電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)傳動(dòng)系統(tǒng)用潤(rùn)滑油性能要求

王燕，王凱明，張霞玲

電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)傳動(dòng)系統(tǒng)用潤(rùn)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(dòng)汽車(chē)和混合動(dòng)力汽車(chē)是未來(lái)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的方向，對(duì)整個(gè)潤(rùn)滑油行業(yè)的影響是巨大的，目前混動(dòng)和電動(dòng)汽車(chē)通常采用現(xiàn)有的傳動(dòng)系統(tǒng)潤(rùn)滑油。隨著電動(dòng)汽車(chē)的盛行，潤(rùn)滑油也面臨新的問(wèn)題，需要新配方潤(rùn)滑油。文章概述了電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)傳動(dòng)系統(tǒng)對(duì)配套用潤(rùn)滑油性能的要求和研究進(jìn)展情況。

電動(dòng)汽車(chē)；驅(qū)傳動(dòng)系統(tǒng)；潤(rùn)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(chē)將面臨被替代的局面，很多國(guó)家及汽車(chē)企業(yè)已制定時(shí)間表，在未來(lái)將停止生產(chǎn)銷(xiāo)售傳統(tǒng)燃油汽車(chē)，因此電動(dòng)汽車(chē)已經(jīng)成為必然的發(fā)展趨勢(shì)。在全球各地，尤其在中國(guó)和歐盟區(qū)域穩(wěn)定增長(zhǎng)的混合動(dòng)力和純電動(dòng)汽車(chē)的數(shù)量，將對(duì)潤(rùn)滑油技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生影響。在歐洲最大的汽車(chē)市場(chǎng)德國(guó)，混合動(dòng)力汽車(chē)和純電動(dòng)汽車(chē)的注冊(cè)量在2017年分別上升了54.8%和39%。根據(jù)歐洲汽車(chē)制造商協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì)，2017年分別有43.1504萬(wàn)輛混合動(dòng)力汽車(chē)和21.6566萬(wàn)輛純電動(dòng)汽車(chē)加入了整個(gè)歐洲的汽車(chē)保有量。市場(chǎng)調(diào)研公司IHS Markit預(yù)測(cè)，2030年前各類(lèi)電動(dòng)汽車(chē)的市場(chǎng)總份額將會(huì)達(dá)到40~70%左右。

早期電動(dòng)汽車(chē)通常采用的是通用型電機(jī)——由傳統(tǒng)燃油汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)的一些軸承和零件組成。而在新型電動(dòng)汽車(chē)上，已逐步采用機(jī)電集成化驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和機(jī)電一體化驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，電動(dòng)汽車(chē)的驅(qū)傳動(dòng)系統(tǒng)正由通用化向?qū)Ｓ没较虬l(fā)展。目前已有許多國(guó)家的政府部門(mén)、汽車(chē)公司和零部件廠(chǎng)商都已進(jìn)入到電動(dòng)汽車(chē)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(dòng)汽車(chē)將走出一條屬于自己的專(zhuān)業(yè)的路線(xiàn)，制造商將會(huì)對(duì)其配套用潤(rùn)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(chē)用潤(rùn)滑油未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。因此，了解電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)傳動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展和驅(qū)傳動(dòng)系統(tǒng)用潤(rùn)滑油的特點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)未來(lái)電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)傳動(dòng)系統(tǒng)專(zhuān)用潤(rùn)滑油的研發(fā)具有重要意義。

2 電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)傳動(dòng)系統(tǒng)

目前，混合動(dòng)力汽車(chē)和電動(dòng)汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)模式包括機(jī)械驅(qū)動(dòng)、機(jī)電集成化驅(qū)動(dòng)（平行軸式和同軸式）、機(jī)電一體化驅(qū)動(dòng)和輪殼電機(jī)驅(qū)動(dòng)等幾種主要的模式，傳動(dòng)系統(tǒng)則包括變速器、差速器、傳動(dòng)軸等。電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)模式和傳動(dòng)系統(tǒng)的分類(lèi)及特點(diǎn)見(jiàn)表1所示。

表1 電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和傳動(dòng)系統(tǒng)的分類(lèi)及特點(diǎn)

P0和P1電機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)相連，使用現(xiàn)有變速箱，潤(rùn)滑油不接觸電機(jī)，對(duì)潤(rùn)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(rùn)滑油接觸或不接觸電機(jī)。

PS電機(jī)與齒輪整合，潤(rùn)滑油接觸電機(jī)。

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

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

從目前獲得的信息來(lái)看，電動(dòng)汽車(chē)與傳統(tǒng)燃油汽車(chē)相比，只是純電動(dòng)車(chē)減少了發(fā)動(dòng)機(jī)油，目前的汽車(chē)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)變化不大因此對(duì)潤(rùn)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(dòng)汽車(chē)驅(qū)傳動(dòng)系統(tǒng)用潤(rùn)滑油的研究進(jìn)展

目前的混動(dòng)和電動(dòng)汽車(chē)仍舊使用現(xiàn)有潤(rùn)滑油，但隨著電氣化技術(shù)的不斷發(fā)展將會(huì)需要采用新配方潤(rùn)滑油，以滿(mǎn)足新型變速箱和傳動(dòng)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(dòng)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(wàn)轉(zhuǎn)，有的甚至超過(guò)了2萬(wàn)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(lái)說(shuō)，油冷的速度會(huì)慢一些。因此，在制定潤(rùn)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(rùn)滑油黏度越小，油越薄，散熱性越好，這對(duì)電機(jī)有好處，但相對(duì)較薄的油膜又不利于對(duì)減速器內(nèi)齒輪和軸承的保護(hù)。這對(duì)潤(rùn)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(rùn)滑油的高低溫性能和對(duì)齒輪的保護(hù)，潤(rùn)滑油中添加的一些活性元素（比如硫、磷等）會(huì)對(duì)銅線(xiàn)等產(chǎn)生腐蝕，因此對(duì)潤(rùn)滑油與電器元件的相容性提出了更高要求。所以，研究潤(rùn)滑油配方時(shí)要同時(shí)考慮高低溫性能、對(duì)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(zhǎng)換油周期。

國(guó)外對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的研究起步較早，已對(duì)電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)傳動(dòng)系統(tǒng)用潤(rùn)滑油開(kāi)展了一些研究工作。一些大的汽車(chē)制造商已制定了電動(dòng)汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)用潤(rùn)滑油相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，如通用汽車(chē)公司的GM 9986144標(biāo)準(zhǔn)，GM 9986144標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求見(jiàn)表2。

表2 GM 9986144標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求

此外，還要求電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)傳動(dòng)系統(tǒng)用潤(rùn)滑油必須通過(guò)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(cè)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(cè)定值不能超過(guò)美孚參考油XRL-1957AA-6的測(cè)定值。

（2）橡膠相容性試驗(yàn)

通用汽車(chē)公司制定了GM 6297M標(biāo)準(zhǔn)來(lái)評(píng)價(jià)車(chē)用潤(rùn)滑油與多種橡膠的相容性，測(cè)試條件根據(jù)油品類(lèi)型而定。

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

表3 汽車(chē)傳動(dòng)油組合物的組成配比

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

表4 汽車(chē)傳動(dòng)油組合物的性能參數(shù)

表5 組成配比及其性能參數(shù)測(cè)定結(jié)果

日本出光興產(chǎn)株式會(huì)社的專(zhuān)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?xún)?yōu)異的電動(dòng)汽車(chē)或混合動(dòng)力車(chē)用潤(rùn)滑油組合物。組成配比及其性能參數(shù)測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表5[1]。

日本吉坤日礦日石能源株式會(huì)社的專(zhuān)利CN 104560297 A介紹了一種低溫流動(dòng)性和剪切穩(wěn)定性?xún)?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(dòng)力車(chē)或電動(dòng)汽車(chē)的減速器用潤(rùn)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(cè)定結(jié)果見(jiàn)表6[2]。

表6 組成配比及其性能參數(shù)測(cè)定結(jié)果

JP 2014025081公開(kāi)了一種汽車(chē)變速器油組合物。

目前，國(guó)內(nèi)對(duì)電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)傳動(dòng)系統(tǒng)用潤(rùn)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(dòng)汽車(chē)變速箱用潤(rùn)滑油組合物及其制備方法（專(zhuān)利號(hào)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(zhuān)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(zhǎng)期的高速剪切力作用下粘度保持不變，為電動(dòng)汽車(chē)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(zhuān)用復(fù)合劑使用，提高油品的清凈分散性能；中國(guó)石油天然氣股份有限公司的姚元鵬等發(fā)明了一種電動(dòng)車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)用潤(rùn)滑油組合物（專(zhuān)利號(hào)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(guò)70kV，老化后油品的擊穿電壓超過(guò)60kV，同時(shí)具有良好的潤(rùn)滑冷卻性能和摩擦特性。2011年8月，中國(guó)石油潤(rùn)滑油公司與上海交通大學(xué)共建聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，開(kāi)發(fā)出電動(dòng)車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)專(zhuān)用潤(rùn)滑油，但還未見(jiàn)市售產(chǎn)品。開(kāi)發(fā)滿(mǎn)足電動(dòng)汽車(chē)制造商要求、適用于新型電動(dòng)汽車(chē)的專(zhuān)用潤(rùn)滑油，應(yīng)該是潤(rùn)滑油和添加劑公司需要及早考慮的問(wèn)題。

4 電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)傳動(dòng)系統(tǒng)用潤(rùn)滑油在我國(guó)的發(fā)展前景

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2018年1-12月，國(guó)內(nèi)新能源汽車(chē)銷(xiāo)售125.62萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)61.74%。其中純電動(dòng)汽車(chē)銷(xiāo)售98.37萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)50.83%；插電式混合動(dòng)力汽車(chē)27.09萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)117.98%。從單月看，12月，新能源汽車(chē)銷(xiāo)售22.50萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)38.21%。其中純電動(dòng)汽車(chē)銷(xiāo)售19.18萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)33.52%；插電式混合動(dòng)力汽車(chē)銷(xiāo)售3.20萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)67.91%[5]。我國(guó)電動(dòng)汽車(chē)占據(jù)了中國(guó)汽車(chē)行業(yè)大半個(gè)市場(chǎng)，其產(chǎn)量和銷(xiāo)量每年都在節(jié)節(jié)攀升，國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車(chē)，包括混合動(dòng)力汽車(chē)的驅(qū)傳動(dòng)系統(tǒng)用潤(rùn)滑油的發(fā)展面臨著很大的機(jī)遇，具有廣闊的市場(chǎng)前景和發(fā)展?jié)摿Α?/p>

5 結(jié)論

車(chē)用潤(rùn)滑油是潤(rùn)滑油市場(chǎng)的重要增長(zhǎng)因素，隨著汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)量及保有量的增長(zhǎng)，車(chē)用潤(rùn)滑油的需求也會(huì)隨之增長(zhǎng)。電動(dòng)汽車(chē)目前還是沿用傳統(tǒng)燃油汽車(chē)潤(rùn)滑油，但未來(lái)隨著電機(jī)、驅(qū)傳動(dòng)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(zhuān)用潤(rùn)滑油，這對(duì)潤(rùn)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(dòng)汽車(chē)或混合動(dòng)力車(chē)用潤(rùn)滑油組合物:中國(guó),CN 107429186 A[P].2017.12.1.

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

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

[4] 姚元鵬,糜莉萍,伏喜勝.電動(dòng)車(chē)傳達(dá)系統(tǒng)用潤(rùn)滑油組合物:中國(guó), CN 105087113 A[P].2015.11.25.

[5] 商訊.商用汽車(chē),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。