材料选型 | 特斯拉等新能源车电驱动系统中塑料零件材质选型和设计

凭借绝缘、轻量、低成本、制造简单等优点，塑料零件在电驱动系统中的占比不断提高。在进行塑料类零件设计的时候，首先要充分了解材质的特性，工程塑料种类很多，即使同种类型的材料，不同厂家的材质也有较大差别；其次要充分了解考虑实际应用的工况，是需要耐高温的，是需要高CTI等级的，还是耐水解的；当然为了更快速地迭代设计，也需要参考同类型零件设计，进行必要的衡量。

在大三电和小三电系统中，可以看到 大量工程塑料的应用场景，如下图所示 塑料类零件，在充电桩，电池及其高压接插件，电机控制器和电机等产品中应用。

塑料材料种类繁多，不同材料公司都自己研发的品类，以某公司的塑料产品金字塔为例（不同公司，存在些许差异），多达50余种。 在电驱动系统中常见有5种：PA6、PA66、PPA、PPS和PBT。

电驱系统绝缘结构零件该选什么材料呢？

在没有专业的知识或做相关的功课，必然是一头雾水。那么在一头雾水的情况下，如果需要选择一个你认为耐老化性能最好的材料，你会选择哪一个？

PA6、PA66

PPA

PPS

PBT

答案是第三个——PPS。PPS是聚醚类塑料，分子式给人的第一感觉就是刚的一塌糊涂，稳定的像个“龟壳”，这个“龟壳”就是苯，苯具有不同于饱和化合物的性质，不易加成、不易氧化、碳环异常稳定，这些性质总称为芳香性（非极性或弱极性）。

PBT也有一个“龟壳”，那应该也很稳定？PBT学名聚对苯甲酸丁二醇酯，属于芳香族聚酯，也具有前面谈到的芳香性。

PA6、PA66就是我们生活中常常提到的尼龙类。

如果说芳香性材料是“闷”的性格，稳重；那么尼龙就属于“开朗”的性格，兼容全面。

那么，PPA属于什么类型呢？PPA比较特殊，有时候又被叫做PA6T。PPA是以间苯二甲酸、对苯二甲酸、己二酸和己二胺之间缩聚形成的聚合物的共混物，是一种半结晶性的半芳香尼龙。

最常见的共混方式莫过于PA6T/66，既是芳香又是尼龙，所以PPA的综合性能非常优异，当然价格也不菲，毕竟是特种尼龙。

结合前面的分析，不知大家是否可以判断出上述5种材料耐油性和老化性的优越呢？

如何解决最常见的物理失效模式？

对于开裂的直观理解就是材料太脆（断裂延伸率小），在温度交变和大应力作用下容易发生。因此材料的脆性是在绝缘结构设计选型过程中需要重点关注的参数。

前面谈到，尼龙的韧性天生优异芳香性材料，考虑到脆性失效，是不是不能用芳香性材料？

但前面又谈到尼龙的热稳定性是天生不如芳香性材料，考虑到老化失效，是不是不能用尼龙了？

这样的比喻或许有些极端，但之前问题的答案也就自然而然的出来了。

当材料无法更改，那么合理的结构设计是可以规避材料本身的不足。

当结构无法调整，那么合理的材料选型时可以规避设计的不足。

选型和设计是一个相互的工作。但有一点需要注意的是，没有绝对不能用的材料，只有不优秀的工程师。

站在这个角度，成为一个优秀的工程师是十分困难的。需要有丰富的行业经验，既需要了解设计也需要了解材料，这在短时间内估计是无法达到的，但这也应该是我们追求的目标。

实际工作过程中，我们也遇到过韧性好的零件开裂，也遇到过韧性不好的零件开裂。解决方法有很多，比如增加厚度就是一个不错的选择，当然更换一个韧性更好的材料也是比较常用的快速解决方案。

二 典型电驱动系统塑料零件应用

为方便大家在塑料零件设计过程中有充分的参考，特梳理了一些典型电驱动系统塑料零件应用情况，包括特斯拉，比亚迪，奔驰，电产和日产等电驱动应用。

2.1 特斯拉

2.2 比亚迪

2.3 奔驰

2.4 电产Nidec

2.5 日产

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