電動(dòng)汽車(chē)用油液：是否是全新的添加劑化學(xué)？

存在用于混合動(dòng)力和電池電動(dòng)車(chē)輛（BEV）的大量動(dòng)力總成體系結(jié)構(gòu)。當(dāng)下一代汽車(chē)的發(fā)展處于起步階段時(shí)，原始設(shè)備制造商（OEM）往往會(huì)依賴(lài)于他們已經(jīng)擁有的潤(rùn)滑劑。JAZTechConsulting的所有者兼首席顧問(wèn)JackZakarian說(shuō)，潤(rùn)滑劑通常是良好的絕緣體，他在美國(guó)能源巨頭雪佛龍公司開(kāi)發(fā)用于傳動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)品的潤(rùn)滑劑配方方面擁有37年的經(jīng)驗(yàn)。“通過(guò)精心的配方設(shè)計(jì)，我們可以控制電氣設(shè)備他在2020年7月21日舉行的網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)上對(duì)亞洲潤(rùn)滑油制造商聯(lián)盟（ALMU）成員說(shuō)：“電動(dòng)汽車(chē)何時(shí)將負(fù)責(zé)：對(duì)潤(rùn)滑油配方和銷(xiāo)售渠道的潛在影響。”

 

扎卡里安說(shuō)，在這一點(diǎn)上，大多數(shù)潤(rùn)滑油制造商仍在感覺(jué)自己的方式。沒(méi)有可說(shuō)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，而且OEM通常不會(huì)“超越其圈子”發(fā)布規(guī)范。SAE技術(shù)委員會(huì)成員扎卡里安（Zakarian）負(fù)責(zé)起草電動(dòng)汽車(chē)（EV）流體的行業(yè)規(guī)范，他說(shuō)該指導(dǎo)尚處于早期階段。該委員會(huì)正在研究可用的測(cè)試方法，OEM需求和一系列價(jià)值。他說(shuō)，該委員會(huì)希望能在明年之前提供一份文件。

 

雖然電動(dòng)汽車(chē)僅占當(dāng)今全球汽車(chē)市場(chǎng)的一小部分，但由于政府政策和消費(fèi)者需求，它們是汽車(chē)行業(yè)中增長(zhǎng)最快的細(xì)分市場(chǎng)之一。全球主要汽車(chē)制造商已宣布計(jì)劃在未來(lái)五年內(nèi)發(fā)布約200款新EV車(chē)型。Valvoline中國(guó)公司的高級(jí)董事兼總經(jīng)理GeorgeZhang說(shuō)，到2040年，EV的銷(xiāo)量可能會(huì)達(dá)到全球乘用車(chē)銷(xiāo)量的一半以上。AftonChemical的電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)經(jīng)理AdamBanks認(rèn)為，基礎(chǔ)設(shè)施和電池成本將抑制需求，直到電動(dòng)汽車(chē)的銷(xiāo)量增長(zhǎng)。2020年代中期，然后在中國(guó)和歐洲等主要市場(chǎng)加速發(fā)展。他說(shuō)，目前正在決定將哪種液體用于首次填充或工廠填充。

 

盡管如此，何時(shí)電動(dòng)汽車(chē)將成為主導(dǎo)的汽車(chē)技術(shù)仍存在不確定性。扎卡里安（Zakarian）認(rèn)為，由于混合動(dòng)力汽車(chē)的續(xù)駛里程擴(kuò)大，因此在短期內(nèi)獲得市場(chǎng)份額的機(jī)會(huì)更大。張認(rèn)為，在某些國(guó)家或地區(qū)，BEV市場(chǎng)可能會(huì)以更快的速度增長(zhǎng)，這種趨勢(shì)將在可預(yù)見(jiàn)的將來(lái)繼續(xù)下去。

 

目前，電動(dòng)汽車(chē)對(duì)機(jī)油消耗的影響相對(duì)較小。電動(dòng)汽車(chē)的工廠填充和服務(wù)填充市場(chǎng)都很小。扎卡里安說(shuō)，如果不是當(dāng)前的大流行，我們將見(jiàn)證潤(rùn)滑油銷(xiāo)售的增長(zhǎng)。不過(guò)，市場(chǎng)研究公司Kline預(yù)測(cè)，到2040年，乘用車(chē)汽車(chē)機(jī)油總需求將下降120萬(wàn)公噸。不管您對(duì)電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)的未來(lái)增長(zhǎng)率有何看法，都應(yīng)謹(jǐn)慎計(jì)劃銷(xiāo)售混合動(dòng)力和全電動(dòng)油。

 

Zakarian相信添加劑公司將在EVFluids的開(kāi)發(fā)中使用成熟的添加劑技術(shù)。公司不一定會(huì)開(kāi)發(fā)新的化學(xué)方法，而是從現(xiàn)有產(chǎn)品組合中挑選和選擇具有良好熱和電性能的添加劑。他說(shuō)，總的來(lái)說(shuō)，目前的材料適用于電子產(chǎn)品，真正的區(qū)別在于它們?nèi)绾沃匦屡帕羞@些材料。

 

盡管有關(guān)電動(dòng)車(chē)油的公告激增，但許多組織并未發(fā)布有關(guān)新產(chǎn)品的數(shù)據(jù)?！禙+L雜志》采訪了多家制造商，以深入了解他們的方法以及電動(dòng)和混合動(dòng)力汽車(chē)的關(guān)鍵流體特性。

 

殼牌全球商業(yè)技術(shù)副總裁SeldaGunsel表示，該行業(yè)專(zhuān)注于添加劑創(chuàng)新和技術(shù)發(fā)展，以改善流體的熱和電性能。她說(shuō)，需要新的添加劑化學(xué)才能發(fā)揮全部潛力。滿足不同動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)特定需求的定制油很重要，無(wú)論是用于混合動(dòng)力還是BEV，其添加劑要求取決于獨(dú)特的EV硬件設(shè)置和單個(gè)客戶(hù)的要求。

 

張說(shuō)，Valvoline的電動(dòng)汽車(chē)油液設(shè)計(jì)有時(shí)依賴(lài)于現(xiàn)成的硬件組件和潤(rùn)滑劑。但是，要滿足特定的硬件設(shè)計(jì)要求，通常需要基于全新添加劑化學(xué)的高級(jí)潤(rùn)滑劑。張先生說(shuō)，最大的挑戰(zhàn)是各種各樣的BEV和混合動(dòng)力總成架構(gòu)，這些架構(gòu)要求獨(dú)特的潤(rùn)滑油性能。在Valvoline擁有20多年研發(fā)經(jīng)驗(yàn)的Zhang說(shuō)道。

 

雖然有一些OEM可以使用現(xiàn)有油液的例子，但Banks認(rèn)為這只是一個(gè)臨時(shí)解決方案。他說(shuō)，隨著電氣化程度的不斷提高，設(shè)計(jì)將得到完善，對(duì)具有不同性能平衡的新型流體的需求也將最終確定。新類(lèi)別的添加劑也將出現(xiàn)。Banks說(shuō)，用于直接冷卻的車(chē)橋的電動(dòng)變速箱油（ETF）是一種全新的產(chǎn)品類(lèi)型。

 

?stablishing與整車(chē)廠緊密合作是必要的，充分了解他們的流體需求。即使電動(dòng)汽車(chē)油液市場(chǎng)變得更加龐大，大多數(shù)行動(dòng)仍將在工廠而不是售后市場(chǎng)進(jìn)行。扎卡里安說(shuō)，提供服務(wù)的機(jī)會(huì)是有限的。

 

EV動(dòng)力總成的獨(dú)特特性正在改變潤(rùn)滑油的性能需求。制造商必須提供熟悉的磨損預(yù)防和保護(hù)措施，這在內(nèi)燃機(jī)中很常見(jiàn)，同時(shí)還要管理與電動(dòng)和混合動(dòng)力汽車(chē)中存在的高壓組件的兼容性。張說(shuō)，流體解決方案提供商需要考慮電性能，熱性能，材料相容性，耐用性和效率。

 

電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力總成的好奇之一是其獨(dú)特的動(dòng)力傳遞方式。電動(dòng)汽車(chē)從一開(kāi)始就提供完整的扭矩，并在很寬的速度范圍內(nèi)保持扭矩。張說(shuō)，高扭矩和低速的結(jié)合給齒輪和軸承等傳動(dòng)系統(tǒng)組件施加了額外的壓力。電動(dòng)車(chē)油有望提供增強(qiáng)的磨損保護(hù)。另一方面，電動(dòng)機(jī)的最高速度可能接近20,000rpm或更高，從而導(dǎo)致攪拌損失增加。Zhang說(shuō)，希望使用粘度較低的潤(rùn)滑劑。

 

在EV潤(rùn)滑劑設(shè)計(jì)中，保護(hù)易受腐蝕的金屬和涂層免受腐蝕非常重要。班克斯說(shuō)，在行業(yè)中面臨著更嚴(yán)峻的技術(shù)挑戰(zhàn)之一，即在防止齒輪腐蝕的同時(shí)平衡強(qiáng)大的齒輪保護(hù)。一些添加劑的化學(xué)性質(zhì)，例如抗磨性，可能腐蝕銅。他說(shuō)，需要新的測(cè)試方法，包括氣相腐蝕測(cè)試和擴(kuò)展腐蝕測(cè)試。在這些擴(kuò)展的腐蝕測(cè)試中，失效模式也很重要。雅富頓公司的代表建議，盡管目視評(píng)定是有幫助的，例如在ASTMD130中，但溶解在油中的銅的量對(duì)于測(cè)量至關(guān)重要。幾家潤(rùn)滑劑制造商已經(jīng)建立了內(nèi)部銅腐蝕測(cè)試功能，以模擬在電流下的銅線腐蝕。

 

通過(guò)與其他功能（例如主減速器）共享油底殼的流體對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行直接冷卻，帶來(lái)了進(jìn)一步的挑戰(zhàn)。電動(dòng)馬達(dá)的運(yùn)行溫度極高，具有許多新材料，并且已電氣化。班克斯說(shuō)，在電動(dòng)汽車(chē)和混合動(dòng)力汽車(chē)中，即使那些不直接接觸電動(dòng)馬達(dá)的流體也會(huì)受到影響，因?yàn)闄C(jī)械部件的占空比不同。在發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油的情況下，對(duì)混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)的需求與純內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)完全不同，這是因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)的使用方式。他說(shuō)，有報(bào)道說(shuō)乳化液，磨損和燃料稀釋度增加。

 

潤(rùn)滑劑的熱傳遞能力在很大程度上取決于其物理性質(zhì)，例如粘度。班克斯說(shuō)，低粘度是除熱的關(guān)鍵，高品質(zhì)的基礎(chǔ)油可以提供更好的導(dǎo)熱性，從而有助于降低熱量。但是，如果粘度太低，則會(huì)出現(xiàn)磨損和疲勞問(wèn)題。

 

張說(shuō)，粘度是由基礎(chǔ)油和添加劑（例如粘度調(diào)節(jié)劑）決定的，而電導(dǎo)率主要取決于添加劑的性質(zhì)。他說(shuō)，仔細(xì)選擇基礎(chǔ)油和添加劑以及智能配方設(shè)計(jì)是在電導(dǎo)率和粘度之間取得平衡的最佳實(shí)踐。

 

大多數(shù)電子流體將使用具有更好排熱能力的基礎(chǔ)油。扎卡里安說(shuō)，我的感覺(jué)是第四組，PAO或其他合成材料。殼牌公司表示，殼牌在其電子流體產(chǎn)品系列中使用了氣液（GTL）技術(shù)，該產(chǎn)品已經(jīng)具有較低的粘度，但得益于較低的電導(dǎo)率，可以最大限度地散熱。

 

出現(xiàn)了新的領(lǐng)域，例如直接電池冷卻液。這是在電池內(nèi)使用介電液以降低溫度梯度并實(shí)現(xiàn)更快充電和延長(zhǎng)電池壽命的地方。班克斯說(shuō)，在冷卻至關(guān)重要并且可以抵消OEM成本以彌補(bǔ)電池容量或電動(dòng)馬達(dá)中昂貴的稀有金屬成本的應(yīng)用中，性能更高的基礎(chǔ)庫(kù)存將找到機(jī)會(huì)，但始終必須權(quán)衡成本。

 

酯由于其令人印象深刻的除熱能力以及可以定制以進(jìn)行或多或少的充電而受到越來(lái)越多的關(guān)注。Zakarian說(shuō)，我們肯定會(huì)將酯作為潤(rùn)滑劑的一部分，盡管他告訴ALMU成員它們不太可能是主要的基礎(chǔ)油。他說(shuō)，聚乙二醇流體也將發(fā)揮作用，但它也不是主要流體。

 

潤(rùn)滑劑的電性能是電動(dòng)汽車(chē)耐久性和性能（尤其是電導(dǎo)率和介電擊穿）的關(guān)鍵問(wèn)題。在沒(méi)有全球行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的情況下，有兩個(gè)因素在起作用：OEM對(duì)硬件的要求，以及監(jiān)管因素。張說(shuō)，例如，在中國(guó)，電動(dòng)汽車(chē)需要合法地滿足安全要求。

 

熱量的去除在很大程度上取決于基本原料的選擇，而電導(dǎo)率在很大程度上受添加劑化學(xué)的影響。電導(dǎo)率不應(yīng)太高，否則可能會(huì)使電動(dòng)機(jī)短路。扎卡里安說(shuō)，它太低了，它不允許離子運(yùn)動(dòng)并且會(huì)積累靜電荷。

 

通過(guò)添加劑配方方面的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，我們可以在保持性能的同時(shí)顯著降低電導(dǎo)率。班克斯說(shuō)，這創(chuàng)造了低粘度而又沒(méi)有高導(dǎo)電性的機(jī)會(huì)。那時(shí)，低粘度的障礙是由其他考慮因素決定的，例如閃點(diǎn)和著火點(diǎn)，整體系統(tǒng)效率和蒸發(fā)損失。

 

介電擊穿測(cè)試可測(cè)量出油在失效之前可以承受的應(yīng)力量-通過(guò)油中的電火花表示。在用過(guò)的流體中，諸如水分，顆粒和磨損金屬之類(lèi)的污染物可能會(huì)顯著改變流體的電性能。因此，配方設(shè)計(jì)師需要將該方面納入潤(rùn)滑劑產(chǎn)品設(shè)計(jì)中。扎卡里安說(shuō)，目前，電介質(zhì)擊穿似乎不是主要問(wèn)題，但應(yīng)該對(duì)其進(jìn)行監(jiān)視。

 

張說(shuō)，一種新興的趨勢(shì)是開(kāi)發(fā)統(tǒng)一的EV流體，該流體既用作電池，電動(dòng)機(jī)，電子設(shè)備和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的潤(rùn)滑劑，又用作熱量管理流體。新型基礎(chǔ)油和新型添加劑化學(xué)可能需要開(kāi)發(fā)/并入。Valvoline代表還強(qiáng)調(diào)了一種趨勢(shì)，因?yàn)檎谘芯烤哂懈唠妷海ɡ?00伏或什至1300伏）的系統(tǒng)，因此對(duì)EV流體的電性能提出了更高的要求。

 

雅富頓化工強(qiáng)調(diào)了三個(gè)關(guān)鍵技術(shù)趨勢(shì)，這些趨勢(shì)將增加下一代電動(dòng)汽車(chē)中潤(rùn)滑劑的量和價(jià)值。電動(dòng)汽車(chē)的第一代主要是干式（風(fēng)冷或通過(guò)冷卻液套），但隨后的幾代正在轉(zhuǎn)向直接對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行油冷卻。多速電動(dòng)汽車(chē)的趨勢(shì)將提高車(chē)輛的效率和性能。換擋元件，例如離合器組件或同步器，將通過(guò)適當(dāng)?shù)牧黧w啟用。最后，班克斯強(qiáng)調(diào)了直接電池冷卻的出現(xiàn)，并將是20年代后期將開(kāi)始采用的主流技術(shù)。