新能源汽车800V的扁线技术路径深度解析：厚漆膜 VS PEEK

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800V被认为是下一代电动车必经之路，2019年保时捷发布全球首款800V车型Taycan。现代E-GMP5、奔驰EVA、通用第三代纯电动平台以及大众Trinity，都选择了800V电压平台。吉利SEA浩瀚平台、广汽、奇瑞、上汽等车企都在规划800V的方案，800V成为车企新一轮竞争的制高点。

800V的核心优势是快充性能提升明显。800V电压平台搭配350kW超级充电桩所能实现的充电速度，不仅比目前常见的120kW直流快充桩要快上很多，更逐步接近传统燃油车在加油站加油的使用体验，尤其对于没有家用充电桩安装条件、充电依赖公共充电设施的用户来说是一大利好。Taycan支持800V直流快充，最大充电功率250kw，在22.5分钟内能从5％充到80％的电量。在补能焦虑依旧困扰电动车发展的背景下，如何比拼补能速度成为新的焦点，800V在这方面具有得天独厚的优势。

上图（左）：保时捷Taycan

（右）：Taycan 快充SOC-功率曲线图

800V能显著降低高压线束线径，减少发热，降低质量，节约线束成本。电压等级从400V提高至800V，根据最简单的P=UI，在输出相同功率的情况下，800V系统所传输的电流就更小，线缆线径和重量就可以降低，节省线束的成本及安装空间。

800V平台下电晕腐蚀出现概率增加，电晕腐蚀会对电机绝缘造成重大危害。电晕放电（corona discharge）是指气体介质在不均匀电场中的局部自持放电，是最常见的一种气体放电形式。通常发生在在曲率半径很小的尖端电极附近，如绕组出槽口处、绕组绝缘层内部等。电晕即气隙放电，部分能量转换为光、热、声、电磁等，会造成：

热效应局部温度升高，绝缘老化等；
机械损坏，大量带电离子“电子和正负离子”以高能量和高速度撞击，造成绝缘层机械强度降低、局部放电区域绝缘层出现麻点、麻坑、孔眼等绝缘失效问题；
化学损坏，气体局部放电形成臭氧，臭氧化学性质不稳定，易生成氧化氮，再与水蒸气反应生成硝酸，腐蚀绝缘层。

上图（左）：脉冲电压

（右）：电晕腐蚀

要满足800V的技术要求，主要通过两种技术路线：

厚漆膜工艺；
薄漆膜+PEEK膜包工艺；

提升漆膜厚度是最简单有效的途经，漆包线的绝缘性能与漆膜厚度成正比，现在主流的新能源扁线的结构是：内层为铜扁线导体，根据扁线性能要求和使用领域不同，铜扁线导体外涂设有二层或者三层绝缘漆膜，漆膜具体包括底漆层、耐电晕漆层和面漆层。第一层为聚酯亚胺或者聚酰胺酰亚胺漆膜，第二层为耐电晕漆膜，第三层为聚酰胺酰亚胺或者聚酰亚胺漆膜。

上图：扁线道题漆膜涂层分布

根据精达股份杨思伟的讲话，厚漆膜工艺解决电晕腐蚀主要有以下3条路线：

提高漆包线的局部放电起始电压(Partial Discharge Inception Voltage，PDIV)值：使漆包线的PDIV值高于电机运行中的过冲电压，保证不会因为局部放电而发生绝缘损耗现象。高压电机用的漆包线，通常采用介电常数低的PI漆膜，因为PDIV和介电常数呈反比关系，介电常越低PDIV值越高。另外还可以增加漆膜厚度，从而达到提高PDIV值。目前精达股份可以做到双边膜厚320μm，PDIV可达2300Vp以上。

提高漆包线的耐电晕性能：过提高漆包线的耐电晕性能来增加漆膜的寿命。它是通过延长破坏通道路径，耐电晕层可以作为放电阻挡层，降低局部放电漆膜侵蚀；有利于空间电荷的扩散，抑制空间电荷的积聚。

兼顾PDIV和耐电晕性能：用PI+P(A)I耐电晕的涂层，这样漆包线不但具有耐电晕性能同时还兼具高PDIV的特性，目前精达股份漆膜厚度可达320μm，常温可以达到2200Vp以上。

上图：耐电晕漆包线涂层材料

厚漆膜工艺有以下缺陷：

由于漆包线生产方式为多道涂覆+重复烘烤，为使漆膜达到指定的厚度，需要对原有漆包机进行改造，将几个机头合并在一起才能连续生产。改造后的漆包机产能下降，产品的单位能耗上升，同时排出的废气也大量增加；
工艺繁琐，产品需要经过三十次以上的涂覆烘烤过程，行线过长，要调整部分工艺参数：一方面，因生产中烘烤次数过多，易造成漆膜固化过度，损伤漆膜，从而影响产品性能，产品偏心度也比一般产品大。另一方面，产品在生产过程中漆包线多次往复经过导轮，也必定会对漆层造成损伤，造成产品质量下滑；
上述超厚型漆膜的设计是出于满足驱动电机线圈耐高电压和高PDIV的目的，但漆膜过厚会对其他性能产生负面影响；包括但不局限于出现漆膜柔韧性下降、驱动电机线圈绕制过程中漆膜易开裂、不能满足某些驱动电机长期在恶劣的工作环境(如高温环境)下使用等状况，从而给漆包线生产厂家及使用客户带来诸多困扰。

薄漆膜+聚醚醚酮（PEEK）被认为是驱动电机领域的终极绝缘方案。塑料之王PEEK具有优良的综合性能，在许多特殊领域可以替代金属、陶瓷等传统材料。该塑料的耐高温、自润滑、耐磨损、耐电晕腐蚀和抗疲劳等特性，使之成为当今最热门的高性能工程塑料之一，它主要应用于航空航天、汽车工业、电子电气和医疗器械等领域。

上图（左）：PEEk 化学方程式

（右）：PEEK的应用

PEEK的综合性能碾压漆包产品，电机的使用环境越严苛，PEEK的优势越明显，PEEK的优势包括：

耐高低温，持续使用温度达260℃，低温可耐受100℃；
化学性能极为稳定，各种常见溶剂中只有硫酸可溶解破坏它；
耐水、海水、蒸汽，低渗透性，低吸湿性，长期放置在湿热条件下仍能保持结构及性能稳定；
在熔融状态下具有良好的流动性，凝固后具有优异的机械性能和尺寸稳定性，使其可以通过挤出工艺一次性加工成型达到要求，降低了产品的加工难度和成本；
在较宽的频率和温度范围内保持良好的电气特性，完全满足电磁线绝缘要求；
无毒无污染，加工过程中产生的废料可完全回收，减少成本的同时环保清洁；
优异的介电强度，超高的PDIV值；
优异的稳定性，在长时间使用中，性能衰减程度小。

PEEK材料适合单层挤出，实现更高的功率密度。PEEK多层挤出指的是挤出到涂覆层之外，可显著提高绝缘性能；单层挤出指的是直接挤出到铜线上，无需粘接层。单层挤出可实现更薄的导线结构，从而实现更高的导线密度，从而提高驱动电机的功率密度和槽满率。

上图（左）：各种材料性能对比

（右）：多层挤出与单层挤出

PEEK已经应用在电驱领域中，代表性产品为本田IMMD驱动电机，采用古河电工提供的HVWW高压线，与漆包线相比，PEEK采用挤出工艺可以获得更大的壁厚和更好的同心度，带来的就是更高的PDIV值和尺寸一致性。此外由于PEEK耐磨性能好，铜线之间预留的安装尺寸更小，能够实现更高的紧凑度，从而提升槽满率。

上图（左）：本田IMD扁线示意图

PEEK的大规模应用主要难点：

专利限制；

成本高昂。

专利限制：PEEK应用的关键专利归日本古河电气工业株式会社所有。该发明提供一种抗变频器浪涌绝缘电线，其在无损高温下的绝缘性能的情况下可使绝缘层厚膜化、并具有较高的局部放电起始电压与优异的耐热老化特性。其中，在导体1的外周具有至少1层漆包烧结层2，在漆包烧结层2的外侧具有至少1层挤出被覆树脂层3，漆包烧结层2与挤出被覆树脂层3的合计厚度为50μm以上，漆包烧结层2的厚度为60μm以下，挤出被覆树脂层3的厚度为200μm以下，挤出被覆树脂层3在25℃～250℃的拉伸弹性模量的最小值为100MPa以上，将漆包烧结层2与挤出被覆树脂层3合在一起的绝缘层的相对介电常数在25℃为3.5以下、在250℃为5.0以下，漆包烧结层2在250℃的相对介电常数(ε1')与挤出被覆树脂层3在250℃的相对介电常数(ε2')的关系满足(ε2'/ε1')＞1。挤出被覆树脂层为热塑性树脂的层，作为形成挤出被覆树脂层的热塑性树脂，例如可以挤出聚醚醚酮(PEEK)。若采用这些热塑性树脂，则与上述厚度、合计厚度、以及相对介电常数、相对介电常数及在25℃～250℃的拉伸弹性模量的最小值的比相互作用，从而局部放电起始电压更进一步提高，低温下直至高温下的机械特性及高温下的绝缘性能也高度地维持，而且耐热老化特性也更进一步提高。

上图：古河公司抗变频器浪涌绝缘电线

中国企业也在研发PEEK相关产品。2021年6月11日精达股份的发明专利（一种PEEK电磁线的加工工艺）获得授权。该发明提供一种结构合理而使用可靠便捷的PEEK电磁线的加工工艺，其工艺控制点较少且步骤简化程度高，无需额外对漆包机进行改造，同时大幅度减少了废气废液的排放，降低能耗；按照该发明所提供的漆包线生产工艺所加工出的PEEK漆包线，具备了表面硬度大、耐刮擦、耐化学试剂、耐高温高压及能适应各种恶劣工作环境工作的优势，能满足现有厂家及客户对PEEK漆包线的生产加工及使用需求。

成本高昂：PEEK高昂的成本是阻碍其大规模应用的重要因素之一，PEEK的综合性能和优势碾压其他产品，但同时采购成本高昂，预计未来将首先应用在1）使用环境恶劣，对性能要求高的车型；2）对成本敏感度低的豪华车型。

来源：电力电子技术与新能源

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首次发布时间：2023-05-09