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防水防塵要求在日常生活中經(jīng)常會(huì)遇到，如日常使用的手機(jī)、電器使用說(shuō)明書(shū)均有標(biāo)明。如iPhone11 宣傳中防水防塵等級(jí)能達(dá)到IP68 防護(hù)等級(jí)，當(dāng)時(shí)也沒(méi)啥概念[1]。IP 防護(hù)等級(jí)是由IEC 所起草，將電器依其防塵防水特性加以分級(jí)[2]。那針對(duì)新能源汽車，尤其是電驅(qū)動(dòng)力總成的IP 防護(hù)等級(jí)至關(guān)重要，不僅涉及產(chǎn)品安全，更是我們?nèi)松踩坏煤鲆暤囊粋€(gè)指標(biāo)。

1 電驅(qū)動(dòng)力總成防水防塵現(xiàn)狀

目前電驅(qū)動(dòng)力總成趨勢(shì)：電機(jī)+控制器+減速器高度集成化、油冷設(shè)計(jì)，高電壓、高轉(zhuǎn)速、高效率、高可靠性，對(duì)電驅(qū)動(dòng)力總成的工作環(huán)境提出了新的挑戰(zhàn)，且電驅(qū)動(dòng)力總成工作安全性提出更高的要求。尤其針對(duì)高度集成化、高電壓、高可靠性等趨勢(shì)，對(duì)電驅(qū)動(dòng)力總成防水防塵要求進(jìn)一步提高[3]。

現(xiàn)階段對(duì)于電驅(qū)動(dòng)力總成常規(guī)要求是IP67，目前上海新能源汽車上牌的地標(biāo)要求即IP67，故電驅(qū)動(dòng)力系統(tǒng)必須要達(dá)到這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。如有更高要求常用有IP69K，該要求主要是提高了水的溫度及壓力，環(huán)境條件更加嚴(yán)苛，一般高壓接插件都要求達(dá)到該防護(hù)等級(jí)。

電機(jī)和控制器由于內(nèi)部存在高壓，要求達(dá)到IP67 要求，目前行業(yè)趨勢(shì)油冷電驅(qū)動(dòng)力總成（如Tesla Modle3），電機(jī)和減速器內(nèi)部腔體貫通，故減速器也逐漸需滿足IP67 要求，IP 防護(hù)等級(jí)要求對(duì)安全性至關(guān)重要，此外，還需要關(guān)注電驅(qū)動(dòng)力總成系統(tǒng)級(jí)的功能要求，如主動(dòng)放電、高壓互鎖等，進(jìn)而又會(huì)涉及到多種故障和響應(yīng)機(jī)制的定義。

2 電驅(qū)動(dòng)力總成防水防塵定義

防護(hù)等級(jí)多以IP 后跟隨兩個(gè)數(shù)字來(lái)表述，數(shù)字用來(lái)明確防護(hù)的等級(jí)。

第一位數(shù)字表明設(shè)備抗微塵的范圍，或者是人們?cè)诿芊猸h(huán)境中免受危害的程度。第二位數(shù)字表明設(shè)備防水的程度。

表2 IP 后第二位數(shù)字防水等級(jí)（電驅(qū)系統(tǒng)常用）

3 電驅(qū)動(dòng)力總成如何滿足IP67 要求

電驅(qū)動(dòng)力總成在總體布置需求設(shè)計(jì)密封，但除此之外在加載運(yùn)行時(shí)，會(huì)因?yàn)榘l(fā)熱導(dǎo)致電驅(qū)動(dòng)力總成腔體內(nèi)部氣體的熱膨脹，會(huì)產(chǎn)生內(nèi)外壓差，故不能完全密封，同時(shí)要保證在溫度驟降時(shí)，產(chǎn)生的冷凝液態(tài)或者霧狀水汽不能通過(guò)，則電驅(qū)動(dòng)力總成同時(shí)兼顧內(nèi)外氣壓平衡又需滿足IP67 要求，故電驅(qū)動(dòng)力總成上會(huì)安裝呼吸器。

呼吸器即防水透氣閥，防水透氣閥主要部件為內(nèi)部的e-PTFE防水透氣膜，憎水油及低透氣量結(jié)構(gòu)的膨體聚四氟乙烯（e-PTFE）薄膜與耐候性軟膠一體式成型在金屬件殼體上，具有抗外界潮氣及阻水等級(jí)高，耐高溫防油，單一性，以及抗紫外線等特點(diǎn)。

其工作原理為利用氣體分子、液體及灰塵顆粒的體積大小數(shù)量級(jí)差異，氣體分子可以通過(guò)，而液體、灰塵無(wú)法通過(guò)，從而實(shí)現(xiàn)防水透氣目的。

4 電驅(qū)動(dòng)力總成呼吸器如何選型

呼吸器的選擇主要有以下幾個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)：通氣量、防護(hù)等級(jí)、環(huán)境適應(yīng)性、安裝方式。

4.1 通氣量

呼吸器的通氣量是由e-PTFE 防水透氣膜來(lái)決定，e-PTFE 的孔隙率是決定通氣量的關(guān)鍵。

電驅(qū)動(dòng)力總成安裝呼吸器的目的是為了保持電驅(qū)動(dòng)力總成內(nèi)部氣壓平衡，避免出現(xiàn)壓力差。故需要計(jì)算電驅(qū)動(dòng)力總成內(nèi)部腔體在單位時(shí)間的氣體壓力變化量與單位時(shí)間呼吸器的透氣量是否匹配。則需要清楚電驅(qū)動(dòng)力總成的特性：電驅(qū)動(dòng)力總成內(nèi)部空腔體積，極限工況下單位時(shí)間氣體壓力的變化量（一般電驅(qū)動(dòng)力總成工作溫度需滿足-40℃—85℃）。

根據(jù)密閉腔體氣體平衡公式：

P=V/T＊常數(shù)(T 為絕對(duì)溫度，273+℃)，通氣量計(jì)算如下：

表3 通氣量計(jì)算

一般情況下選用通氣量大的產(chǎn)品會(huì)降低防水等級(jí)，且呼吸器內(nèi)外壓差達(dá)到25pa 就開(kāi)始透氣以保持電驅(qū)動(dòng)力總成內(nèi)外平衡。

4.2 防護(hù)等級(jí)

選擇呼吸器本體的IP 防護(hù)等級(jí)，根據(jù)電驅(qū)動(dòng)力總成的需要一般要求在IP67 以上。

4.3 環(huán)境適應(yīng)性

環(huán)境適應(yīng)性是指呼吸器在其壽命周期內(nèi)的存儲(chǔ)、運(yùn)輸及正常使用等狀態(tài)在各種極端應(yīng)力作用下實(shí)現(xiàn)其預(yù)定的全套功能要求。

呼吸器的環(huán)境適應(yīng)性一般包括耐溫度變化、抗UV 效果、跌落、鹽霧、遇濕透氣性、防塵率、耐老化等。

4.4 安裝方式

呼吸器一般選用螺紋、卡扣式安裝結(jié)構(gòu)，安裝便利，與殼體一般采用O 型密封圈，與應(yīng)用產(chǎn)品安裝可靠及操作方法簡(jiǎn)單易便[4]。

呼吸器在電驅(qū)動(dòng)力總成中布局盡量布置在總成中心線偏上位置，便于總成運(yùn)行時(shí)內(nèi)部熱氣體及時(shí)從呼吸器排出，避免熱空氣中水蒸氣上升遇到較冷的殼體而產(chǎn)生凝露現(xiàn)象；

呼吸器安裝位置需考慮安裝后不易被磕碰、避開(kāi)正面經(jīng)受風(fēng)雨、避免外界灰塵等顆粒物聚集位置，盡量避免堵塞內(nèi)部e-PTFE 防水透氣膜，如寶馬I3 布置于控制器箱體底部；

針對(duì)油冷電驅(qū)動(dòng)力總成，呼吸器安裝位置盡量布置在遠(yuǎn)離減速器潤(rùn)滑油位置或在內(nèi)部做“迷宮”結(jié)構(gòu)，避免減速器高轉(zhuǎn)速時(shí)潤(rùn)滑油進(jìn)到呼吸器內(nèi)部，導(dǎo)致內(nèi)部防水透氣膜堵塞。

4.5 發(fā)展趨勢(shì)

（1）呼吸器閥芯為防水透氣膜+油汽過(guò)濾芯雙層結(jié)構(gòu)，阻擋油汽沖擊，進(jìn)一步提高效果，可適用于減速器及油冷電驅(qū)總成；

（2）增加憎水、憎油特性，有效防水疏油；

（3）多孔結(jié)構(gòu)，快速平衡內(nèi)外壓差，有效降低鹽晶產(chǎn)生。

5 結(jié)語(yǔ)

由于整車行駛環(huán)境復(fù)雜（如涉水、暴雨、沙塵等極端），對(duì)電驅(qū)動(dòng)力總成的IP 防護(hù)等級(jí)要求會(huì)更加嚴(yán)酷；以及按新能源整車及電驅(qū)動(dòng)力總成發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)電驅(qū)動(dòng)力總成的呼吸器防護(hù)要求也會(huì)提出新的挑戰(zhàn)，提高呼吸器的遇濕透氣性、遇油透氣性也是必然趨勢(shì)。