和骋科技：800V下轴承电腐蚀问题的最优解

随着整车电压平台从400V升高至800V，转速一路攀升到25000RPM，轴承电腐蚀演变成为一个势必会发生的问题，由此受到新能源汽车产业链上下游企业的高度重视。

在NE时代举办的2022 xEV电驱论坛上，一汽、博格华纳、上海电驱动、和骋科技等企业均讨论了高压系统下轴电压的危险以及防护机制。NE时代也与专注于轴承电腐蚀解决方案的和骋科技核心团队进行了深入交流：轴承电腐蚀为什么在近两年突出性的爆发？它是如何产生的？哪些防护机制更贴合客户需求？

“护承核”诞生

和骋科技创立于2013年，其核心团队成员主要来自化工专业、电气化专业、工业企业管理等专业领域，大家为了电机防护这一共同的目标，走到了一起。

和骋科技创始人兼总经理刘焕峰自2001年起负责杜邦中国液体绝缘材料的引进和开发，重点开拓国内变频电机的绝缘系统。2006年，杜邦能源解决方案小组成立，刘焕峰作为新能源汽车驱动电机的牵头人，专注于解决变频驱动下尖峰电压对绝缘系统的影响。他和团队成员在公司内部推出《新能源汽车驱动电机绝缘结构测试规范》现在被行业采纳为团体标准。刘焕峰发现，变频驱动带来的次生灾害不仅对绝缘产生影响，而且也深刻影响着轴承。

历经轨道交通、风力发电、新能源汽车的变频电机系统的防护解决方案及行业标准的研制，和骋团队对国内外变频器的防护机制及其应用有了摸底性的理解，在电机防护以及轴承电腐蚀方面也有了更加深入的研究，为“护承核”导电环的研发打下了基础。

2014年至2019年，由于当时国内新能源汽车普遍采用的是低压、低频、低转速的电机，尚未遇到轴承电腐蚀问题。但刘焕峰和他的团队坚信，在政策和市场的双重推动下,中国的新能源汽车将会迎来爆发期，高转速电机的应用将是必然，轴承电腐蚀问题不可避免。

历时数年的默默研发和探索，经过数千次实验与性能测试之后，和骋自主研发的“护承核”导电环在2020年基本定型。就在NE时代交流的当天，载着上万只“护承核”的货车，从生产车间出发，缓缓驶向300多公里外的南京市。刘焕峰介绍称“目前，‘护承核’已经在新能源领先品牌的乘用车领域实现批量装机。”

谈起“护承核”的特点，刘焕峰和他的团队充满自豪，并在和骋的实验室内展示了相关性能测试，从演示实验看，装“护承核”导电环的电机轴电压无论是绝对值，还是残留率都非常低。在这间实验室内，NE时代看到不少有趣的检测仪器。 和骋工作人员介绍“包括耐久性试验、纤维拉脱力试验、ATF油兼容试验、电机轴电压、动态电阻以及不同温度不同转速模拟实验均可在这个实验室完成。很多测试工装和设备都是具有自主知识产权的。”

刘焕峰进一步解释称，非绝缘轴承在静态时的电阻一般在1Ω左右，安装国外友商导电环后轴电阻大概在6-20Ω，最低也有3Ω，在刚起步和加减速的时候，就很难起到对轴承的保护作用。因此和骋科技设定的第一个目标是使用“护承核”导电环后轴对地电阻要低于1Ω。在不断反复调整和验证以后，目前 “护承核”导电环接触电阻降到了0.1-0.3Ω。

针对国外友商用板和槽多组件将碳纤维紧固的方式，和骋创造性的采用一体化结构，完全摒弃了有机材料辅助固定，不仅避开了友商的专利，而且在有油环境下使用，导电性也不会下降。

在“包容合作，安全可靠，创新驱动”这一核心价值观的指引下，和骋科技不计较于一时的得失，致力于为客户提供更可靠的解决方案。“通过自研自制，我们不仅能做出各项性能优于国外友商的产品，而且要推动整个行业降本增效。” 惯性思维使然，有些客户觉得和骋产品出现时间比较短，对“护承核”的应用效果有疑虑。但和骋团队坚信随着时间的推移，客户会有不同的认识。刘焕峰强调称，“我们的愿景是为电机日益苛刻的使用条件，提供可靠的防护解决方案，重点落实在可靠上。相信越来越多的客户会认识到我们人是可靠的，方案是可靠的，产品是可靠的。我们在实验室按照最高线速度60m/s干磨28万千米，喷油20万千米的苛刻条件测试，所有数据都是实实在在的。”

轴承电腐蚀突发性地爆发

轴电压在变频电机系统中是一直存在的，根源在于电机的共模电压。而共模电压又因变频器的开关特性而产生，无法避免。轴电压过高将产生油膜击穿，破坏轴承滚珠和滚道，产生运行噪音，影响轴承的使用寿命，严重的情况会产生轴承抱死，影响电机运行和驾驶安全。

共模电压的幅值大小与母线电压正相关，而其频率与变频器的载波频率有关。初代新能源汽车一般采用的是低频低转速的电驱系统，当时润滑油粘度较高，金属之间的油膜较厚，因此轴承很少出现明显的腐蚀问题。

“在乘用车汽车领域，2018年前轴电压基本上没带来问题。而国外从2016年，国内从2018年开始，电机转速提高到16000RPM以上，润滑油的粘度普遍较低，油膜耐电压能力下降，经过2-6万千米整车运行，相继出现轴承电腐蚀问题。”刘焕峰对NE时代指出这一关键时间点。

800V技术的进展无论是各部件系统的响应还是可覆盖的车型级别，都在产业链上下游的推动下得到快速发展。SiC功率器件代替IGBT成为800V平台的标配。

电驱的四高化双向压缩了轴承油膜的耐电腐蚀生存空间：更高的电压平台抬升了轴电压，更大的功率使感应能量更多，高开关频率则使得油膜受攻击频率更高，另外为适应高转速而变低的润滑油/脂的粘度则使油膜厚度更薄，承受能力变得更差。所以这两年突出性地爆发了轴承电腐蚀问题。

2018年后上市的高转速电动汽车、近年推出的800V整车，随着行驶里程的增加，将必然会出现轴承电腐蚀问题。刘焕峰认为，这是一个几乎百分之百会发生的事情，无非是时间问题而已。合理的轴承电腐蚀防护措施会成为必然，现在几乎每个车厂都面临这个挑战。

轴承电腐蚀问题的最优解

通常行业解决轴承电腐蚀问题的思路有三种：1、限制，不让它造成更大的影响；2、隔离，就像新冠一样，做阻断；3、疏导，把危害能量导到大地。

限制，通常来说是放共模磁环。这对改善系统EMI表现会有一定的帮助，但对降低因为共模电压引起的轴承电腐蚀几乎没有帮助。

阻断，最简单的方式就是做绝缘。轴承是因为受到轴承电流损害，换成绝缘轴承，就不会有电腐蚀。但该方式只能解决自身的问题，不能解决系统的问题。感应源头还在，轴电压还在。如果电机前端后端都用绝缘轴承，那电压就会在齿轮箱释放，这样会造成齿面的腐蚀。

疏导，包含导电碳刷、导电油封、导电轴承和导电环。其中导电碳刷在工业领域用得非常广，但是有效导电面积不高，无法解决高频电流趋肤效应，而且耐磨性差。值得一提的是汽车电机运行时震动比较厉害，碳刷是比较容易折断的。导电油封与轴配合只能紧配，不能过盈。紧配尺寸大了，抱紧力强，影响电机效率；紧配尺寸小了，失去导电性，尤其是油冷环境，油渗进去以后阻抗会变得大，影响导电效果。导电轴承也因其自身特性，不是轴承电腐蚀问题的最优解。

和骋科技在2022 xEV论坛上展示的解决方案——“护承核”高导电纤维接地环/棒，可通过纤维的长短调整与轴面的接触程度。风冷/水冷用的纤维长一些；油冷用的纤维会稍微短一些，比较硬、挺，能有效刺破油膜。据刘焕峰介绍，“护承核”导电环所采用的纤维为定制的高导电金属改性纤维，其导电性能远优于国外友商的纯碳纤维导电环，且采用压制入环的方式，不含任何胶粘剂。这些看似不起眼的改进和创新，是“护承核”全寿命周期和可靠性的关键秘诀。

随着对行业认识的加深以及客户需求的进一步深挖，和骋也在不断完善产品结构形式。目前有压装、螺栓安装、导电棒式（伸到轴承里面，通过与轴承内壁接触，把电泄导掉）等，尺寸也可以根据客户需求定制。刘焕峰介绍，“和骋不仅仅提供产品，而是基于我们的专业知识和不断实践验证，为客户提供完整的定制化轴承电腐蚀解决方案。”

随着整车对800V和高转速电机应用的增加，导电环迎来更充足的发挥空间。据刘焕峰介绍，和骋科技已拿到超50个新项目，并且积极地扩充产能，临港新建工厂投产后导电环的年产能将从目前的100万只增加到1000万只，同步满足市场需求。