新能源乘用汽车的发展现状及变速箱油品润滑性能要求

周轶

中国石化润滑油有限公司北京研究院

随着石油资源的日益紧缺、以及生态环境压力的不断加大，新能源逐步替代并最终取代传统能源将是大势所趋，同时，在大力提倡节能、低碳的形势下，新能源汽车成为全球汽车产业发展的趋势。

各国纷纷出台强制政策，推进新能源汽车国际市场发展。美国ZEV（Zero Emission Vehicle：零排放车辆）法案规定在加州及其他9个州内汽车销量超过一定数量的企业必须使其环保汽车达到一定的比例，要求2018年车型中ZEV的比例为4.5%，之后逐渐增加，2025年ZEV所占比例将达到22%。欧洲汽车排放标准规定，到2021年欧盟地区的新车平均二氧化碳排放量不得高于95 g/km，不达标者将面临数亿欧元的罚款。中国工信部等5部委于2017年9月28日正式印发了《乘用车企业平均燃料消耗量与新能源汽车积分并行管理办法》，该办法自2018年4月1日起执行，新能源汽车积分比例从2019年开始设定，目标是中国乘用车新车油耗在2020年下降至5 L/100 km左右。

同时，全球多个国家已经制定禁售燃油车的时间表，如荷兰（2025年）、挪威（2025年）、法国（2040年）和英国（2040年）等。目前中国也正在制订传统能源汽车退出的时间表，以推动汽车产业持续发展。

在中国，得益于北京等城市对居民汽车消费实施限行限购，以及新能源车补贴公告和购置税免税公告的按节点发布，同时，越来越多的厂家把新能源车作为发展重点，不断推出新车型，中国新能源乘用车市场将会持续拉升。

国内外新能源乘用汽车发展现状

2017年，中国新能源乘用车销量位列第一，达55.36万台左右［1］，占据全球市场比例达47.3%；美国新能源乘用汽车销售量位列第二，为19.75万台左右，市场份额较2016年有所回落；日本新能源乘用汽车销售量位列第三，为14.01万台左右，2017年市场份额较2016年大幅度增长，这得益于日产的NOTE增程式电动车市场销量增加。全球各国2016年及2017年新能源乘用汽车的销量及市场份额见表1［1］。

全球新能源车的发展线路差异较大，各国仍以发展纯电动汽车（Electric Vehicle，EV）以及混合动力汽车（Hybrid Electric Vehicle，HEV）为主，氢燃料汽车市场份额仍是0.3%的微小数量。全球新能源汽车的市场销量中，混合动力汽车占据1/3，纯电动汽车占据2/3。2016年及2017年全球各国新能源乘用车的线路分化见表2［1］。

从表2可以看出，中国市场以纯电动汽车销量占多数，而日本市场以混合动力汽车为主。

新能源乘用汽车变速箱类型及润滑现状

新能源乘用汽车变速箱的类型

广义上说，混合动力汽车是指车辆驱动系统由2个或多个能同时运转的单个驱动系统联合组成的车辆，车辆的行驶功率依据实际的车辆行驶状态由单个驱动系统单独或共同提供。通常所说的混合动力汽车，一般是指油电混合动力汽车，即采用传统的内燃机（柴油机或汽油机）和电动机作为动力源，也有的发动机经过改造使用其他替代燃料，例如压缩天然气、丙烷和乙醇燃料等。

表1 各国 2016年及2017年新能源乘用车销量以及市场份额

表2 各国2016年及2017年新能源乘用车的发展线路

目前主流的混合动力系统分类是按照混合动力驱动的联结方式，主要分为3类：串联式混合动力系统、并联式混合动力系统以及混联式混合动力系统。它们的联结方式见图1。

应用在混合动力汽车上的变速器主要类型包括：一档或多档位减速箱、手动变速箱（Manual Transmission，MT）、自动变速器（Automatic Transmission，AT）、双离合变速器（Dual Clutch Transmission ，DCT）、无级变速器（Continuously Variable Transmission ，CVT）以及专有的混动变速箱（如丰田EVT：Electrical Variable Transmission）。

纯电动汽车，它是完全由可充电电池（如铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池或锂离子电池）提供动力源的汽车。纯电动汽车的结构主要由电力驱动控制系统、汽车底盘、车身以及各种辅助装置等部分组成。纯电动汽车的传动系统目前仍以传统汽车的传动系统为技术基础，但因其自身设计的特点，其传动系统与传统内燃机汽车的传动系统有很大不同，其构造更简化，体积更小，重量更轻，传动效率更高。

目前市场上应用的纯电动乘用车以独立一档减速机构为主，但未来发展将向电控、电机及减速一体化方向迈进，将会出现多档位减速机构（图2）。

图2 纯电动汽车减速箱齿轮组（一档减速机构）

新能源乘用汽车变速箱的润滑现状

对于新能源汽车，不同类型的变速箱其结构有较大区别，所需配套的润滑油品种有所不同。新能源乘用汽车各类型变速箱的油品应用情况见表3。

目前，市场上的混合动力变速箱基本上没有使用专用的混合动力变速箱油品,以变速箱类型专用油（如专用的ATF 、DCTF油品等）应用为主，纯电动汽车变速箱以使用ATF（自动传动液）、齿轮油或者低黏度的手动变速箱油品为主。

新能源乘用汽车变速箱油品润滑性能要求

对于混合动力汽车而言，由于AT、CVT和DCT等变速机构在设计及传动形式上存在差异，其中AT属于行星齿轮传动，CVT通过带轮传递扭矩，DCT通过双离合器的啮合、分离来换挡，因此各类型的变速箱油品需要兼顾各类型变速箱的摩擦性能要求的不同，进行性能区别：ATF需要良好的摩擦性能和抗抖动性能；CVTF油品则需要良好的钢对钢的摩擦性能；DCTF要同时兼顾ATF良好的摩擦性能和抗抖动性能以及MTF对齿轮和同步器良好的抗磨损、点蚀性能。

对于纯电动汽车而言，目前市场上应用的纯电动乘用车以一档减速机构为主，由于转速大幅提高（一般输入轴转速在10 000 r/min以上）、体积减小，造成工况更为苛刻，运转温度更高，油品运行负荷增大，因此对油品的抗泡沫性能、氧化安定性和热安定性等性能提出了更高的要求。由于目前各家OEM（原始设备制造商）比较关注燃油经济性要求，低黏度的油品是发展方向。因此，在降低油品黏度的同时，需要考虑油品的承载性能，以保证减速箱轴承齿轮的润滑可靠性。

此外，为使传动装置结构紧凑，并最大限度地降低功率消耗、减轻部件磨损、冷却摩擦副，通常采用电机和机械传动部分“一体化”润滑的方案进行设计，这就要求润滑油不仅要保证对机械传动部分的良好润滑和冷却，还要满足电机的润滑冷却要求。目前，混合动力汽车动力系统绝大数是电机与变速器耦合的形式（油冷电机），同时这也是未来纯电动汽车发展的重要趋势。因此，相对于传统变速箱，电机与变速器一体化（油冷电机）系统中增加了电机，所以油品必须具备优异的电化学性能、极端情况下的热保护性能以及与漆包线等非金属材料良好的相容性等。

油品的电化学性能一般会测试油品的介电常数、电阻率、介损值以及击穿电压等性能，测试方法见表4。

总之，未来电机与变速器一体化（油冷电机）系统油品的配方，将会在电化学性能、材料相容性以及其本身的变速箱油品性能要求之间寻求平衡。

表3 新能源乘用汽车各类型变速箱的油品应用情况

表4 油品的电化学性能测试项目及方法

结论

☆随着中国新能源车与传统车的双积分政策的实施，未来中国新能源乘用车市场将出现可期待的较快增长。

☆2017年全球新能源乘用车销量前3名国家为中国、美国和日本。中国市场以纯电动汽车为主，日本市场则以混合动力汽车为主。

☆混合动力变速箱油品需要兼顾各类型变速箱的摩擦性能要求不同进行性能区分。纯电动汽车减速箱油品对油品的抗泡沫性能、氧化安定性和热安定性等性能提出了更高的要求，同时低黏化是发展方向。

☆电机与变速器一体化（油冷电机）系统所采用的油品必须具备优异的电化学性能、极端情况下的热保护性能以及具有与漆包线等非金属材料良好的相容性。