高压安全新挑战：新能源汽车三电系统绝缘材料的漏电流与击穿特性研究

摘要：新能源汽车的电驱动系统（如电机、电池、电控系统）以及车身、底盘等部件中，塑料注塑件被广泛使用，包括绝缘材料、连接器、外壳、盖板等。例如，电驱动系统中的绝缘结构件通常采用聚酰胺（PA）等材料，这些材料具有优异的电绝缘性能和机械强度，用于高压电池上盖、支架和电机控

新能源汽车的电驱动系统（如电机、电池、电控系统）以及车身、底盘等部件中，塑料注塑件被广泛使用，包括绝缘材料、连接器、外壳、盖板等。例如，电驱动系统中的绝缘结构件通常采用聚酰胺（PA）等材料，这些材料具有优异的电绝缘性能和机械强度，用于高压电池上盖、支架和电机控制器、高压线束连接器等关键部位。

击穿电压作为评价绝缘性能的核心指标，是指制件在强电场作用下，固体电介质丧失电绝缘能力而由绝缘状态突变为良导电状态。导致击穿的最低临界电压称为击穿电压，如果不能击穿，可以通过评估漏电流值，进行绝缘性能好坏的评价。

在实际应用过程中，用户重点关注上述电子产品的介电性能，本研究将通过系统化的介电性能测试，建立新能源汽车专用塑料件在复杂工况下的绝缘性能评价方法，为三电系统及线束的结构设计、材料选型和工艺优化提供理论支撑，助力解决行业面临的电气安全隐患问题。

标准解读

击穿电压测试主要是参考 IEC 60243-1:2013（对应国标 GB/T 1408.1-2016 绝缘材料电气强度试验方法）。击穿电压有两种测试方法：方法1为（在连续升压试验中）在规定的试验条件下，试样发生击穿时的电压；方法2为（在逐级升压试验中）试样承受住的最高电压，在该电压水平下，整个时间内试样不发生击穿。另外，还有一个相对重要的指标，即电气强度：在规定的试验条件下，击穿电压与施加电压的两电极之间的距离的比值。

电气强度测试的重要意义在于：监控材料由于收到油污、灰尘、盐雾、老化等因素是否造成的绝缘性能降低、电气强度降低，这对产品，以及使用人员的安全都是至关重要的。

试验设备

采用耐压绝缘测试仪，主要有三个功能试验，主要包括：直流耐压测试，交流耐压测试和绝缘阻抗测试。

国高材分析测试中心耐压绝缘测试仪

设备功能：交流耐压（ACW）、直流耐压（DCW）、绝缘电阻(IR) 交流耐压：5kVac/40mA 直流耐压：5kVdc/10mA 绝缘电阻：6kVdc/50GΩ 尺寸：430x88.1x400mm

试验样品要求

材料：PC/ABS, PA66/GF, PBT/GF, PP

测试电压：直流耐压（4000V，升压速率500V/s，测试时间60s），交流耐压（4000V，升压速率500V/s，测试时间60s，50Hz）

样品尺寸：上述材料注塑方板100mm×100mm，厚度分别为1mm，2mm和3mm，注塑完成后，通过裁样机裁切成直径为60mm圆片，用于后期的电气绝缘强度测试。

结果讨论

4.1 常温绝缘强度测试

在实际测试过程中，发现上述PC/ABS, PA66/GF, PBT/GF, PP等材料在4000V直流电压以及4000V交流电压下均未出现击穿现象，我们记录了不同厚度，不同材料在上述电压下的泄漏电流值。

表 1 常温条件下，不同材料，不同厚度样品的泄漏电流测试结果表

从上表1中可以看出，随着样品厚度的增加，PC/ABS, PA66/GF, PBT/GF, PP材料的漏电流值降低。同时相同电压条件下，交流电样品中产生的漏电流远远高于直流电，这也解释了塑料件在直流电压条件下没有出现电学性能失效，在交流电条件下经常出现绝缘失效的原因。

其主要原因是在于，相同的电压条件下，其由于交流电的电压变化曲线是正弦曲线，所以有效电压相同的情况下交流电比直流电最高电压高1.41倍，因而实际试验过程中，交流电的最大电压是5640V。

第二个原因是，任何产品不是一个完美的电阻，都会具备一些电容特性，在试验过程中相当于并联了一个电容。在交流电通过时考虑到电阻减小，同样电压下交流电电流会更高。

总的来说，上述的材料在常温条件下，4000V下均不会出现击穿现象，因而常温环境下不会因为使用过程中产生大电流而对使用人员带来危险。

4.2 高温条件下电气绝缘强度测试

实际工况中，特别是大电流环境条件下，塑料制件因为本身也是存在电阻，当大电流通过时，会产生相对较高的温度，因而我们更应该关注材料在高温环境下的漏电流现象。

我们选取高温80℃，120℃环境下，进行PC/ABS, PA66/GF, PBT/GF, PP等材料在4000V直流电压以及4000V交流电压下的漏电流性能测试。

表2 常温条件下，不同材料，不同厚度样品的泄漏电流测试结果表

从高温（80℃）泄漏电流测试结果来看，PC/ABS, PBT/GF, PP三种材料在4000V交流电压和4000V直流电压的环境下，其泄漏电流值基本上没发生变化。但是PA66/GF，在高温环境下其漏电流值发生了显著的变化。主要的原因还是在于PA66/GF30高吸水能力，在高温环境下，水分子在样品内部运动运动加速，导致其内部导电能力加强，可以发现在2mm厚度时，样品发生击穿现象，在击穿试验的过程中，我们发现，在升压过程中，漏电流增加缓慢，当达到电压4000V时，电流瞬间增加，样品发生击穿现象。

4.3 击穿后样品的表面形貌

从下图中可以看出，在击穿后的样品表面出现颜色较深的焦炭状物质，表明在击穿的过程中，高电流信号给电极周围的材料加热，材料受热熔融，在部分焦炭领域，还发现局部孔洞结构，表明材料发生了局部降解的现象。