在中國明確2030年前二氧化碳排放達到峰值、2060年前碳中和目標的大背景下,交通行業(yè)作為二氧化碳排放大戶,其減排需求愈發(fā)急迫,全面電動化或成為交通行業(yè)脫碳的重要突破口。
然而迄今為止,汽車制造商主要配套為內(nèi)燃機車輛開發(fā)的潤滑產(chǎn)品,市面上多數(shù)潤滑油不能為電動汽車提供最佳性能和效率。殼牌在2019年5月成功推出乘用車E-Fluids系列產(chǎn)品的基礎(chǔ)上進行組合拓展,目前已經(jīng)能滿足從乘用車、廂式貨車到大型卡車和公共汽車等電動汽車制造商的需求,為新能源電傳動系統(tǒng)量身打造出了專屬產(chǎn)品。
油冷技術(shù)比水冷更具潛力
隨著新能源汽車驅(qū)動電機技術(shù)的不斷發(fā)展,驅(qū)動電機越來越向高轉(zhuǎn)矩密度、高功率密度的方向發(fā)展,這些都與電機的散熱方式緊密相關(guān),高效的散熱能力可以提高電機的持續(xù)功率和持續(xù)扭矩。
從電動汽車的直觀表現(xiàn)來看,高效的散熱能力提高了電機的爬坡能力、加速能力,降低了電機的重量,實現(xiàn)了鐵心的輕量化,或者在電機有效質(zhì)量不增加的情況下增加了額定功率和峰值功率;降低了動力總成的空間體積及重量,有效提高了驅(qū)動電機的功率密度,從而降低整車重量,提高整車性能以及效率。
事實上,在高功率密度和高轉(zhuǎn)矩密度的指標下,電機溫升是最難攻克的環(huán)節(jié),且伴隨著驅(qū)動集成化的發(fā)展趨勢,如今的二合一、三合一、多合一、集成式混動系統(tǒng)、輪轂電機也對系統(tǒng)的散熱能力提出了更高的要求。
對新能源汽車驅(qū)動電機的冷卻系統(tǒng)來說,水是很好的冷卻介質(zhì)。國內(nèi)新能源汽車技術(shù)路線主要采用水冷的方式,但是由于電機高溫部分主要集中在繞組端部,流體介質(zhì)無法直接接觸高溫點、無法直接冷卻熱源,繞組處的熱量需經(jīng)過槽內(nèi)絕緣層、電機定子才能傳遞至外殼被水帶走,傳遞路徑長、散熱效率低,且各部件之間的配合公差也影響了傳遞路徑的熱阻大小。因為有熱阻的存在,從繞組到水冷機殼,存在溫度梯度,繞組無法直接冷卻,導致溫度堆積形成局部熱點。
為了進一步提高電機的散熱能力,需要直接冷卻熱源來提升冷卻效率。而油本身因為局部不導磁、不易燃、不導電、導熱好的特性,對電機磁路無影響,因此散熱效率更高的油冷技術(shù)成為研究熱點,國內(nèi)外一些研究機構(gòu)及企業(yè)大力發(fā)展噴油冷卻方式,對電機繞組端部實現(xiàn)噴油冷卻。
殼牌E-Fluids提供最佳性能和效率
與市場上比較普遍的水冷技術(shù)相比,油冷技術(shù)的優(yōu)勢在于絕緣性能良好、冷卻油沸點比水高、凝點比水低,使冷卻油在低溫下不易結(jié)冰、高溫下不易沸騰。油冷電機對端部裸露面積更大的扁線繞組電機的冷卻效果更明顯,能夠主動冷卻到內(nèi)部轉(zhuǎn)子部件;同時有利于電機與變速箱的集成,提高軸承的潤滑冷卻效果、環(huán)境溫度較低時加熱變速箱油提高潤滑攪拌效率。
當前階段,油冷電機在技術(shù)與應(yīng)用上已經(jīng)有了一定的經(jīng)驗積累。而隨著市場與配套技術(shù)的進一步成熟,整車對驅(qū)動系統(tǒng)的功率密度與低溫環(huán)境下續(xù)航里程的要求進一步提高,油冷電機在某些應(yīng)用場合如持續(xù)功率密度要求高、安裝空間苛刻、軸承油封可靠性要求高,尤其是超高速電機領(lǐng)域會取得進一步應(yīng)用并體現(xiàn)出巨大競爭力。
大多數(shù)OEM新型設(shè)計結(jié)構(gòu)由油冷電機和減速箱組成高度集成電驅(qū)系統(tǒng),以實現(xiàn)結(jié)構(gòu)緊湊、重量低、功率高等目標,而電機的高速旋轉(zhuǎn)所帶來的大量熱量又會造成電機效率下降,因此油冷電機技術(shù)的發(fā)展,可以顯著提高電機的冷卻效果,同時兼顧電機定子甚至轉(zhuǎn)子的冷卻。油品直接冷卻不僅能夠有效地降低電機運行溫度,而且能夠減少電機核心部件的成本,提高電機的輸出效率。
基于上述考慮,油冷電機潤滑油需具備諸多特性,而殼牌E-Fluids系列產(chǎn)品則很好地滿足了這些需求:
出色的散熱性能:殼牌E-Fluids采用低粘度設(shè)計,保證了油品良好的導熱性能,從而滿足高溫條件下的電驅(qū)動系統(tǒng)冷卻和散熱需求。
優(yōu)異的電氣特性:殼牌E-Fluids采用特殊基礎(chǔ)油和添加劑配方,有針對性地控制油品導電性能,保證較高的抗擊穿電壓,以滿足系統(tǒng)中的絕緣特性要求。
卓越的油品兼容特性:殼牌E-Fluids獨特的腐蝕抑制方案,保證油品的化學穩(wěn)定性,有效避免線束的腐蝕,同時確保產(chǎn)品與電機繞組絕緣漆,絕緣紙,密封件,套管等非金屬材料的兼容特性。
升級的抗氧化性能:殼牌 E-Fluids擁有更加優(yōu)秀的氧化穩(wěn)定性,防止高溫熱氧化,減少油泥漆膜的生成,并且減少氧化后油品的電氣性能的變化,從而保證電驅(qū)動系統(tǒng)各部件的穩(wěn)定運行。
同時,考慮到減速箱系統(tǒng)的潤滑需求,油品依舊要對齒輪軸承等部件提供良好的潤滑保護,針對電機轉(zhuǎn)速高達12000rpm以上以及較高的輸入扭矩,油品同時需滿足減速箱的潤滑要求。殼牌 E-Fluids具備:
出色的抗磨承載特性:采用獨特配方,即使在低粘度下,也能對于高速旋轉(zhuǎn)的齒輪齒面,輸入端、輸出端軸承提供抗磨承載特性,大大減少磨損量。
良好的表面特性:殼牌E-Fluids注重油品的泡沫和空氣釋放性的控制,即使在高速電機輸入的運行狀態(tài)下,從配方上控制泡沫產(chǎn)生的傾向,以及可能產(chǎn)生的負面影響。
良好的高低溫性能:殼牌E-Fluids產(chǎn)品完全能夠滿足低溫起動的要求,實現(xiàn)冬季啟動無憂,減低啟動扭矩;另外高溫下,能夠提供適宜的潤滑油膜,保護嚙合部件。
殼牌E-Fluids助力交通業(yè)脫碳
新能源傳動系統(tǒng)需要專屬潤滑油,正如殼牌公司全球商用車執(zhí)行副總裁Carlos Maurer所說:"一旦添加到BEV或FCEV汽車的密封環(huán)境中,潤滑液需要在車輛的使用壽命內(nèi)保持最佳水平,這就是為什么首次加注對電動汽車如此重要。我們已將殼牌天然氣制油(GTL)基礎(chǔ)油技術(shù)用于殼牌E-Fluids產(chǎn)品組合,因為其低粘度特性使車輛動力傳動系統(tǒng)的效率更高。我們的潤滑油研究實驗室致力于提供最先進的流體解決方案,以滿足溫度控制、氧化、銅腐蝕和導熱性等特定的電動傳動系統(tǒng)挑戰(zhàn)。"
的確,殼牌與市場主流的OEM展開深入合作,取得了電機油冷技術(shù)的突破。專業(yè)的殼牌E-Fluids可為客戶提供:卓越的氧化穩(wěn)定性,使?jié)櫥偷氖褂脡勖L,從而盡可能避免車輛使用壽命期間的任何維護停機或換油;即使在高溫下,殼牌專為電動商用車研發(fā)的E-Fluids潤滑油,標準氧化實驗結(jié)果顯示,氧化率比競爭對手提供的類似產(chǎn)品少50%"①。
在典型工作條件下冷卻電機時,導電率至多可比為重型商用車設(shè)計的傳統(tǒng)變速器油低8倍②;由于硫含量降低搭配優(yōu)化的添加劑系統(tǒng),殼牌E-Fluids E6i Plus 75W與競品相比,銅溶解比競爭對手提供的類似產(chǎn)品少3倍以上③;與競品提供的電動傳動系統(tǒng)油液相比,殼牌E-Fluids技術(shù)可提供最高9%的熱導率提升④,從而為電機端部繞組和齒輪箱潤滑提供了更高的冷卻能力。
為實現(xiàn)更佳的冷卻效果,殼牌研發(fā)人員還充分考慮不同OEM硬件的設(shè)計特點及其潤滑、冷卻、電機材料兼容性等需求,進行油品的相關(guān)驗證試驗并獲得OEM的技術(shù)認證。通過與OEM 的共同開發(fā),結(jié)合OEM的部件單體測試、模擬計算以及臺架測試,殼牌產(chǎn)品在油冷驅(qū)動電機系統(tǒng)中表現(xiàn)優(yōu)良,同時在減速箱的實際運行過程中也表現(xiàn)出極佳的效果。
可見,面對世界以及中國環(huán)保升級的趨勢,殼牌已準確把握脫碳時代潤滑油行業(yè)的新機遇,深入了解本土市場需求,用世界級領(lǐng)先科技和中國化定制服務(wù),推動交通運輸行業(yè)向節(jié)能減排方向邁進!
1 Based on DKAOxidation Test 170°C/192hr, comparing kinematic viscosity increase at 100°C.
2 Comparing electrical conductivity data, measured to mod. DIN 53483 at 500V. Shell E-Fluids Technology vs. conventional Heavy Duty ATF.
3 Shell E-Fluids E6 i Plus 75W vs. Competitor E-Fluids in mod. ASTM D130 Cu-Strip Test at 168hr/150°C; Measurement of Copper in oil acc. DIN 51399-2.
4 Comparing Thermal Conductivity data at 120°C / 140°C between Shell E-Fluids Technology and a Competitor E-Fluids solution acc. to ASTMD7896-19.