电动汽车驱传动系统用润滑油性能要求及研究进展

王燕，王凯明，张霞玲

(中国石油克拉玛依石化有限责任公司，新疆 克拉玛依 834000)

0 引言

为了减少石油消耗和碳排放，传统燃油汽车将面临被替代的局面，很多国家及汽车企业都已制定停止和生产销售传统燃油汽车时间表，新能源汽车已经成为汽车工业的重要发展方向，国家持续出台相关政策和战略，全力推动新能源汽车行业的发展。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。中国汽车工业协会的统计数据显示，中国新能源汽车在2019年的销量为120.6万辆，虽说没有预期之多，但中国依然连续四年位居全球新能源汽车产销第一大国，从2020年7月份开始，新能源汽车迎来恢复性增长，当月销量接近10万台，同比增长了19.3%，这对油品行业来说是一个不错的信号，因为汽车产业发展动向被认为是油品行业的风向标[1]。

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。新能源汽车包括纯电动汽车、增程式电动汽车、混合动力汽车和燃料电池电动汽车等[2]，本文主要介绍纯电动汽车驱传动系统用润滑油性能要求及研究进展。

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，为使传动装置结构紧凑，传递部件少，并能够最大限度的降低功率损耗、减轻机件磨损、冷却摩擦副，通常电机和机械传动部分已逐步采用一体化驱动系统[3]，电动汽车的驱传动系统正由通用化向专用化方向发展，这给润滑油的冷却性、绝缘性和抗腐蚀性方面都提出了新的挑战，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。

1 电动汽车与传统燃油汽车用油的不同之处

对于混动汽车来说，传统燃油汽车的动力系统依然存在，但是增加了电动机动力系统等；对于纯电动汽车来说，由于完全由电池提供动力，没有发动机，因此不需要使用发动机油，但是电动汽车的其他传动系统用油依然存在[4]。

从燃油汽车升级到混合动力和纯电动汽车，对于汽车润滑领域会有两大变化：第一个变化是传统部件润滑油和润滑脂的变化，也就是说，传统的发动机油会升级成混合动力发动机油和用于混合动力变速器的电驱系统油；第二个变化是新能源汽车新增零部件所需的油品，例如电池冷却液、电池外壳的腐蚀抑制剂以及电机轴承润滑脂等。

2 电动汽车驱传动系统用润滑油的研究进展

2.1 电动汽车驱传动系统润滑油性能要求

考虑到成本和研发的问题，也许还有很多人认为传统燃油汽车的润滑油是可以直接应用于电动汽车中，但其实这是不可行的，因为电动汽车的系统更加复杂，整合了数量庞大的电子元器件，电机系统对油品的需求更为苛刻。因此，电动汽车润滑用油在化学和物理性能要求方面面临非常多的挑战[5-6]。

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，一般的电机转速每分钟达到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，保护机械部件免受损耗，同时针对高转速的轴承，需要提供非常好的抗泡沫特性。

其次，需要提供非常好的冷却能力，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，良好的电化学性能。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。

2.2 国外研究进展

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1。

表1 GM 9986144标准的技术要求

表1(续)

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56.4 km、80.5 km和112.7 km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1.5～4.0 mm2/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2，其性能参数测定结果见表3。

表2 汽车传动油组合物的组成配比

表3 汽车传动油组合物的性能参数

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4[7]。

表4 组成配比及其性能参数测定结果

表4(续)

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、能够节油耗能的耐摩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5[8]。

表5 组成配比及其性能参数测定结果

2.3 国内研究进展

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[9])，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黏度保持不变，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，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[10])，该组合物包括至少一种高黏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70 kV，老化后油品的击穿电压超过60 kV，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。

2.4 小结

根据文献查询对比分析，电动汽车润滑用油在化学和物理性能要求方面面临非常多的挑战，主要有：(1)优异的抗氧化性能、抗磨性能；(2)黏度小，黏度指数高；(3)优异的绝缘性能。对比情况见表6。

表6 国内外电动汽车用润滑油性能对比

3 电动汽车驱传动系统用润滑油在我国的发展前景

据统计，2019年1-12月，国内新能源汽车产量124.2万辆，同比下降2.3%，销量120.6万辆，同比下降4%；纯电动汽车产量102万辆，同比增长3.4%，销量97.2万辆，同比下降1.2%，产销量同比数据均好于同期整个新能源汽车市场。2019年新能源汽车产销量首次出现下滑，在未来经济增速持续回落的大背景下，中国新能源汽车行业将可能持续回落[11]。但综合来看，未来新能源汽车产业仍将是中国乃至全球汽车产业发展的重点，具有广阔的发展前景。一方面从能源的角度来看。近年来，我国经济持续快速稳定地发展，化石能源需求持续增长，对石油资源需求不断增多，中国油气资源的不足，能源供需矛盾的突出，对进口石油的依赖度不断提升。另一方面在汽车文化成熟的国家而言，汽车不只是一种交通工具，汽车的需求与居民个人意识、收入高度相关[12]。总的来看，随着经济的发展，居民收入的增长，对汽车的需求仍将持续增长。与德国、日本、韩国、以及美国等发达国家以及其他中等收入国家相比，中国汽车千人保有量仍处于相对较低的水平，具有较高的提升空间[13]。而单靠传统燃油汽车，在很大程度上会导致石油资源的高度紧张。并且当原油或者燃料油供给不足时，甚至会引起社会动荡，影响社会稳定[14]。因此发展新能源汽车在某种程度上可以说是由我国资源决定的一种必要的也必须发展的汽车技术路线。而从汽车产业发展趋势来看，电子化是汽车功能发展与提升的不变趋势。随着信息化时代的到来，汽车的电子化逐渐呈现出网联化、智能化的探索，相对于传统的燃油汽车，新能源汽车在电子化、智能化等方面具有绝对的先天性优势。

中国的新能源汽车厂商在之前很大程度上受补贴驱动，为消费者创造的新功能不足，与传统的燃油汽车相比，仅仅是动力结构变化以及驾驶体验少量改变，消费者购买的动力在很大程度上来自于补贴与税收的减免，当补贴退坡，行业自然陷入较大的困境[14]。总的说来，新能源汽车这一技术路线不具备竞争力，实际上是中国的汽车厂商在高端市场竞争力较弱。未来随着行业内企业的发展，市场竞争进一步激化，预计中国新能源汽车产业将进入一段调整期，市场集中度将会显著提升。

传统燃油汽车的驱传动系统和润滑油都需要定期保养，与之相比，电动汽车的保养工作量相对较少，电动汽车也因此备受称赞。但事实上，电动汽车的驱传动系统还是离不开合适的润滑油，而且就很多方面而言，它对润滑油性能提出的难题丝毫不亚于燃油汽车的驱传动系统。

电动汽车驱传动系统对润滑油提出的最大难题在于：电动汽车的电机可以在转速为0的条件下输出最大扭矩。与此同时，电动汽车必须通过采用黏度更低的油品和减少接触面积，以实现最高的传动能效和续航里程，这需要精心调制出合适的润滑油添加剂配方，才能在所有的运行条件下，既能保证油膜具备足够的强度，又能使摩擦降至最小[15]。

在2020年6月份，福斯已经与中国著名的电驱动公司浙江龙芯签署了战略合作协议，共同探讨开发电动车润滑油的整体解决方案。2020年11月召开的国际汽车变速器及驱动技术研讨会上壳牌推出E-fluids系列润滑油——针对集成式电驱系统推出的专用润滑油，它不仅具备常规润滑油的功能，而且还具备良好的绝缘性能以保护驱动箱内的电路系统，同时还兼具为电机散热以及确保电路中的铜制导线不被腐蚀等功效。

4 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。相对于传统燃油汽车变速箱，电驱变速箱中增加了电机，所以油品必须具备优异的绝缘性能，同时还需具有良好的氧化安定性能、剪切稳定性、抗磨损性能和摩擦特性等。