一、油冷電機的優(yōu)勢

在新能源汽車電驅動總成的技術發(fā)展過程中，體積更小、重量更輕的驅動電機，一直是工程師們孜孜以求的目標，而相對于水冷電機，油冷電機具有如下優(yōu)勢：

• 冷卻效率高，最大程度發(fā)揮電機的潛在效能，能夠提高電機的功率密度以及轉矩密度。

• 絕緣性能好，可以與繞組以及磁性材料接觸，直接冷卻熱源、消除熱點，冷卻方式直接、干脆，且不導磁、不導電，不影響電機的電磁場特性。

• 相較于水，油的沸點高、凝點低、高溫不易沸騰、低溫不易凝結，適用范圍更廣闊，且不易相變。

• 對于噴油式冷卻的電機，外殼不需要設計水道，也不需要風扇及風道，能夠減小體積。

二、純電動汽車油冷電機盤點

1、Tesla model 3

特斯拉之前的車型，比如model s和x，采用異步感應電機，線圈結構不像永磁鐵很容易在高溫的時候有退磁的問題，但是因為有了額外一部分的通電線圈，所以感應電機的轉子部分在同樣的轉速和功率輸出下熱得也更快。

而線圈轉子的功率損失大都用在了電阻發(fā)熱上，所以感應電機的轉子需要更高效的冷卻回路。   

更高功率的冷卻回路意味著更高成本的冷卻系統(tǒng)，為了更高效的冷卻，轉子線圈大多用油液直噴來冷卻，而冷卻油液常常是和其他機械結構共用的。而如果電機發(fā)熱過快的話，油液來不及冷卻或者油液溫度持續(xù)比較高，會直接影響其他機械結構的冷卻潤滑效果。

這是電機發(fā)熱對整個傳統(tǒng)系統(tǒng)冷卻的影響，是系統(tǒng)級別的問題，而model 3的永磁轉子的功率損失大概只有感應電機線圈轉子的十分之一甚至更少。

Model 3的電機和減速器采用共油路冷卻方案，電機定子整體、轉子軸以及減速器后軸承主動油冷，油壓來自電子油泵，電機軸及減速器輸入軸整體三軸承支撐方案，連接花鍵為油潤滑，差速器部分加裝有擋油板，降低吸油口附近的湍流，防止吸空同時降低齒輪攪油損失。

電機峰值轉速可達18000rpm，盡管上市已經三年多，仍然超過國內市面上普遍的12000rpm～15000rpm的平均水平；電機旋變轉子處有一個孔，與電機的冷卻是一體的，可以看到旋變部分也非常緊湊，可以說對整個三合一系統(tǒng)的集成度可見一斑了。

2、Nidec 150kW 3in1

Nidec與廣汽合資，得益于Aion系列銷量不錯，后續(xù)發(fā)展勢頭強勁。同時Nidec也是目前市場上為數不多的采用了油冷方案的三合一電驅動。

Nidec的e-Axle不僅將電機、逆變器和變速箱集成，而且還采用了Nidec專有的油冷方法，該方法進一步減小了尺寸和重量，并提高了性能。電機中的矩形布線還進一步降低了成本和尺寸。

吉利幾何C所搭載的日本電產“E-Axle Ni150Ex”驅動電機是之前E-Axle（2019年4月開始量產）系列的升級產品，采用自主開發(fā)的馬達油冷技術。

最大功率150kW，最大系統(tǒng)輸出扭矩3100Nm，重量91kg，電機與減速器集成式油冷，定子采用電子油泵主動油冷，轉子及減速器采用被動飛濺油冷潤滑，電子泵功率需求小，可實現(xiàn)按需供油，降低系統(tǒng)能耗，濾清器(粗慮)布置在減速器底部，從電子油泵出來的油液首先經過冷卻器冷卻后，通過導油槽冷卻電子定子繞組和鐵芯，最后回流到減速器內部，通過減速器飛濺，經過頂部集油箱和輸入軸的集油盤進入到電機轉子軸。

3、通用Bolt電驅

通用的純電動車起步于1996年的EV1，然后是2013年的Spark，以及2016年量產的Bolt。雪佛蘭Bolt電驅動總成集成了永磁電機、減速器、差速器、潤滑系統(tǒng)、電機冷卻系統(tǒng)、駐車系統(tǒng)、檔位開關、油泵，以及一些附件。該款電機峰值轉矩360Nm，峰值功率150kW，峰值轉速8810rpm。

電機采用帶有頂部集油箱的主動油冷方式，小功率電子油泵將油液一部分泵入到后端蓋潤滑半軸滾針軸承以及電機轉子，一部分泵入到頂部集油箱，進而分路冷卻電子定子端部、中部以及減速器軸承。

BOLT的作為油冷電機的電驅系統(tǒng)，從電機油泵出來的油路主要分兩條，一條進入電機后端蓋，用于半軸滑動軸承、電機后軸承以及差速器油封潤滑以及電機轉子的冷卻；另一條油路進入集油箱，集油箱油液出口分為四條，分別用于電機定子前、中、后部冷卻，以及減速器內部潤滑。

后端蓋的實物圖可以看到潤滑油槽和油孔，油孔用于半軸油封潤滑，油槽的油液用于半軸滑動襯套，部分油液會進入電機轉子空心軸，可用于轉子冷卻，軸承座端部也有一個油孔，用于電機軸承潤滑。

4、大眾MEB電驅動

MEB前驅三合一系統(tǒng)減速器為同軸減速器，采用集成化設計，比為10，最大輸入轉速13500rpm，齒軸潤滑采用飛濺潤滑，可承受一定的高轉速運行，同時在電機軸的徑向方向開有甩油槽，便于對電機定轉子進行甩油冷卻。

該系統(tǒng)的冷卻采用了油水集成冷卻回路，同時取消了冷卻管路在部件之間的使用，提高了系統(tǒng)的冷卻效率和可靠性；電機同時采用油冷和水冷進行冷卻，冷卻液流經控制器后在系統(tǒng)內部直接流入電機冷卻水道，后經電機冷卻液出口流出，完成電機的水冷導熱冷卻過程。

減速器油經油泵泵入電機軸后，隨電機轉子的轉動從電機軸的徑向甩油槽甩出，飛濺到電機定轉子進行直接換熱冷卻，油液在電機內腔底部匯流后流經熱交換器進行油液換熱冷卻，經冷卻的減速器油流出熱交換器后再由油泵分別泵入電機軸和齒輪，完成對電機定轉子的冷卻和對齒輪的潤滑，形成完整的油冷及潤滑回路。

集成冷卻方式的采用有利于對整機系統(tǒng)進行集中的熱管理，提高系統(tǒng)熱管理的可靠性及效率。

5、華為電驅動

近日，華為正式對外發(fā)布了業(yè)界首款超融合電驅動系統(tǒng)DriveONE，該系統(tǒng)采用了電機智能油冷技術。華為通過構建三維設計仿真分析驗證平臺，實現(xiàn)快速仿真迭代，快速尋優(yōu)，并基于熱模型仿真結果來進行油道的設計及優(yōu)化。

華為電驅動系統(tǒng)DriveONE的電機定子全部浸油，可以直接帶走繞組和鐵芯的熱量。而轉子油通過特殊設計的管道進入軸孔中，在軸內形成冷卻環(huán)境帶走轉子的熱量，并通過轉子外壁的噴淋孔，實現(xiàn)對定子線包端部的冷卻散熱。

相較水冷，可實現(xiàn)繞組平均峰值溫度降低30℃，磁鋼峰值溫度降低15℃。油冷電機壽命可延長一倍。根據電機溫度和工況，智能調節(jié)油泵的噴油量和油速，當電機在低速運轉時，可以降低油泵的出油量，節(jié)約能效，起到整體系統(tǒng)效率的提升。

三、油冷電驅動系統(tǒng)的關鍵技術

1、油冷系統(tǒng)對電機絕緣材料的要求

絕緣材料是電機的“心臟”，絕緣浸漬樹脂、漆包線、槽絕緣材料作為低壓散繞組電機的三大主絕緣材料，直接影響電機的性能及使用壽命。電動汽車電機運行時具有溫升高、機械振動強、扭矩大、變速頻繁等特點，要求絕緣材料具備優(yōu)異的耐電暈性能、局放特性、機械強度等。

油冷電機系統(tǒng)對絕緣材料的要求：

    a）耐油性

    b）不易水解

    c）高溫絕緣性能好

    d）高低溫沖擊材料壽命滿足整車要求

    e）材料的冷熱及含水變形率要低

    f）耐溫等級高，普遍要求H級

    g）高導熱系數絕緣材料

    h）阻燃性需求

    i）符合大批量生產的工藝性需求

    j）環(huán)保需求

    k）低成本

油冷型電機要求所用絕緣材料除了具備上述優(yōu)異的性能外，還要具備優(yōu)異的耐油性能，要求在油中浸泡后各項性能不劣化。

針對電動汽車驅動電機用絕緣材料，國內近幾年也在加大力度開展重點研究，相關技術已有較大的突破，取得了一些較好的成果。在耐電暈漆包線方面，國內二涂層耐電暈漆包圓線技術成果已經達到國外先進水平，在國內電動汽車驅動電機領域已有著廣泛應用。

單涂層的耐油聚亞酰胺漆包圓線正處在小批量試生產階段。在柔軟復合材料方面，近10 年來，關鍵原材料聚芳酰胺纖維紙國內已有多家企業(yè)成功投產，用其制備的柔軟復合材料，已在常規(guī)工業(yè)電機領域得到廣泛應用。

2、車載油冷系統(tǒng)對油品的要求

目前的新能源汽車（混動、純電動）大部分仍舊采用的傳統(tǒng)潤滑油，成分是由基礎油、粘指劑和添加劑組成，傳統(tǒng)汽車的變速箱油工作溫度在100℃左右，新能源汽車的變速箱工作溫度會在120℃-130℃以上。電機表面的局部溫度甚至有可能達到180℃，遠高于變速箱油的正常工作溫度。

鑒于目前電機油冷與變速箱采用同一種油品的普遍做法，在電機冷卻和變速箱潤滑的不同特點要求下，高溫的出現(xiàn)會對變速箱油提出更高的要求，比如油品的抗氧化、熱穩(wěn)定性、電機的高分子聚合物絕緣材料跟油的兼容性，電機繞組銅線與油品的防腐蝕性保護，水解等問題。

油冷電機的應用對油品電氣絕緣性、抗腐蝕、導熱特性及材料相容性等有特別的設計及性能要求，同時對油品的氧化安定性及粘溫性能也有極高的要求。

車載油冷系統(tǒng)對油品的要求：

• 油品含硫化合物及其他對銅的腐蝕性物質。要確保長期工作不能出現(xiàn)對銅線的腐蝕。

• 應用過程中，防止水分的侵入，，含水量過高會對絕緣材料造成水解，破壞絕緣。

• 粘度過高，低溫粘度過大，對油泵壓力要求過大，油品在系統(tǒng)中循環(huán)較慢，同時對于電機冷卻散熱效果也差。

• 潤滑性能要好，油冷電機轉速較高，一般軸承采用主動潤滑方式。

• 耐熱性能及熱容要好，這樣有利于電機部件的散熱要求。

• 油冷電機主要散熱介質是油，因此油品高溫失效要求要高，油品要有良好的高溫抗氧化能力，防止高溫油泥的生成。

• 需要有較高耐熱性能，同時熱量主要靠油品帶走，因此要求較好的熱容。

四、殼牌新能源汽車傳動系統(tǒng)潤滑油

考慮到新能源汽車傳動系統(tǒng)對潤滑油獨特的性能要求，殼牌于2019年在中國市場推出了E-Fluids系列產品，其中針對新能源純電動汽車分體式與集成式兩種傳動系統(tǒng)，分別推出了 Shell E-Fluids E5系列和 E6i系列兩個產品體系，目前已經跟國內幾大主機廠合作測試，部分已經投入生產供應。針對新能源混合動力汽車集成式傳動系統(tǒng)，考慮了同步器摩擦性能等特殊要求，開發(fā)出了滿足主機廠技術要求的 Shell E-Fluids DHT系列 專用變速箱油品。

  純電動汽車傳動系統(tǒng)油品配型

分體式電驅動系統(tǒng)對潤滑油在“散熱、消泡、抗氧化、低溫保護”等方面提出了更高的要求。殼牌率先研發(fā)出一款技術領先，成本優(yōu)化，有針對性的Shell E-Fluids E5系列電動汽車專用潤滑油，在滿足行業(yè)主流技術標準的同時，更具成本優(yōu)勢。

Shell E-Fluids E5系列產品采用全合成基礎油以及獨特的添加劑配方，專為電動汽車傳動系統(tǒng)研發(fā)，針對分體式電驅動系統(tǒng)提出的潤滑油要求表現(xiàn)優(yōu)異：

◆ 出色的散熱性能：Shell E-Fluids E5采用獨特的低粘度設計，降低攪拌阻力，能快速散發(fā)電動汽車電機高速運轉下產生的熱量，有效改善電驅動系統(tǒng)的冷卻效果，從而提高傳動系統(tǒng)的運行效率。

◆ 優(yōu)秀的抗泡性能：Shell E-Fluids E5擁有良好的空氣釋放和消泡性能，這意味著油品能快速消解由于電機高轉速而產生的泡沫，為電機提供更持久的油膜保護，延長傳動系統(tǒng)的使用壽命。

◆ 突出的抗氧化穩(wěn)定性：Shell E-Fluids E5在行業(yè)標準的基礎之上，強化了油品的抗氧化性能，減少了油泥產生，從而延長了油品更換周期，幫助客戶顯著降低維護成本，達到利潤的最大化。

◆ 卓越的低溫保護性能：Shell E-Fluids E5具備優(yōu)異的低溫性能，能夠充分降低冷啟動情況下的能量損耗，實現(xiàn)傳動系統(tǒng)的全面防護。

集成式設計的電驅動系統(tǒng)除了要求潤滑油潤滑效果顯著之外，在“散熱、電性能、腐蝕抑制性以及抗氧化性”等方面也同樣要求嚴苛。殼牌以領先科技和專業(yè)研發(fā)造就了Shell E-Fluids E6i系列產品的在這些方面的優(yōu)異表現(xiàn)，是匹配新一代電動汽車的專用產品。Shell E-Fluids E6i繼承了普通減速器所需的齒輪潤滑性能，同時兼顧油冷電機的性能需求，最終實現(xiàn)運行效率和封裝效率的雙向提升。

Shell E-Fluids E6i系列產品在潤滑油各項性能指標上，均有突出的表現(xiàn)：

◆ 出色的散熱性能：Shell E-Fluids E6i采用低粘度設計，保證了油品良好的導熱性能，從而滿足高溫條件下的電驅動系統(tǒng)冷卻和散熱需求。

◆ 優(yōu)異的電氣特性：Shell E-Fluids E6i采用特殊添加劑配方，有針對性地控制油品導電性能，滿足電驅動系統(tǒng)電氣特性的需求。

◆ 卓越的腐蝕抑制性：Shell E-Fluids E6i獨特的腐蝕抑制方案，保證油品的化學穩(wěn)定性，有效避免銅腐的同時，保持良好的橡膠兼容性。

◆ 升級的抗氧化性能：Shell E-Fluids E6i擁有更加優(yōu)秀的氧化穩(wěn)定性，防止高溫熱氧化，以及油品老化，從而保證電驅動系統(tǒng)各部件的穩(wěn)定運行。

目前，殼牌已經獲得包括歐洲和中國一線主流廠商在內的新能源汽車潤滑油配套供應，隨著合作的加深與技術的發(fā)展，未來將為更多國內外新能源汽車主機廠提供更完善的解決方案。