趋势｜电动汽车润滑油之PAO基础油选择

随着电动汽车的不断普及，电动汽车中使用的机油将不可避免地淘汰传统机油——这已不是什么秘密。因此，目前正在开发和制造发动机机油的公司需要在电动汽车润滑油方面投入精力。和所有好的润滑油一样，选择用于配制这些电力兼容润滑油的基础油至关重要。

雪佛龙菲利普斯化学公司全球PAO技术服务经理肯•霍普（Ken Hope）在摩擦与润滑工程师协会的会议上说：电介质油液已经存在很长时间了。随着电动汽车这样的新应用大量涌现，全球各地的润滑油公司正在努力开发满足这些新技术需求的成品润滑油。

为此，埃克森美孚公司的产品开发技术专家巴巴克•洛特菲（Babak Lotfi）表示：“优质基础油已成为配方中更为关键的组成部分。”

那么，这些新型润滑油必须具备哪些特性呢？

霍普将低粘度列为一个重要特性。他表示：低粘度是好的。低粘度润滑油流动所需的能量较少。这也有利于传热。目前雪佛龙菲利普斯化学公司主要从事2-cSt和4-cSt聚α烯烃的研究。

粘度越来越重要，因为它会影响润滑油呈现其他特性的方式。霍普表示：例如，对于聚α烯烃基础油来说，介电常数似乎不会随着粘度的变化而有很大变化。虽然比热和热导率也随着粘度等级的不同而略有不同，但低粘度聚α烯烃基础油的生物降解性增加了。

然而，与低粘度润滑油相关的挑战仍然存在。例如，聚α烯烃基础油的粘度越低，闪点和燃点也相应越低。霍普说：“当你观察闪点和燃点时，粘度越低则安全性越差。”

氧化稳定性、机油寿命和导热性也是电动汽车润滑油的重要性能，因为它们与冷却效率和热流有关。

另一个重要特性是比热。霍普说：“比热是指油品从产生热量的地方吸收热量的速度。这是能够将其从产生地传输出去的第一步。”

另一个必须具备的特性是水解稳定性。霍普说：“众所周知，水无处不在。水是一种污染物，尤其是对介电润滑油而言。水、污垢和其他类似物质会降低介电强度，这可能会产生问题。此外，润滑油抵抗水解也很重要。通常情况下，当物质水解时，产生的产物可能会易燃或腐蚀，并导致电气问题也是。”

霍普解释说，除了剪切稳定性、高闪点和燃点、密度、低凝点和生物降解性外，材料相容性是另一个重要特性。

如何选择基础油？

电动汽车应用润滑油都应选择聚α烯烃作为基础油吗？虽然存在其他选择，但许多润滑油行业人士似乎认为，它们才是首选。

霍普说：“我们这里有很多不同的潜在材料，但它们如何相对比较？”

他举例道，硅酯可以作为电动化应用的一种潜在基础油，尽管它似乎并没有达到聚α烯烃提供的性能水平。硅酯往往存在水解问题，其芳烃、生物降解和毒理学也可能引起关注。

电动化应用中也可以使用传统矿物油和加氢裂化油，但聚α烯烃在电动化应用中往往可以提供更好的性能。

为什么呢？霍普列举了它们优越的介电性能作为一个原因。他说：军方在为SR-71黑鸟开发的电介质冷却液方面存在问题，最初，他们使用的是硅酯，这很好，直到他们发现这类润滑油是吸湿的，它吸收水分。

当水分与润滑油接触时，它会形成凝胶。虽然这种润滑油具有很好的电介质性能，但是当凝胶经过几个电接触点时，会产生一些电弧，电弧会碳化，形成一个黑点。他们实际上称之为黑死病，因为他们知道当看到这些黑点漂浮在液体中时，计算机很快就会失灵。这表明已经发生了一些故障。

霍普指出：很明显需要用一种在应用中表现更好的基础油来代替这种传统的基础油，因此他们启动了一项研究。

新型的润滑油需要具有高导热性、高闪点和高燃点。首先测试的润滑油之一，是使用环烷基矿物油作为基础油配制的液压油。为了测试它，在实验中，一枚50口径的穿甲燃烧弹射向一个装满液压油的1加仑金属罐。其目的是避免润滑油形成“火球”。

幸运的是，基于聚α-烯烃的替代品正好做到了这一点，并且在试验期间仅产生烟雾，符合军用规范MIL-H 87257。霍普说：“这是由于硅酯基润滑油和聚α-烯烃基润滑油的闪点和燃点不同。”

聚α-烯烃基润滑油还进行了一系列其他测试，比如火焰传播测试，拿一根浸湿的灯芯点火，看看从a点到b点需要多长时间。移动速度越慢，润滑油性能就越好。然后，聚α-烯烃基润滑油成了他们的最终选择。

不过，军方对润滑油的需求可能与电动汽车略有不同。霍普说：“这些电动汽车目前并没有需要在30000英尺的高空飞行，所以低温并不成问题。事实上，低温下的一些极低粘度要求也不太需要着重考虑。许多其他特性都是如此。”

聚α烯烃油的应用优势

霍普说：减少摩擦的能力是电动汽车润滑油的首要任务，而第二个任务是消除热量，因为热量在哪里产生，就必须被吸收然后传递出去。

洛特菲表示同意，但在清单上增加了第三项：提高能源效率。他说：“基础油确实是影响能源效率和传热性能的关键因素。”

那么，聚α-烯烃基础油如何为能够实现这些目标的成品润滑油做出贡献呢？

关于聚α烯烃的散热能力，霍普引用了大众汽车研究人员和威尔弗雷德•巴茨教授2002年撰写的一篇论文。该文讨论了用于配制齿轮油的基础油对比热的影响方式，即将润滑油单位质量的温度提高1℃所需的热量。将4-cSt Ⅲ类基础油和8-cSt Ⅲ类基础油的散热性能与4-cSt PAO和8-cSt PAO进行了比较。经确定，使用聚α烯烃基础油配制的齿轮油具有更高的比热，使齿轮箱保持的温度比加氢裂化油低7℃-17℃，比矿物油低19℃。较高的比热表明流体吸收热量的能力增强。

至于能源效率，霍普解释说，通常称为ARKL EOTT的测试已被用于预测传输效率和润滑油控制能量损失的能力。在该试验中，将40毫升的试验液体放置在一个绝缘的4球装置中。在两个小时的时间内，在一定的转速和负载要求下，油液温度随时间升高。在使用Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类和Ⅳ类基础油配制的润滑油上进行试验时，观察到Ⅳ类聚α烯烃油产生的试验结束温度明显低于其他机油。事实上，聚α烯烃基础油产生的温度比最接近的执行油样（Ⅲ+类）低出6.6℃。每种配方使用相同的添加剂包装和每种基础油都是采用其5.5-cSt等级。

测试结果可以看到这些不同基础油润滑油之间产生热量的摩擦不同。摩擦很重要，这是底线。

此外，由微型牵引机生成的牵引曲线得出结论，在40℃和100℃条件下，试验聚α烯烃油产生的牵引系数均低于相同粘度的Ⅲ类基础油。这一结果表明，在40℃和100℃条件下，在一系列滑辊比和润滑状态下，聚α烯烃油明显具备性能优势。

综合考虑，聚α烯烃基础油已证明其具有良好的摩擦性能，如ARKL EOTT和微型曳引机试验所示。导热性也很重要，聚α烯烃油已证明它们比加氢裂化油和矿物油具有更好的导热性。最后，聚α烯烃基础油具有足够的介电性能，因为它们是稳定的。这些特性综合起来表明，聚α-烯烃基础油是配制成品电动汽车润滑油的理想基础油，可以延长润滑油的使用寿命，降低能耗。