新能源电驱动力总成防水防尘的应用及拓展

钟梁钢

浙江零跑科技有限公司 浙江杭州 310000

防水防尘要求在日常生活中经常会遇到，如日常使用的手机、电器使用说明书均有标明。如iPhone11 宣传中防水防尘等级能达到IP68 防护等级，当时也没啥概念[1]。IP 防护等级是由IEC 所起草，将电器依其防尘防水特性加以分级[2]。那针对新能源汽车，尤其是电驱动力总成的IP 防护等级至关重要，不仅涉及产品安全，更是我们人生安全不得忽视的一个指标。

1 电驱动力总成防水防尘现状

目前电驱动力总成趋势：电机+控制器+减速器高度集成化、油冷设计，高电压、高转速、高效率、高可靠性，对电驱动力总成的工作环境提出了新的挑战，且电驱动力总成工作安全性提出更高的要求。尤其针对高度集成化、高电压、高可靠性等趋势，对电驱动力总成防水防尘要求进一步提高[3]。

现阶段对于电驱动力总成常规要求是IP67，目前上海新能源汽车上牌的地标要求即IP67，故电驱动力系统必须要达到这个标准。如有更高要求常用有IP69K，该要求主要是提高了水的温度及压力，环境条件更加严苛，一般高压接插件都要求达到该防护等级。

电机和控制器由于内部存在高压，要求达到IP67 要求，目前行业趋势油冷电驱动力总成（如Tesla Modle3），电机和减速器内部腔体贯通，故减速器也逐渐需满足IP67 要求，IP 防护等级要求对安全性至关重要，此外，还需要关注电驱动力总成系统级的功能要求，如主动放电、高压互锁等，进而又会涉及到多种故障和响应机制的定义。

2 电驱动力总成防水防尘定义

防护等级多以IP 后跟随两个数字来表述，数字用来明确防护的等级。

第一位数字表明设备抗微尘的范围，或者是人们在密封环境中免受危害的程度。第二位数字表明设备防水的程度。

表2 IP 后第二位数字防水等级（电驱系统常用）

3 电驱动力总成如何满足IP67 要求

电驱动力总成在总体布置需求设计密封，但除此之外在加载运行时，会因为发热导致电驱动力总成腔体内部气体的热膨胀，会产生内外压差，故不能完全密封，同时要保证在温度骤降时，产生的冷凝液态或者雾状水汽不能通过，则电驱动力总成同时兼顾内外气压平衡又需满足IP67 要求，故电驱动力总成上会安装呼吸器。

呼吸器即防水透气阀，防水透气阀主要部件为内部的e-PTFE防水透气膜，憎水油及低透气量结构的膨体聚四氟乙烯（e-PTFE）薄膜与耐候性软胶一体式成型在金属件壳体上，具有抗外界潮气及阻水等级高，耐高温防油，单一性，以及抗紫外线等特点。

其工作原理为利用气体分子、液体及灰尘颗粒的体积大小数量级差异，气体分子可以通过，而液体、灰尘无法通过，从而实现防水透气目的。

4 电驱动力总成呼吸器如何选型

呼吸器的选择主要有以下几个关键指标：通气量、防护等级、环境适应性、安装方式。

4.1 通气量

呼吸器的通气量是由e-PTFE 防水透气膜来决定，e-PTFE 的孔隙率是决定通气量的关键。

电驱动力总成安装呼吸器的目的是为了保持电驱动力总成内部气压平衡，避免出现压力差。故需要计算电驱动力总成内部腔体在单位时间的气体压力变化量与单位时间呼吸器的透气量是否匹配。则需要清楚电驱动力总成的特性：电驱动力总成内部空腔体积，极限工况下单位时间气体压力的变化量（一般电驱动力总成工作温度需满足-40℃—85℃）。

根据密闭腔体气体平衡公式：

P=V/T＊常数(T 为绝对温度，273+℃)，通气量计算如下：

表3 通气量计算

一般情况下选用通气量大的产品会降低防水等级，且呼吸器内外压差达到25pa 就开始透气以保持电驱动力总成内外平衡。

4.2 防护等级

选择呼吸器本体的IP 防护等级，根据电驱动力总成的需要一般要求在IP67 以上。

4.3 环境适应性

环境适应性是指呼吸器在其寿命周期内的存储、运输及正常使用等状态在各种极端应力作用下实现其预定的全套功能要求。

呼吸器的环境适应性一般包括耐温度变化、抗UV 效果、跌落、盐雾、遇湿透气性、防尘率、耐老化等。

4.4 安装方式

呼吸器一般选用螺纹、卡扣式安装结构，安装便利，与壳体一般采用O 型密封圈，与应用产品安装可靠及操作方法简单易便[4]。

呼吸器在电驱动力总成中布局尽量布置在总成中心线偏上位置，便于总成运行时内部热气体及时从呼吸器排出，避免热空气中水蒸气上升遇到较冷的壳体而产生凝露现象；

呼吸器安装位置需考虑安装后不易被磕碰、避开正面经受风雨、避免外界灰尘等颗粒物聚集位置，尽量避免堵塞内部e-PTFE 防水透气膜，如宝马I3 布置于控制器箱体底部；

针对油冷电驱动力总成，呼吸器安装位置尽量布置在远离减速器润滑油位置或在内部做“迷宫”结构，避免减速器高转速时润滑油进到呼吸器内部，导致内部防水透气膜堵塞。

4.5 发展趋势

（1）呼吸器阀芯为防水透气膜+油汽过滤芯双层结构，阻挡油汽冲击，进一步提高效果，可适用于减速器及油冷电驱总成；

（2）增加憎水、憎油特性，有效防水疏油；

（3）多孔结构，快速平衡内外压差，有效降低盐晶产生。

5 结语

由于整车行驶环境复杂（如涉水、暴雨、沙尘等极端），对电驱动力总成的IP 防护等级要求会更加严酷；以及按新能源整车及电驱动力总成发展趋势，对电驱动力总成的呼吸器防护要求也会提出新的挑战，提高呼吸器的遇湿透气性、遇油透气性也是必然趋势。