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专为新能源电传动系统而生,壳牌E-Fluids“绿”动未来!

2020年12月23日 15:01:11    来源:卓众商用车/商用汽车微信公众号

在中国明确2030年前二氧化碳排放达到峰值、2060年前碳中和目标的大背景下,交通行业作为二氧化碳排放大户,其减排需求愈发急迫,全面电动化或成为交通行业脱碳的重要突破口。

然而迄今为止,汽车制造商主要配套为内燃机车辆开发的润滑产品,市面上多数润滑油不能为电动汽车提供最佳性能和效率。壳牌在2019年5月成功推出乘用车E-Fluids系列产品的基础上进行组合拓展,目前已经能满足从乘用车、厢式货车到大型卡车和公共汽车等电动汽车制造商的需求,为新能源电传动系统量身打造出了专属产品。

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油冷技术比水冷更具潜力

随着新能源汽车驱动电机技术的不断发展,驱动电机越来越向高转矩密度、高功率密度的方向发展,这些都与电机的散热方式紧密相关,高效的散热能力可以提高电机的持续功率和持续扭矩。

从电动汽车的直观表现来看,高效的散热能力提高了电机的爬坡能力、加速能力,降低了电机的重量,实现了铁心的轻量化,或者在电机有效质量不增加的情况下增加了额定功率和峰值功率;降低了动力总成的空间体积及重量,有效提高了驱动电机的功率密度,从而降低整车重量,提高整车性能以及效率。

事实上,在高功率密度和高转矩密度的指标下,电机温升是最难攻克的环节,且伴随着驱动集成化的发展趋势,如今的二合一、三合一、多合一、集成式混动系统、轮毂电机也对系统的散热能力提出了更高的要求。

对新能源汽车驱动电机的冷却系统来说,水是很好的冷却介质。国内新能源汽车技术路线主要采用水冷的方式,但是由于电机高温部分主要集中在绕组端部,流体介质无法直接接触高温点、无法直接冷却热源,绕组处的热量需经过槽内绝缘层、电机定子才能传递至外壳被水带走,传递路径长、散热效率低,且各部件之间的配合公差也影响了传递路径的热阻大小。因为有热阻的存在,从绕组到水冷机壳,存在温度梯度,绕组无法直接冷却,导致温度堆积形成局部热点。

为了进一步提高电机的散热能力,需要直接冷却热源来提升冷却效率。而油本身因为局部不导磁、不易燃、不导电、导热好的特性,对电机磁路无影响,因此散热效率更高的油冷技术成为研究热点,国内外一些研究机构及企业大力发展喷油冷却方式,对电机绕组端部实现喷油冷却。

壳牌E-Fluids提供最佳性能和效率

与市场上比较普遍的水冷技术相比,油冷技术的优势在于绝缘性能良好、冷却油沸点比水高、凝点比水低,使冷却油在低温下不易结冰、高温下不易沸腾。油冷电机对端部裸露面积更大的扁线绕组电机的冷却效果更明显,能够主动冷却到内部转子部件;同时有利于电机与变速箱的集成,提高轴承的润滑冷却效果、环境温度较低时加热变速箱油提高润滑搅拌效率。

当前阶段,油冷电机在技术与应用上已经有了一定的经验积累。而随着市场与配套技术的进一步成熟,整车对驱动系统的功率密度与低温环境下续航里程的要求进一步提高,油冷电机在某些应用场合如持续功率密度要求高、安装空间苛刻、轴承油封可靠性要求高,尤其是超高速电机领域会取得进一步应用并体现出巨大竞争力。

大多数OEM新型设计结构由油冷电机和减速箱组成高度集成电驱系统,以实现结构紧凑、重量低、功率高等目标,而电机的高速旋转所带来的大量热量又会造成电机效率下降,因此油冷电机技术的发展,可以显著提高电机的冷却效果,同时兼顾电机定子甚至转子的冷却。油品直接冷却不仅能够有效地降低电机运行温度,而且能够减少电机核心部件的成本,提高电机的输出效率。

基于上述考虑,油冷电机润滑油需具备诸多特性,而壳牌E-Fluids系列产品则很好地满足了这些需求:

出色的散热性能:壳牌E-Fluids采用低粘度设计,保证了油品良好的导热性能,从而满足高温条件下的电驱动系统冷却和散热需求。

优异的电气特性:壳牌E-Fluids采用特殊基础油和添加剂配方,有针对性地控制油品导电性能,保证较高的抗击穿电压,以满足系统中的绝缘特性要求。

卓越的油品兼容特性:壳牌E-Fluids独特的腐蚀抑制方案,保证油品的化学稳定性,有效避免线束的腐蚀,同时确保产品与电机绕组绝缘漆,绝缘纸,密封件,套管等非金属材料的兼容特性。

升级的抗氧化性能:壳牌 E-Fluids拥有更加优秀的氧化稳定性,防止高温热氧化,减少油泥漆膜的生成,并且减少氧化后油品的电气性能的变化,从而保证电驱动系统各部件的稳定运行。

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同时,考虑到减速箱系统的润滑需求,油品依旧要对齿轮轴承等部件提供良好的润滑保护,针对电机转速高达12000rpm以上以及较高的输入扭矩,油品同时需满足减速箱的润滑要求。壳牌 E-Fluids具备:

出色的抗磨承载特性:采用独特配方,即使在低粘度下,也能对于高速旋转的齿轮齿面,输入端、输出端轴承提供抗磨承载特性,大大减少磨损量。

良好的表面特性:壳牌E-Fluids注重油品的泡沫和空气释放性的控制,即使在高速电机输入的运行状态下,从配方上控制泡沫产生的倾向,以及可能产生的负面影响。

良好的高低温性能:壳牌E-Fluids产品完全能够满足低温起动的要求,实现冬季启动无忧,减低启动扭矩;另外高温下,能够提供适宜的润滑油膜,保护啮合部件。


壳牌E-Fluids助力交通业脱碳

新能源传动系统需要专属润滑油,正如壳牌企业全球商用车实行副总裁Carlos Maurer所说:"一旦添加到BEV或FCEV汽车的密封环境中,润滑液需要在车辆的使用寿命内保持最佳水平,这就是为什么首次加注对电动汽车如此重要。大家已将壳牌天然气制油(GTL)基础油技术用于壳牌E-Fluids产品组合,因为其低粘度特性使车辆动力传动系统的效率更高。大家的润滑油研究实验室致力于提供最先进的流体解决方案,以满足温度控制、氧化、铜腐蚀和导热性等特定的电动传动系统挑战。"

的确,壳牌与市场主流的OEM展开深入合作,取得了电机油冷技术的突破。专业的壳牌E-Fluids可为客户提供:卓越的氧化稳定性,使润滑油的使用寿命更长,从而尽可能避免车辆使用寿命期间的任何维护停机或换油;即使在高温下,壳牌专为电动商用车研发的E-Fluids润滑油,标准氧化实验结果显示,氧化率比竞争对手提供的类似产品少50%"①。

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在典型工作条件下冷却电机时,导电率至多可比为重型商用车设计的传统变速器油低8倍②;由于硫含量降低搭配优化的添加剂系统,壳牌E-Fluids E6i Plus 75W与竞品相比,铜溶解比竞争对手提供的类似产品少3倍以上③;与竞品提供的电动传动系统油液相比,壳牌E-Fluids技术可提供最高9%的热导率提升④,从而为电机端部绕组和齿轮箱润滑提供了更高的冷却能力。

为实现更佳的冷却效果,壳牌研发人员还充分考虑不同OEM硬件的设计特点及其润滑、冷却、电机材料兼容性等需求,进行油品的相关验证试验并获得OEM的技术认证。通过与OEM 的共同开发,结合OEM的部件单体测试、模拟计算以及台架测试,壳牌产品在油冷驱动电机系统中表现优良,同时在减速箱的实际运行过程中也表现出极佳的效果。

可见,面对世界以及中国环保升级的趋势,壳牌已准确把握脱碳时代润滑油行业的新机遇,深入了解本土市场需求,用世界级领先科技和中国化定制服务,推动交通运输行业向节能减排方向迈进!

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.


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