電動汽車驅(qū)傳動系統(tǒng)用潤滑油性能要求

王燕，王凱明，張霞玲

電動汽車驅(qū)傳動系統(tǒng)用潤滑油性能要求

王燕，王凱明，張霞玲

（中石油克拉瑪依石化有限責(zé)任公司煉油化工研究院，新疆 克拉瑪依 834000）

電動汽車和混合動力汽車是未來汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的方向，對整個(gè)潤滑油行業(yè)的影響是巨大的，目前混動和電動汽車通常采用現(xiàn)有的傳動系統(tǒng)潤滑油。隨著電動汽車的盛行，潤滑油也面臨新的問題，需要新配方潤滑油。文章概述了電動汽車驅(qū)傳動系統(tǒng)對配套用潤滑油性能的要求和研究進(jìn)展情況。

電動汽車；驅(qū)傳動系統(tǒng)；潤滑油

1 前言

隨著石油資源的枯竭和低碳環(huán)保理念的發(fā)展，傳統(tǒng)燃油汽車將面臨被替代的局面，很多國家及汽車企業(yè)已制定時(shí)間表，在未來將停止生產(chǎn)銷售傳統(tǒng)燃油汽車，因此電動汽車已經(jīng)成為必然的發(fā)展趨勢。在全球各地，尤其在中國和歐盟區(qū)域穩(wěn)定增長的混合動力和純電動汽車的數(shù)量，將對潤滑油技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生影響。在歐洲最大的汽車市場德國，混合動力汽車和純電動汽車的注冊量在2017年分別上升了54.8%和39%。根據(jù)歐洲汽車制造商協(xié)會的統(tǒng)計(jì)，2017年分別有43.1504萬輛混合動力汽車和21.6566萬輛純電動汽車加入了整個(gè)歐洲的汽車保有量。市場調(diào)研公司IHS Markit預(yù)測，2030年前各類電動汽車的市場總份額將會達(dá)到40~70%左右。

早期電動汽車通常采用的是通用型電機(jī)——由傳統(tǒng)燃油汽車傳動系統(tǒng)的一些軸承和零件組成。而在新型電動汽車上，已逐步采用機(jī)電集成化驅(qū)動系統(tǒng)和機(jī)電一體化驅(qū)動系統(tǒng)，電動汽車的驅(qū)傳動系統(tǒng)正由通用化向?qū)Ｓ没较虬l(fā)展。目前已有許多國家的政府部門、汽車公司和零部件廠商都已進(jìn)入到電動汽車相關(guān)研究。

隨著現(xiàn)在科技的不斷發(fā)展和進(jìn)步，新型電動汽車將走出一條屬于自己的專業(yè)的路線，制造商將會對其配套用潤滑油提出自己的要求，如安全性能、環(huán)保性能等，能夠適應(yīng)更復(fù)雜工作環(huán)境兼容性更強(qiáng)的產(chǎn)品，將是車用潤滑油未來的發(fā)展趨勢。因此，了解電動汽車驅(qū)傳動系統(tǒng)的發(fā)展和驅(qū)傳動系統(tǒng)用潤滑油的特點(diǎn)及發(fā)展趨勢，對未來電動汽車驅(qū)傳動系統(tǒng)專用潤滑油的研發(fā)具有重要意義。

2 電動汽車驅(qū)傳動系統(tǒng)

目前，混合動力汽車和電動汽車的驅(qū)動模式包括機(jī)械驅(qū)動、機(jī)電集成化驅(qū)動（平行軸式和同軸式）、機(jī)電一體化驅(qū)動和輪殼電機(jī)驅(qū)動等幾種主要的模式，傳動系統(tǒng)則包括變速器、差速器、傳動軸等。電動汽車驅(qū)動模式和傳動系統(tǒng)的分類及特點(diǎn)見表1所示。

表1 電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)的分類及特點(diǎn)

P0和P1電機(jī)與發(fā)動機(jī)相連，使用現(xiàn)有變速箱，潤滑油不接觸電機(jī)，對潤滑油造成的影響很小。

P2和P3可能使用現(xiàn)有變速箱但整合了電機(jī)，潤滑油接觸或不接觸電機(jī)。

PS電機(jī)與齒輪整合，潤滑油接觸電機(jī)。

P4引入了全新的減速齒輪箱設(shè)計(jì)，潤滑油接觸或不接觸電機(jī)。

由表1、圖1可知，電動汽車的驅(qū)傳動系統(tǒng)目前仍以傳統(tǒng)燃油汽車的驅(qū)傳動系統(tǒng)為基礎(chǔ)，但其驅(qū)傳動系統(tǒng)與傳統(tǒng)燃油汽車的驅(qū)傳動系統(tǒng)仍有著很大的不同，并且向著構(gòu)造更簡化，體積更小，重量更輕，傳動效率更高的方向發(fā)展。

從目前獲得的信息來看，電動汽車與傳統(tǒng)燃油汽車相比，只是純電動車減少了發(fā)動機(jī)油，目前的汽車設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)變化不大因此對潤滑油品種質(zhì)量要求變化也不大，大多還在使用原有的品種。

3 電動汽車驅(qū)傳動系統(tǒng)用潤滑油的研究進(jìn)展

目前的混動和電動汽車仍舊使用現(xiàn)有潤滑油，但隨著電氣化技術(shù)的不斷發(fā)展將會需要采用新配方潤滑油，以滿足新型變速箱和傳動系部件的要求。

首先，變速箱油要在高速運(yùn)轉(zhuǎn)的電機(jī)所產(chǎn)生的高溫下保持很好的氧化安定性，同時(shí)發(fā)揮高效的散熱性能。由于驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)速非常高，一般的電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到1.5萬轉(zhuǎn)，有的甚至超過了2萬轉(zhuǎn)，其運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的溫度可在瞬間達(dá)到非常高的水平，相比水冷來說，油冷的速度會慢一些。因此，在制定潤滑油配方時(shí)，必須考慮高溫下散熱效率和穩(wěn)定的氧化安定性能。

其次，潤滑油黏度越小，油越薄，散熱性越好，這對電機(jī)有好處，但相對較薄的油膜又不利于對減速器內(nèi)齒輪和軸承的保護(hù)。這對潤滑油的黏度指數(shù)提出了挑戰(zhàn)。

第三，電化學(xué)性能的相容性。為了提高潤滑油的高低溫性能和對齒輪的保護(hù)，潤滑油中添加的一些活性元素（比如硫、磷等）會對銅線等產(chǎn)生腐蝕，因此對潤滑油與電器元件的相容性提出了更高要求。所以，研究潤滑油配方時(shí)要同時(shí)考慮高低溫性能、對齒輪的保護(hù)、以及與電器元件的相容性、導(dǎo)電率控制等多方面要求。從而增加變速箱油的耐久性，延長換油周期。

國外對電動汽車的研究起步較早，已對電動汽車驅(qū)傳動系統(tǒng)用潤滑油開展了一些研究工作。一些大的汽車制造商已制定了電動汽車傳動系統(tǒng)用潤滑油相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，如通用汽車公司的GM 9986144標(biāo)準(zhǔn)，GM 9986144標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求見表2。

表2 GM 9986144標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求

此外，還要求電動汽車驅(qū)傳動系統(tǒng)用潤滑油必須通過以下兩項(xiàng)試驗(yàn)：

（1）旋轉(zhuǎn)損失試驗(yàn)

在油溫為40℃時(shí)，分別測定時(shí)速56.4km（35mile）、80.5km（50mile）和112.7km（70mile）時(shí)的旋轉(zhuǎn)損失，要求測定值不能超過美孚參考油XRL-1957AA-6的測定值。

（2）橡膠相容性試驗(yàn)

通用汽車公司制定了GM 6297M標(biāo)準(zhǔn)來評價(jià)車用潤滑油與多種橡膠的相容性，測試條件根據(jù)油品類型而定。

尼桑公司的專利US 2011/0092402 A1介紹了一種汽車傳動油組合物，其是由基礎(chǔ)油與含磷添加劑組成的。該潤滑油組合物的運(yùn)動黏度（80℃）為1.5～4.0mm2/s，體積電阻率（80℃）在1×107Ω·m以上，該潤滑油組合物適用于混合動力汽車或電動汽車的驅(qū)傳動系統(tǒng)。這種汽車傳動油組合物組成配比見表3，其性能參數(shù)測定結(jié)果見表4。

表3 汽車傳動油組合物的組成配比

注：（1）40℃運(yùn)動黏度為3.3mm2/s；（2）80℃運(yùn)動黏度為3.8mm2/s，黏度指數(shù)為110。

表4 汽車傳動油組合物的性能參數(shù)

表5 組成配比及其性能參數(shù)測定結(jié)果

日本出光興產(chǎn)株式會社的專利CN 107429186 A介紹了一種齒輪特性、離合器特性、冷卻性和電絕緣性優(yōu)異的電動汽車或混合動力車用潤滑油組合物。組成配比及其性能參數(shù)測定結(jié)果見表5[1]。

日本吉坤日礦日石能源株式會社的專利CN 104560297 A介紹了一種低溫流動性和剪切穩(wěn)定性優(yōu)異、能夠節(jié)油耗能的耐磨耗性和疲勞壽命優(yōu)異的混合動力車或電動汽車的減速器用潤滑油組合物。其基礎(chǔ)油選用的是合成油，組成配比及其性能參數(shù)測定結(jié)果見表6[2]。

表6 組成配比及其性能參數(shù)測定結(jié)果

JP 2014025081公開了一種汽車變速器油組合物。

目前，國內(nèi)對電動汽車驅(qū)傳動系統(tǒng)用潤滑油的研究還處于起步階段。江蘇龍?bào)纯萍脊煞萦邢薰镜臈畈俚劝l(fā)明了一種電動汽車變速箱用潤滑油組合物及其制備方法（專利號CN 107828481 A[3]），該組合物包括添加劑4~7%的聚甲基丙烯酸酯黏度指數(shù)改進(jìn)劑，變速箱油專用復(fù)合劑10~13%，降凝劑0.3~0.5%，該組合物的優(yōu)點(diǎn)是制得的油品在長期的高速剪切力作用下粘度保持不變，為電動汽車變速箱提供可靠保護(hù)具有優(yōu)異的剪切穩(wěn)定性、出眾的低溫流變性和在較低的劑量下可大幅提高油品的高溫增稠能力，具有良好的分散性可減少油品氧化物的沉積，并配合與變速箱專用復(fù)合劑使用，提高油品的清凈分散性能；中國石油天然氣股份有限公司的姚元鵬等發(fā)明了一種電動車傳動系統(tǒng)用潤滑油組合物（專利號CN 105087113 A[4]），該組合物包括至少一種高粘度指數(shù)深精制礦物油，或PAO，或烷基苯，或烷基萘，或以上組分的任意組合物，再添加黏度指數(shù)改進(jìn)劑、抗磨劑、金屬鈍化劑、抗氧劑、分散劑、金屬清凈劑、抗泡劑，該組合物具有優(yōu)良的絕緣性能，新油擊穿電壓超過70kV，老化后油品的擊穿電壓超過60kV，同時(shí)具有良好的潤滑冷卻性能和摩擦特性。2011年8月，中國石油潤滑油公司與上海交通大學(xué)共建聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，開發(fā)出電動車傳動系統(tǒng)專用潤滑油，但還未見市售產(chǎn)品。開發(fā)滿足電動汽車制造商要求、適用于新型電動汽車的專用潤滑油，應(yīng)該是潤滑油和添加劑公司需要及早考慮的問題。

4 電動汽車驅(qū)傳動系統(tǒng)用潤滑油在我國的發(fā)展前景

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2018年1-12月，國內(nèi)新能源汽車銷售125.62萬輛，同比增長61.74%。其中純電動汽車銷售98.37萬輛，同比增長50.83%；插電式混合動力汽車27.09萬輛，同比增長117.98%。從單月看，12月，新能源汽車銷售22.50萬輛，同比增長38.21%。其中純電動汽車銷售19.18萬輛，同比增長33.52%；插電式混合動力汽車銷售3.20萬輛，同比增長67.91%[5]。我國電動汽車占據(jù)了中國汽車行業(yè)大半個(gè)市場，其產(chǎn)量和銷量每年都在節(jié)節(jié)攀升，國內(nèi)電動汽車，包括混合動力汽車的驅(qū)傳動系統(tǒng)用潤滑油的發(fā)展面臨著很大的機(jī)遇，具有廣闊的市場前景和發(fā)展?jié)摿Α?/p>

5 結(jié)論

車用潤滑油是潤滑油市場的重要增長因素，隨著汽車產(chǎn)銷量及保有量的增長，車用潤滑油的需求也會隨之增長。電動汽車目前還是沿用傳統(tǒng)燃油汽車潤滑油，但未來隨著電機(jī)、驅(qū)傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展變化，需要使用配套的專用潤滑油，這對潤滑油行業(yè)提供了更多的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。

[1] 青山佳代子.電動汽車或混合動力車用潤滑油組合物:中國,CN 107429186 A[P].2017.12.1.

[2] 菖浦紀(jì)子,伊藤文高,小松原仁.混合動力車或電動汽車的減速器用潤滑油組合物:中國,CN 104560297 A[P].2015.5.29.

[3] 楊操,嚴(yán)軍表,崔軍.一種電動汽車變速箱用潤滑油組合物及其制備方法:中國,CN 107828481 A[P].2018.3.23.

[4] 姚元鵬,糜莉萍,伏喜勝.電動車傳達(dá)系統(tǒng)用潤滑油組合物:中國, CN 105087113 A[P].2015.11.25.

[5] 商訊.商用汽車,2019(1):10.

The Performance Requirements of Lubricant for Electric Vehicle Drive System

Wang Yan, Wang Kaiming, Zhang Xialing

( Research Institute of PetroChina Karamay Petrochemical Company Limited, Xinjiang Karamay 834000 )

The performance requirements of lubricant for electric vehicle drive system are summarized in this paper. Electric vehicle and hybrid electric vehicle shows the direction of automobile industry development in the future, which will have a great impact on the whole lubricating oil industry. At present, the existing transmission system lubricants are usually used in hybrid and electric vehicles.With the popularity of electric vehicles, lubricants are also facing new problems, so new formulations of lubricants are needed.

Electric vehicle; Drive system; Lubricant

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.03.001

U469.72

A

1671-7988(2021)03-01-04

U469.72

A

1671-7988(2021)03-01-04

王燕，就職于中石油克拉瑪依石化有限責(zé)任公司煉油化工研究院。