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[动力系统附件] 电动汽车驱传动系统用润滑油性能要求

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发表于 2021-4-12 16:29:23 | 显示全部楼层 |阅读模式
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电动汽车驱传动系统用润滑油性能要求

王燕,王凯明,张霞玲
(中石油克拉玛依石化有限责任公司炼油化工研究院,新疆 克拉玛依 834000)
摘 要:电动汽车和混合动力汽车是未来汽车产业发展的方向,对整个润滑油行业的影响是巨大的,目前混动和电动汽车通常采用现有的传动系统润滑油。随着电动汽车的盛行,润滑油也面临新的问题,需要新配方润滑油。文章概述了电动汽车驱传动系统对配套用润滑油性能的要求和研究进展情况。
关键词:电动汽车;驱传动系统;润滑油
1 前言

随着石油资源的枯竭和低碳环保理念的发展,传统燃油汽车将面临被替代的局面,很多国家及汽车企业已制定时间表,在未来将停止生产销售传统燃油汽车,因此电动汽车已经成为必然的发展趋势。在全球各地,尤其在中国和欧盟区域稳定增长的混合动力和纯电动汽车的数量,将对润滑油技术的发展产生影响。在欧洲最大的汽车市场德国,混合动力汽车和纯电动汽车的注册量在2017年分别上升了54.8%和39%。根据欧洲汽车制造商协会的统计,2017年分别有43.1504万辆混合动力汽车和21.6566万辆纯电动汽车加入了整个欧洲的汽车保有量。市场调研公司IHS Markit预测,2030年前各类电动汽车的市场总份额将会达到40~70%左右。

早期电动汽车通常采用的是通用型电机——由传统燃油汽车传动系统的一些轴承和零件组成。而在新型电动汽车上,已逐步采用机电集成化驱动系统和机电一体化驱动系统,电动汽车的驱传动系统正由通用化向专用化方向发展。目前已有许多国家的政府部门、汽车公司和零部件厂商都已进入到电动汽车相关研究。

随着现在科技的不断发展和进步,新型电动汽车将走出一条属于自己的专业的路线,制造商将会对其配套用润滑油提出自己的要求,如安全性能、环保性能等,能够适应更复杂工作环境兼容性更强的产品,将是车用润滑油未来的发展趋势。因此,了解电动汽车驱传动系统的发展和驱传动系统用润滑油的特点及发展趋势,对未来电动汽车驱传动系统专用润滑油的研发具有重要意义。

2 电动汽车驱传动系统

目前,混合动力汽车和电动汽车的驱动模式包括机械驱动、机电集成化驱动(平行轴式和同轴式)、机电一体化驱动和轮壳电机驱动等几种主要的模式,传动系统则包括变速器、差速器、传动轴等。电动汽车驱动模式和传动系统的分类及特点见表1所示。

表1 电动汽车驱动系统和传动系统的分类及特点
图1 电动与混动汽车发展趋势

P0和P1电机与发动机相连,使用现有变速箱,润滑油不接触电机,对润滑油造成的影响很小。

P2和P3可能使用现有变速箱但整合了电机,润滑油接触或不接触电机。

PS电机与齿轮整合,润滑油接触电机。

P4引入了全新的减速齿轮箱设计,润滑油接触或不接触电机。

由表1、图1可知,电动汽车的驱传动系统目前仍以传统燃油汽车的驱传动系统为基础,但其驱传动系统与传统燃油汽车的驱传动系统仍有着很大的不同,并且向着构造更简化,体积更小,重量更轻,传动效率更高的方向发展。

从目前获得的信息来看,电动汽车与传统燃油汽车相比,只是纯电动车减少了发动机油,目前的汽车设计结构变化不大因此对润滑油品种质量要求变化也不大,大多还在使用原有的品种。

3 电动汽车驱传动系统用润滑油的研究进展

目前的混动和电动汽车仍旧使用现有润滑油,但随着电气化技术的不断发展将会需要采用新配方润滑油,以满足新型变速箱和传动系部件的要求。

首先,变速箱油要在高速运转的电机所产生的高温下保持很好的氧化安定性,同时发挥高效的散热性能。由于驱动电机的转速非常高,一般的电机转速达到1.5万转,有的甚至超过了2万转,其运转时的温度可在瞬间达到非常高的水平,相比水冷来说,油冷的速度会慢一些。因此,在制定润滑油配方时,必须考虑高温下散热效率和稳定的氧化安定性能。

其次,润滑油黏度越小,油越薄,散热性越好,这对电机有好处,但相对较薄的油膜又不利于对减速器内齿轮和轴承的保护。这对润滑油的黏度指数提出了挑战。

第三,电化学性能的相容性。为了提高润滑油的高低温性能和对齿轮的保护,润滑油中添加的一些活性元素(比如硫、磷等)会对铜线等产生腐蚀,因此对润滑油与电器元件的相容性提出了更高要求。所以,研究润滑油配方时要同时考虑高低温性能、对齿轮的保护、以及与电器元件的相容性、导电率控制等多方面要求。从而增加变速箱油的耐久性,延长换油周期。

国外对电动汽车的研究起步较早,已对电动汽车驱传动系统用润滑油开展了一些研究工作。一些大的汽车制造商已制定了电动汽车传动系统用润滑油相关标准,如通用汽车公司的GM 9986144标准,GM 9986144标准的技术要求见表2。

表2 GM 9986144标准的技术要求

此外,还要求电动汽车驱传动系统用润滑油必须通过以下两项试验:

(1)旋转损失试验

在油温为40℃时,分别测定时速56.4km(35mile)、80.5km(50mile)和112.7km(70mile)时的旋转损失,要求测定值不能超过美孚参考油XRL-1957AA-6的测定值。

(2)橡胶相容性试验

通用汽车公司制定了GM 6297M标准来评价车用润滑油与多种橡胶的相容性,测试条件根据油品类型而定。

尼桑公司的专利US 2011/0092402 A1介绍了一种汽车传动油组合物,其是由基础油与含磷添加剂组成的。该润滑油组合物的运动黏度(80℃)为1.5~4.0mm2/s,体积电阻率(80℃)在1×107Ω·m以上,该润滑油组合物适用于混合动力汽车或电动汽车的驱传动系统。这种汽车传动油组合物组成配比见表3,其性能参数测定结果见表4。

表3 汽车传动油组合物的组成配比

注:(1)40℃运动黏度为3.3mm2/s;(2)80℃运动黏度为3.8mm2/s,黏度指数为110。
表4 汽车传动油组合物的性能参数

表5 组成配比及其性能参数测定结果

日本出光兴产株式会社的专利CN 107429186 A介绍了一种齿轮特性、离合器特性、冷却性和电绝缘性优异的电动汽车或混合动力车用润滑油组合物。组成配比及其性能参数测定结果见表5[1]。

日本吉坤日矿日石能源株式会社的专利CN 104560297 A介绍了一种低温流动性和剪切稳定性优异、能够节油耗能的耐磨耗性和疲劳寿命优异的混合动力车或电动汽车的减速器用润滑油组合物。其基础油选用的是合成油,组成配比及其性能参数测定结果见表6[2]。

表6 组成配比及其性能参数测定结果

JP 2014025081公开了一种汽车变速器油组合物。

目前,国内对电动汽车驱传动系统用润滑油的研究还处于起步阶段。江苏龙蟠科技股份有限公司的杨操等发明了一种电动汽车变速箱用润滑油组合物及其制备方法(专利号CN 107828481 A[3]),该组合物包括添加剂4~7%的聚甲基丙烯酸酯黏度指数改进剂,变速箱油专用复合剂10~13%,降凝剂0.3~0.5%,该组合物的优点是制得的油品在长期的高速剪切力作用下粘度保持不变,为电动汽车变速箱提供可靠保护具有优异的剪切稳定性、出众的低温流变性和在较低的剂量下可大幅提高油品的高温增稠能力,具有良好的分散性可减少油品氧化物的沉积,并配合与变速箱专用复合剂使用,提高油品的清净分散性能;中国石油天然气股份有限公司的姚元鹏等发明了一种电动车传动系统用润滑油组合物(专利号CN 105087113 A[4]),该组合物包括至少一种高粘度指数深精制矿物油,或PAO,或烷基苯,或烷基萘,或以上组分的任意组合物,再添加黏度指数改进剂、抗磨剂、金属钝化剂、抗氧剂、分散剂、金属清净剂、抗泡剂,该组合物具有优良的绝缘性能,新油击穿电压超过70kV,老化后油品的击穿电压超过60kV,同时具有良好的润滑冷却性能和摩擦特性。2011年8月,中国石油润滑油公司与上海交通大学共建联合实验室,开发出电动车传动系统专用润滑油,但还未见市售产品。开发满足电动汽车制造商要求、适用于新型电动汽车的专用润滑油,应该是润滑油和添加剂公司需要及早考虑的问题。

4 电动汽车驱传动系统用润滑油在我国的发展前景

据统计,2018年1-12月,国内新能源汽车销售125.62万辆,同比增长61.74%。其中纯电动汽车销售98.37万辆,同比增长50.83%;插电式混合动力汽车27.09万辆,同比增长117.98%。从单月看,12月,新能源汽车销售22.50万辆,同比增长38.21%。其中纯电动汽车销售19.18万辆,同比增长33.52%;插电式混合动力汽车销售3.20万辆,同比增长67.91%[5]。我国电动汽车占据了中国汽车行业大半个市场,其产量和销量每年都在节节攀升,国内电动汽车,包括混合动力汽车的驱传动系统用润滑油的发展面临着很大的机遇,具有广阔的市场前景和发展潜力。

5 结论

车用润滑油是润滑油市场的重要增长因素,随着汽车产销量及保有量的增长,车用润滑油的需求也会随之增长。电动汽车目前还是沿用传统燃油汽车润滑油,但未来随着电机、驱传动系统结构设计的发展变化,需要使用配套的专用润滑油,这对润滑油行业提供了更多的机遇与挑战。




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