隨著整車電壓平臺(tái)從400V升高至800V，轉(zhuǎn)速一路攀升到25000RPM，軸承電腐蝕演變成為一個(gè)勢(shì)必會(huì)發(fā)生的問題，由此受到新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)的高度重視。

在NE時(shí)代舉辦的2022 xEV電驅(qū)論壇上，一汽、博格華納、上海電驅(qū)動(dòng)、和騁科技等企業(yè)均討論了高壓系統(tǒng)下軸電壓的危險(xiǎn)以及防護(hù)機(jī)制。NE時(shí)代也與專注于軸承電腐蝕解決方案的和騁科技核心團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了深入交流：軸承電腐蝕為什么在近兩年突出性的爆發(fā)？它是如何產(chǎn)生的？哪些防護(hù)機(jī)制更貼合客戶需求？

“護(hù)承核”誕生

和騁科技創(chuàng)立于2013年，其核心團(tuán)隊(duì)成員主要來自化工專業(yè)、電氣化專業(yè)、工業(yè)企業(yè)管理等專業(yè)領(lǐng)域，大家為了電機(jī)防護(hù)這一共同的目標(biāo)，走到了一起。

和騁科技創(chuàng)始人兼總經(jīng)理劉煥峰自2001年起負(fù)責(zé)杜邦中國液體絕緣材料的引進(jìn)和開發(fā)，重點(diǎn)開拓國內(nèi)變頻電機(jī)的絕緣系統(tǒng)。2006年，杜邦能源解決方案小組成立，劉煥峰作為新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)的牽頭人，專注于解決變頻驅(qū)動(dòng)下尖峰電壓對(duì)絕緣系統(tǒng)的影響。他和團(tuán)隊(duì)成員在公司內(nèi)部推出《新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)絕緣結(jié)構(gòu)測(cè)試規(guī)范》現(xiàn)在被行業(yè)采納為團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)。劉煥峰發(fā)現(xiàn)，變頻驅(qū)動(dòng)帶來的次生災(zāi)害不僅對(duì)絕緣產(chǎn)生影響，而且也深刻影響著軸承。

歷經(jīng)軌道交通、風(fēng)力發(fā)電、新能源汽車的變頻電機(jī)系統(tǒng)的防護(hù)解決方案及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的研制，和騁團(tuán)隊(duì)對(duì)國內(nèi)外變頻器的防護(hù)機(jī)制及其應(yīng)用有了摸底性的理解，在電機(jī)防護(hù)以及軸承電腐蝕方面也有了更加深入的研究，為“護(hù)承核”導(dǎo)電環(huán)的研發(fā)打下了基礎(chǔ)。

2014年至2019年，由于當(dāng)時(shí)國內(nèi)新能源汽車普遍采用的是低壓、低頻、低轉(zhuǎn)速的電機(jī)，尚未遇到軸承電腐蝕問題。但劉煥峰和他的團(tuán)隊(duì)堅(jiān)信，在政策和市場(chǎng)的雙重推動(dòng)下,中國的新能源汽車將會(huì)迎來爆發(fā)期，高轉(zhuǎn)速電機(jī)的應(yīng)用將是必然，軸承電腐蝕問題不可避免。

歷時(shí)數(shù)年的默默研發(fā)和探索，經(jīng)過數(shù)千次實(shí)驗(yàn)與性能測(cè)試之后，和騁自主研發(fā)的“護(hù)承核”導(dǎo)電環(huán)在2020年基本定型。就在NE時(shí)代交流的當(dāng)天，載著上萬只“護(hù)承核”的貨車，從生產(chǎn)車間出發(fā)，緩緩駛向300多公里外的南京市。劉煥峰介紹稱“目前，‘護(hù)承核’已經(jīng)在新能源領(lǐng)先品牌的乘用車領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)批量裝機(jī)。”

談起“護(hù)承核”的特點(diǎn)，劉煥峰和他的團(tuán)隊(duì)充滿自豪，并在和騁的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)展示了相關(guān)性能測(cè)試，從演示實(shí)驗(yàn)看，裝“護(hù)承核”導(dǎo)電環(huán)的電機(jī)軸電壓無論是絕對(duì)值，還是殘留率都非常低。在這間實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，NE時(shí)代看到不少有趣的檢測(cè)儀器。 和騁工作人員介紹“包括耐久性試驗(yàn)、纖維拉脫力試驗(yàn)、ATF油兼容試驗(yàn)、電機(jī)軸電壓、動(dòng)態(tài)電阻以及不同溫度不同轉(zhuǎn)速模擬實(shí)驗(yàn)均可在這個(gè)實(shí)驗(yàn)室完成。很多測(cè)試工裝和設(shè)備都是具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的?！?/span>

劉煥峰進(jìn)一步解釋稱，非絕緣軸承在靜態(tài)時(shí)的電阻一般在1Ω左右，安裝國外友商導(dǎo)電環(huán)后軸電阻大概在6-20Ω，最低也有3Ω，在剛起步和加減速的時(shí)候，就很難起到對(duì)軸承的保護(hù)作用。因此和騁科技設(shè)定的第一個(gè)目標(biāo)是使用“護(hù)承核”導(dǎo)電環(huán)后軸對(duì)地電阻要低于1Ω。在不斷反復(fù)調(diào)整和驗(yàn)證以后，目前 “護(hù)承核”導(dǎo)電環(huán)接觸電阻降到了0.1-0.3Ω。

針對(duì)國外友商用板和槽多組件將碳纖維緊固的方式，和騁創(chuàng)造性的采用一體化結(jié)構(gòu)，完全摒棄了有機(jī)材料輔助固定，不僅避開了友商的專利，而且在有油環(huán)境下使用，導(dǎo)電性也不會(huì)下降。

在“包容合作，安全可靠，創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)”這一核心價(jià)值觀的指引下，和騁科技不計(jì)較于一時(shí)的得失，致力于為客戶提供更可靠的解決方案?！巴ㄟ^自研自制，我們不僅能做出各項(xiàng)性能優(yōu)于國外友商的產(chǎn)品，而且要推動(dòng)整個(gè)行業(yè)降本增效。” 慣性思維使然，有些客戶覺得和騁產(chǎn)品出現(xiàn)時(shí)間比較短，對(duì)“護(hù)承核”的應(yīng)用效果有疑慮。但和騁團(tuán)隊(duì)堅(jiān)信隨著時(shí)間的推移，客戶會(huì)有不同的認(rèn)識(shí)。劉煥峰強(qiáng)調(diào)稱，“我們的愿景是為電機(jī)日益苛刻的使用條件，提供可靠的防護(hù)解決方案，重點(diǎn)落實(shí)在可靠上。相信越來越多的客戶會(huì)認(rèn)識(shí)到我們?nèi)耸强煽康?，方案是可靠的，產(chǎn)品是可靠的。我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室按照最高線速度60m/s干磨28萬千米，噴油20萬千米的苛刻條件測(cè)試，所有數(shù)據(jù)都是實(shí)實(shí)在在的?！?/p>

軸承電腐蝕突發(fā)性地爆發(fā)

軸電壓在變頻電機(jī)系統(tǒng)中是一直存在的，根源在于電機(jī)的共模電壓。而共模電壓又因變頻器的開關(guān)特性而產(chǎn)生，無法避免。軸電壓過高將產(chǎn)生油膜擊穿，破壞軸承滾珠和滾道，產(chǎn)生運(yùn)行噪音，影響軸承的使用壽命，嚴(yán)重的情況會(huì)產(chǎn)生軸承抱死，影響電機(jī)運(yùn)行和駕駛安全。

共模電壓的幅值大小與母線電壓正相關(guān)，而其頻率與變頻器的載波頻率有關(guān)。初代新能源汽車一般采用的是低頻低轉(zhuǎn)速的電驅(qū)系統(tǒng)，當(dāng)時(shí)潤滑油粘度較高，金屬之間的油膜較厚，因此軸承很少出現(xiàn)明顯的腐蝕問題。

“在乘用車汽車領(lǐng)域，2018年前軸電壓基本上沒帶來問題。而國外從2016年，國內(nèi)從2018年開始，電機(jī)轉(zhuǎn)速提高到16000RPM以上，潤滑油的粘度普遍較低，油膜耐電壓能力下降，經(jīng)過2-6萬千米整車運(yùn)行，相繼出現(xiàn)軸承電腐蝕問題?！眲ǚ鍖?duì)NE時(shí)代指出這一關(guān)鍵時(shí)間點(diǎn)。

800V技術(shù)的進(jìn)展無論是各部件系統(tǒng)的響應(yīng)還是可覆蓋的車型級(jí)別，都在產(chǎn)業(yè)鏈上下游的推動(dòng)下得到快速發(fā)展。SiC功率器件代替IGBT成為800V平臺(tái)的標(biāo)配。

電驅(qū)的四高化雙向壓縮了軸承油膜的耐電腐蝕生存空間：更高的電壓平臺(tái)抬升了軸電壓，更大的功率使感應(yīng)能量更多，高開關(guān)頻率則使得油膜受攻擊頻率更高，另外為適應(yīng)高轉(zhuǎn)速而變低的潤滑油/脂的粘度則使油膜厚度更薄，承受能力變得更差。所以這兩年突出性地爆發(fā)了軸承電腐蝕問題。

2018年后上市的高轉(zhuǎn)速電動(dòng)汽車、近年推出的800V整車，隨著行駛里程的增加，將必然會(huì)出現(xiàn)軸承電腐蝕問題。劉煥峰認(rèn)為，這是一個(gè)幾乎百分之百會(huì)發(fā)生的事情，無非是時(shí)間問題而已。合理的軸承電腐蝕防護(hù)措施會(huì)成為必然，現(xiàn)在幾乎每個(gè)車廠都面臨這個(gè)挑戰(zhàn)。

軸承電腐蝕問題的最優(yōu)解

通常行業(yè)解決軸承電腐蝕問題的思路有三種：1、限制，不讓它造成更大的影響；2、隔離，就像新冠一樣，做阻斷；3、疏導(dǎo)，把危害能量導(dǎo)到大地。

限制，通常來說是放共模磁環(huán)。這對(duì)改善系統(tǒng)EMI表現(xiàn)會(huì)有一定的幫助，但對(duì)降低因?yàn)楣材ｋ妷阂鸬妮S承電腐蝕幾乎沒有幫助。

阻斷，最簡(jiǎn)單的方式就是做絕緣。軸承是因?yàn)槭艿捷S承電流損害，換成絕緣軸承，就不會(huì)有電腐蝕。但該方式只能解決自身的問題，不能解決系統(tǒng)的問題。感應(yīng)源頭還在，軸電壓還在。如果電機(jī)前端后端都用絕緣軸承，那電壓就會(huì)在齒輪箱釋放，這樣會(huì)造成齒面的腐蝕。

疏導(dǎo)，包含導(dǎo)電碳刷、導(dǎo)電油封、導(dǎo)電軸承和導(dǎo)電環(huán)。其中導(dǎo)電碳刷在工業(yè)領(lǐng)域用得非常廣，但是有效導(dǎo)電面積不高，無法解決高頻電流趨膚效應(yīng)，而且耐磨性差。值得一提的是汽車電機(jī)運(yùn)行時(shí)震動(dòng)比較厲害，碳刷是比較容易折斷的。導(dǎo)電油封與軸配合只能緊配，不能過盈。緊配尺寸大了，抱緊力強(qiáng)，影響電機(jī)效率；緊配尺寸小了，失去導(dǎo)電性，尤其是油冷環(huán)境，油滲進(jìn)去以后阻抗會(huì)變得大，影響導(dǎo)電效果。導(dǎo)電軸承也因其自身特性，不是軸承電腐蝕問題的最優(yōu)解。

和騁科技在2022 xEV論壇上展示的解決方案——“護(hù)承核”高導(dǎo)電纖維接地環(huán)/棒，可通過纖維的長短調(diào)整與軸面的接觸程度。風(fēng)冷/水冷用的纖維長一些；油冷用的纖維會(huì)稍微短一些，比較硬、挺，能有效刺破油膜。據(jù)劉煥峰介紹，“護(hù)承核”導(dǎo)電環(huán)所采用的纖維為定制的高導(dǎo)電金屬改性纖維，其導(dǎo)電性能遠(yuǎn)優(yōu)于國外友商的純碳纖維導(dǎo)電環(huán)，且采用壓制入環(huán)的方式，不含任何膠粘劑。這些看似不起眼的改進(jìn)和創(chuàng)新，是“護(hù)承核”全壽命周期和可靠性的關(guān)鍵秘訣。

隨著對(duì)行業(yè)認(rèn)識(shí)的加深以及客戶需求的進(jìn)一步深挖，和騁也在不斷完善產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形式。目前有壓裝、螺栓安裝、導(dǎo)電棒式（伸到軸承里面，通過與軸承內(nèi)壁接觸，把電泄導(dǎo)掉）等，尺寸也可以根據(jù)客戶需求定制。劉煥峰介紹，“和騁不僅僅提供產(chǎn)品，而是基于我們的專業(yè)知識(shí)和不斷實(shí)踐驗(yàn)證，為客戶提供完整的定制化軸承電腐蝕解決方案。”

隨著整車對(duì)800V和高轉(zhuǎn)速電機(jī)應(yīng)用的增加，導(dǎo)電環(huán)迎來更充足的發(fā)揮空間。據(jù)劉煥峰介紹，和騁科技已拿到超50個(gè)新項(xiàng)目，并且積極地?cái)U(kuò)充產(chǎn)能，臨港新建工廠投產(chǎn)后導(dǎo)電環(huán)的年產(chǎn)能將從目前的100萬只增加到1000萬只，同步滿足市場(chǎng)需求。

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