应对汽车电动化的材料开发举措--以PCU的材料为中心

  • 发布:2019/7/4 8:22:44
  • 来源:宝理塑料

1. 前言

汽车产业正在迎来百年一遇的大变革,CASE(联网化、自动驾驶、共享、电动化)成为了重要的关键词。其中,电动化以地球环境问题为背景,为了满足以欧洲和中国为主的国家取代石油燃料的需求,内燃机车(ICE)正在加速转型为电动车辆(HEV、PHEV、EV、FCV)。英国、法国将从2040年起禁止销售ICE,挪威、荷兰、印度、中国也提出了未来只销售EV和HEV的方针。在这股电动化的浪潮中,本公司也在努力开发树脂产品,为汽车的电动化做出贡献。

2. 因电动化而变革的汽车零件

ICE使用燃料驱动引擎,于此相对,EV使用电池的电力驱动马达,因此需要具备大容量电池、驱动马达、为电池充电的充电枪、插口以及用于调整驱动马达输出功率的动力控制单元(PCU)。这些零件通过比传统汽车高得多的电压和强电流来驱动并控制。

 

3. PCU零件所需要的树脂

PCU为了驱动马达,需要将从电池供应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。本公司的产品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司产品。

3-1. 具有出色耐漏电起痕性的DURANEX® PBT CG7030

大环境的影响下,去年底以来汽车销售量呈现下滑趋势,业界也有部分担忧的声音。宝理还是看好总体成长的势头,集团把增产纳入规划以进一步拓展市场。技术部门也着力于新能源、低排放(VOC)、5G通讯等难度大的热门课题进行攻关。

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)”。

 

※关于耐漏电起痕性能

耐漏电起痕测试的一般方法如下面图片所示,在存在电解质水溶液的情况下,施加交流电压,评测其击穿绝缘的难度。CTI(相比漏电起痕指数)指的是不产生漏电起痕的最大电压,被当作耐漏电起痕性的指标。如果水分或盐分渗入高电压零件,产生漏电起痕现象,有可能会导致火灾事故,所以高电压零件的绝缘体需要选择CTI值较高的材料。

 

 

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,本公司研发出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。

热冲击断裂的原理

 

耐热冲击性能的提高

 

4. 面向未来的材料开发

虽然PCU出于绝缘目的使用了树脂,但外壳本身是金属。其外壳的树脂化可能会成为今后的趋势。树脂化的好处有例如节约电费(轻量化)和提高生产率。但是树脂化有一个很大的障碍。一般而言,金属树脂化的问题在于强度和尺寸精度(变化),不过以PCU为代表的电动化零件需要更类似金属的树脂,所以如何实现电磁波屏蔽性和高导热率也成为了课题。针对此类电动化零件的课题,本公司正在推进材料的研发。

下一代汽车对树脂的要求

 

4-1. 开发材料:电磁波屏蔽材料

随着汽车电动化的发展,各零件需要采取防止电磁噪声的措施(EMC※)。如果电磁噪声导致汽车的电子控制单元(ECU)出现误操作,将会造成巨大的问题。金属对电磁噪声(电磁波)具有较高的屏蔽性。而另一方面,由于普通树脂几乎没有电磁波屏蔽性,所以很难直接替换。本公司正在一边探索市场需求,一边开发具有电磁波屏蔽特性的材料。

电磁波屏蔽材料(开发材料)的屏蔽性能

 

※EMC(电磁兼容性)指的是同时解决EMI(电磁干扰问题)和EMS(电磁敏感度问题)。

5. 结语

本次我们主要介绍了面向PCU的材料。现在,市场上以电动化作为关键词的各种零件正在不断被研发,代表性的有马达和电池的零部件。我们会另寻机会介绍这些PCU以外的零部件材料的趋势。今后,我们将会继续作为专业的工程塑料制造商,努力研发符合市场需求的材料。

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[责任编辑:张赞丽]

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