純電動乘用車減速箱潤滑油的開發及性能評價

金吟

中國石化潤滑油有限公司北京研究院

純電動車的傳動系統有多種類型，其中以水冷電機+單級減速箱市場應用最為廣泛。純電動車單級減速箱對油品的要求區別于傳統的傳動系油品。本文結合單級減速箱的工作情況，分析其潤滑需求，闡述了純電動乘用車減速箱油品的開發及驗證情況。

隨著中國經濟的發展及環保意識的提升，能源革命已經成為國家話題。在此環境下，新能源汽車的發展成為整個汽車行業關注的重點。在乘用車領域，新能源汽車根據動力模式不同分為純電動汽車、混合動力汽車、燃料電池電動汽車以及其他形式的新能源汽車。2019年，新能源汽車產量達到124.2萬輛，其中純電動汽車生產完成102萬輛，同比增長3.4%，在純電動汽車中，純電動乘用車占比最大。受人們節能環保意識的提升以及基礎配套設施更加完善等積極信號的影響，日后純電動汽車的市場占有率將進一步提升。

汽車電動化的發展，對零部件供應商提出了更高的要求，對潤滑油也提出了新的挑戰。目前，純電動乘用車型傳動系統主要分為水冷電機+單級減速箱、油冷電機+單級減速箱、油冷電機+兩級減速箱，現階段水冷電機+單級減速箱的市場化應用最為廣泛[1]。單級減速箱的結構及運行工況區別于傳統汽車的傳動結構，因此對潤滑油的使用也提出了新的要求。本文將重點圍繞單級減速箱潤滑油品的性能進行論述。

純電動乘用車減速箱潤滑需求及性能評價

單級減速箱大多采用固定速比，可以滿足中小型純電動車的要求[2]。設備具有以下特點：

◇結構更加緊湊。

◇輸入轉速較高。由電機直接驅動減速箱，由于電機的輸入轉速較高，因此單級減速箱的轉速可達12 000～20 000 r/min。而傳統發動機的最高轉速為6 000 r/min。

◇油品工作溫度較高。由于減速箱內的高轉速及高承載，油溫可達到100 ℃，最高可達150 ℃。傳統以齒輪形式進行傳動的手動變速箱工作溫度為90 ℃以下，最高不超過120 ℃。

◇更加關注傳動效率。為最大限度實現整車的節能，延長續航里程，電動車減速箱則更加看重傳動效率。

水冷電機+單級減速箱的結構是指電機與減速箱之間相對獨立，電機裝配有傳統的冷卻液，而減速箱則使用傳動系油品進行潤滑。結合減速箱性能特點，潤滑油品主要關注以下幾點性能：

運動黏度及承載性能

目前，國內較為常用的是75W-90黏度等級的油品。對于行業對純電動車傳動效率的關注，可以從優化減速箱設計、提升硬件的加工精度的層面進行改進，潤滑油的改變也有助于傳動效率的提升。因此，增加油品流動性，減速箱油低黏化成為一種油品開發的思路。為達到良好的傳遞效率，油品運動黏度（100 ℃）可由13.5～18.5 mm2/s降低至6.0 mm2/s甚至更低。因油品需要在較高轉速下保證對齒輪及軸承的潤滑，因此低黏化的同時，還需保證油品的承載能力，這對純電動乘用車減速箱油提出了一定的挑戰。

低溫流動性及剪切安定性

為保證車輛在冬季的正常使用，特別是車輛啟動時油品可以對各個部位實現有效潤滑，要求純電動車減速箱油品具有良好的低溫流動性能。在同等黏度的基礎上，相較普通礦物型油品，合成型油品及半合成型油品的低溫流動性能更好，但合成型油品的缺點是成本普遍較高。因此，礦物型油品想要彌補這一缺陷，就需要選擇合適的基礎油、黏度指數改進劑和降凝劑進行復配。

由于純電動乘用車減速箱的高轉速及高負荷，減速箱油在實際工作中會受到強烈的剪切力。強剪切力會引起油品黏度的下降，導致油膜厚度下降，造成磨損。因此，需要油品在保證低溫性能的同時，具有良好的抗剪切能力。研制的純電動乘用車減速箱油與市售在用油參比油的黏度及剪切穩定性數據對比見表1。研制樣品與市售在用油產品屬于礦物型產品。相較市場在用油，研制樣品從黏度、剪切穩定性和低溫性能方面更好的滿足了使用工況需求，與同類半合成型方案、合成型方案性能相當。由于半合成型方案及合成型方案在經濟型方面不占優勢，因此本文章不對上述兩個方案做過多討論。

氧化安定性

減速箱油在工作中被激烈地攪動，同時會與空氣、金屬、雜質等接觸，且減速箱內溫度較高，容易氧化變質失去原有性能，因此油品需要有良好的氧化安定性。純電動乘用車減速箱油與市售在用產品的氧化性能對比見表2、圖1～圖6，測試方法基于CEC L-48-A-00測試方法的DKA氧化性能測試。

表1 純電動車減速箱油與市售在用產品的黏度及剪切穩定性數據對比

表2 純電動乘用車減速箱油與市售在用產品的氧化性能數據對比

此外，結合減速箱運行工況，純電動乘用車減速箱油的防腐防銹能力、泡沫性能等性能也應予以關注。

純電動乘用車減速箱潤滑油的開發及驗證

根據上述油品性能要求，開發了適用于純電動乘用車減速箱（水冷電機）的產品，典型數據見表3。該產品通過多項性能驗證試驗，測試效果良好，說明該產品在水冷電機+單級減速箱純電動車中具有應用價值。

圖1 玻璃試驗管-研制樣品

圖2 玻璃試驗管-市售在用產品

圖3 玻璃試驗管底部-研制樣品

圖4 玻璃試驗管底部-市售在用產品

圖5 濾紙斑點-研制樣品

圖6 濾紙斑點-市售在用產品

效率試驗

效率試驗是在相同工況條件下使用不同減速箱油品，通過對總能耗的計算評定效率情況。效率試驗結果表明，本研究開發的純電動乘用車減速箱油對效率提升起到積極作用。

變速箱疲勞耐久試驗

變速箱疲勞耐久性試驗是在一定轉速、一定油溫下對變速箱按照額定輸入扭矩進行循環運轉，考察變速箱整體，即齒輪、軸、軸承及殼體等部位的疲勞耐久性[3]。變速箱疲勞耐久性是變速箱臺架的必做項目[3]。該方法亦可考察油品在變速箱中的使用效果。本研究研發的純電動車減速箱油通過了典型減速箱疲勞耐久性試驗驗證，使用了目前國內單級減速箱的最高扭矩，在行業中具有示范效應。此外，該油品還通過了差速器耐久試驗等臺架試驗，測試效果良好。油品的疲勞耐久試驗情況見表4。

表3 純電動乘用車減速箱油品典型數據

表4 疲勞耐久試驗情況

展望

☆純電動乘用車減速箱油品在傳動效率、低溫性能、剪切安定性、氧化安定性及承載性能等方面性能優異，在國內市場具有應用前景。

☆目前，市場上對于純電動乘用車減速箱油品的使用大多沿用其他類型的傳動系油品，如手動變速箱油、驅動橋油及自動變速箱油。各家OEM（原始設備制造商）對油品的使用要求各有不同，雖關注了設備的特點，但從整體行業角度看仍缺乏有針對性的潤滑產品及相對統一的潤滑規范。隨著純電動乘用車市場占有率的增加，推出相關行業標準有助于日后進一步規范裝填及售后油品市場。

☆隨著純電動乘用車領域的發展，國內外眾多OEM均開始進行減速箱的設計研發，減速箱類型也各有不同。其中，油冷電機與減速箱的匹配、兩檔變速箱的設計將成為日后行業內的重要發展方向，配套的傳動系油品還應對電化學性能、熱化學性能、摩擦性能予以關注。特別是電化學性能、熱化學性能、摩擦性能與傳統性能的匹配性問題也是當下研究的重要課題。