料爲中心

  • 发布:2019/7/4 8:22:44
  • 來源:寶理塑料

1. 前言

汽車産業正在迎來百年一遇的大變革,CASE(聯網化、自動駕駛、共享、電動化)成爲了重要的關鍵詞。其中,電動化以地球環境問題爲背景,爲了滿足以歐洲和中國爲主的國家取代石油燃料的需求,內燃機車(ICE)正在加速轉型爲電動車輛(HEV、PHEV、EV、FCV)。英國、法國將從2040年起禁止銷售ICE,挪威、荷蘭、印度、中國也提出了未來只銷售EV和HEV的方針。在這股電動化的浪潮中,本公也在努力開發樹脂産品,爲汽車的電動化做出貢獻。

2. 因电动化而变革的汽车零件

ICE使用燃料驅動引擎,于此相對,EV使用電池的電力驅動馬達,因此需要具備大容量電池、驅動馬達、爲電池充電的充電槍、插口以及用于調整驅動馬達輸出功率的動力控制單元(PCU)。這些零件通過比傳統汽車高得多的電壓和強電流來驅動並控制。

 

3. PCU零件所需要的树脂

PCU为了驱动马达,需要将从电池供應的直流电压转换为三相交流电压,而为了给电池充电,需要具备将发电机产生的交流电压转换成直流电压的功能。树脂作为绝缘零件,被应用于反应器、变频器外壳、电流传感器、DC-DC转换器等。另外,因为PCU有高电流、高电压通过,就需要在使用环境下具备高度绝缘特性的树脂。再加上随着近年来小型化、轻量化的发展,对于树脂的耐热冲击性和焊接耐热性也开始有所要求。

由于汽车零件用于非常严酷的环境(例如,-40~150℃、~95%RH),所以树脂需要具备在这种环境下的耐性。特别是以PCU为代表的高电压零件,由吸水导致的绝缘特性降低被列为风险点之一。本公的产品DURANEX® PBT、DURAFIDE® PPS吸水率很低,具有在汽车严酷的环境下依然能保持绝缘特性的优点,被大量应用于高电压零件。下面为您介绍一款已被客户采用的本公产品。

3-1. 具有出色耐漏电起痕性的DURANEX® PBT CG7030

大環境的影響下,去年底以來汽車銷售量呈現下滑趨勢,業界也有部分擔憂的聲音。寶理還是看好總體成長的勢頭,集團把增産納入規劃以進一步拓展市場。技術部門也著力于新能源、低排放(VOC)、5G通訊等難度大的熱門課題進行攻關。

国家工信部授权中国汽车技术研究中心主导的绿色材料清单这一重点项目中,宝理的POM产品“夺刚 DURACON M90LV”作为唯一的工程塑料入选首批“车用绿色塑料(低VOCs)”。

 

※關于耐漏電起痕性能

耐漏電起痕測試的一般方法如下面圖片所示,在存在電解質水溶液的情況下,施加交流電壓,評測其擊穿絕緣的難度。CTI(相比漏電起痕指數)指的是不産生漏電起痕的最大電壓,被當作耐漏電起痕性的指標。如果水分或鹽分滲入高電壓零件,産生漏電起痕現象,有可能會導致火災事故,所以高電壓零件的絕緣體需要選擇CTI值較高的材料。

 

 

3-2. 耐热冲击性出色的DURAFIDE® PPS 6150T73

近年来,为了满足零件小型化、轻量化的要求,树脂和金属一体成型的方法(嵌件成型)成为主流。嵌件成型时,由于金属部分和树脂部分的线膨胀率不同,树脂在温度变化时有可能会裂开,所以树脂需要具备防止开裂发生的高耐热冲击性。同时,由于需要将金属零件保持在适当的位置,这也需要具备较高的尺寸精度。针对这些市场需求,本公研发出DURAFIDE 6150T73。该品级在具有较高耐热性和耐化学品性的PPS的基础上被赋予了出色的耐热冲击性能和加工性以及较高的尺寸精度。在传统技术中有一个问题,如果提高成型性(流动性)就会降低耐热冲击性。通过优化PPS的基体高分子、各种充填材料和添加剂,并改良改性技术,我们创造出这一兼具高成型性和耐热冲击性的品级。现在,我们正在电动汽车的零件方面拓展市场,销量稳步增长。

熱沖擊斷裂的原理

 

耐熱沖擊性能的提高

 

4. 面向未来的材料开发

雖然PCU出于絕緣目的使用了樹脂,但外殼本身是金屬。其外殼的樹脂化可能會成爲今後的趨勢。樹脂化的好處有例如節約電費(輕量化)和提高生産率。但是樹脂化有一個很大的障礙。一般而言,金屬樹脂化的問題在于強度和尺寸精度(變化),不過以PCU爲代表的電動化零件需要更類似金屬的樹脂,所以如何實現電磁波屏蔽性和高導熱率也成爲了課題。針對此類電動化零件的課題,本公正在推進材料的研發。

下一代汽車對樹脂的要求

 

4-1. 开发材料:电磁波屏蔽材料

隨著汽車電動化的發展,各零件需要采取防止電磁噪聲的措施(EMC※)。如果電磁噪聲導致汽車的電子控制單元(ECU)出現誤操作,將會造成巨大的問題。金屬對電磁噪聲(電磁波)具有較高的屏蔽性。而另一方面,由于普通樹脂幾乎沒有電磁波屏蔽性,所以很難直接替換。本公正在一邊探索市場需求,一邊開發具有電磁波屏蔽特性的材料。

電磁波屏蔽材料(開發材料)的屏蔽性能

 

※EMC(電磁兼容性)指的是同時解決EMI(電磁幹擾問題)和EMS(電磁敏感度問題)。

5. 结语

本次我們主要介紹了面向PCU的材料。現在,市場上以電動化作爲關鍵詞的各種零件正在不斷被研發,代表性的有馬達和電池的零部件。我們會另尋機會介紹這些PCU以外的零部件材料的趨勢。今後,我們將會繼續作爲專業的工程塑料制造商,努力研發符合市場需求的材料。

關鍵詞:

性欧美vkdeo高清-汽車電動化,汽車材料

[責任編輯:張贊麗]

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