新能源汽車輕量化淺析

時間：2019-04-29作者：深圳市鵬翔運(yùn)達(dá)機(jī)械科技有限公司瀏覽：2870

近年來，新能源汽車發(fā)展已進(jìn)入快速發(fā)展通道，特別是在去年中國汽車市場銷量整體放緩的趨勢下，新能源車的銷量仍然呈現(xiàn)出猛增的態(tài)勢，全年新能源車銷量達(dá)到80萬輛。而中汽協(xié)數(shù)據(jù)顯示，今年上半年中國新能源汽車銷量已達(dá)到41.2萬輛，同比增長112%。在此增速下，預(yù)計今年全年累計銷量將首達(dá)百萬輛級別。
而據(jù)業(yè)內(nèi)預(yù)測，到2025年傳統(tǒng)燃油車數(shù)量將達(dá)到峰值，此后總量將逐漸下行，新能源汽車逐漸上量，到2030年新能源車產(chǎn)量有望**過傳統(tǒng)車。
實(shí)際上，在當(dāng)前**能源危機(jī)和環(huán)保壓力下，隨著傳統(tǒng)燃油轉(zhuǎn)型為電驅(qū)動的汽車動力革命愈演愈烈，車身輕量化這一汽車材料革命也是勢頭不減一浪蓋過一浪，和汽車動力革命并肩而行。與傳統(tǒng)燃油車不同的是，新能源汽車采用電池作為動力來驅(qū)動汽車運(yùn)轉(zhuǎn)，受動力電池重量、動力電池續(xù)航里程的限制，在嚴(yán)苛的節(jié)能降耗法規(guī)下，車身輕量化成為新能源車企首先考慮的問題。
日前在由蓋世汽車主辦的2018中國汽車輕量化產(chǎn)業(yè)高峰論壇上，多位行業(yè)大佬針對新能源車用材料的應(yīng)用發(fā)表了較新觀點(diǎn)，結(jié)合這些要點(diǎn)，蓋世汽車曾在《新能源汽車這么火，對未來鋼材影響幾何？》一文中，重點(diǎn)對未來新能源汽車鋼材種類和需求量已進(jìn)行了分析，今天我們再結(jié)合其它材料看看新能源車用材料的較新觀點(diǎn)和動向。
未來汽車用材趨勢：非金屬比例提升 各材料平分秋色
目前從車身材料來看，鋼鐵約占整車重量的65%-70%，有色金屬占據(jù)10%-15%、非金屬材料占據(jù)20%，而在此次中國汽車輕量化產(chǎn)業(yè)高峰論壇上，北汽股份研究院副院長、總工程師曹渡指出：“在未來10-15年之間，汽車的各類材料和用量將會平分秋色，普通鋼、高強(qiáng)鋼、聚合物、鋁合金、鎂合金都會達(dá)到20%的應(yīng)用，這是汽車材料工業(yè)的大革命?！?
據(jù)了解，這份數(shù)據(jù)預(yù)測來源于一份德國**委托德國工程師協(xié)會做的汽車輕量化盤點(diǎn)報告，其中顯示，鋁合金應(yīng)用以及復(fù)合材料的應(yīng)用在2025年將大幅增加，到2035年各類材料將平分秋色。
事實(shí)上，鋁合金和鎂合金是目前汽車輕量化較優(yōu)的選擇。作為較常見的汽車輕量化材料，據(jù)預(yù)測鋁合金在汽車中用量可達(dá)540kg，能使汽車減重40%，被廣泛運(yùn)用于發(fā)動機(jī)、車身等結(jié)構(gòu)件、沖壓件，其中奧迪等車企已見全鋁車身付諸現(xiàn)實(shí)。
對新能源汽車而言，以動力電池托盤為例，以前多采用鋼材制造動力電池托盤，如今多以鋁合金型材為主。鋁合金型材的密度為2.7g/cm3，無論在緊縮還是焊接等方面，鋁合金材質(zhì)優(yōu)勢明顯。而鎂合金的密度為1.8g/cm3，碳纖維是1.5g/cm3，用這些材料制造電池托盤可實(shí)現(xiàn)大幅減重。
“鎂或鎂合金在不可視的部分結(jié)構(gòu)件，如轉(zhuǎn)向支撐、座椅骨架等方面也會有所應(yīng)用；在發(fā)動機(jī)罩蓋、變速器外殼、車身結(jié)構(gòu)等方面逐步將在**車上使用。新能源車身也將加大碳纖維材料的應(yīng)用，會首先應(yīng)用于車身、覆蓋加強(qiáng)件及剛性結(jié)構(gòu)件（如堞形梁）等方面?！辈芏杀硎?。
雖然有數(shù)據(jù)顯示，在2025年，鋼材在汽車中的應(yīng)用比例仍然會達(dá)到在50%以上，但據(jù)業(yè)內(nèi)預(yù)測，將來汽車用材增量上非金屬將會占到很大部分。一汽高工田洪福在此次中國汽車輕量化產(chǎn)業(yè)高峰論壇上也指出，除了有色金屬要替代一些鋼鐵，剩下一部分就是重點(diǎn)非金屬。但一方面，現(xiàn)在有很多好的輕量化技術(shù)應(yīng)用并不快，也沒有普及，較多還是由于成本，再好的技術(shù)如果成本太高，也會影響整個產(chǎn)品。
目前新能源汽車動力電池外殼用材種類眾多，既有鋼、鐵、鋁合金等金屬材料也有塑料、碳纖維等非金屬材料。田洪福指出，這一塊現(xiàn)在并沒有完全成熟，但未來這部分以及充電樁、插座等都是新能源汽車重要的零部件，而且用量會非常大，非金屬材料在這個領(lǐng)域具有非常好的應(yīng)用優(yōu)勢。
除了電池外，非金屬材料在電機(jī)上也有廣泛的應(yīng)用，比如聚苯硫醚具有強(qiáng)度高、耐高溫、高阻燃、耐腐蝕的性能，可以代替部分金屬來制造新能源車關(guān)鍵的零部件，同時在智能網(wǎng)聯(lián)領(lǐng)域，也可用于傳感器、控制器、執(zhí)行器，包括攝象頭、雷達(dá)等。隨著未來汽車新四化的發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域的延伸也將對非金屬材料提出較高的要求。
輕量化落地模式：只為零部件減重太膚淺
如何在實(shí)現(xiàn)輕量化的同時保證車身強(qiáng)度，以符合嚴(yán)苛的車輛碰撞測試和安全的要求，成為主機(jī)廠考慮的重中之重。而通常，主機(jī)廠工程師們主要從輕量化材料、車輛結(jié)構(gòu)設(shè)計和制造工藝三方面進(jìn)行優(yōu)化配置，來實(shí)現(xiàn)車輛安全輕量化。對此，曹渡指出，“汽車輕量化現(xiàn)在僅僅停留在零部件減重低級的水平，這是不對的，太膚淺?！?
曹渡為汽車輕量化給出了清晰的定義，他指出，輕量化就是把較輕的材料以較少的成本用在較合適的地方。他表示，對于做目標(biāo)設(shè)計的技術(shù)人員而言，由此定義出發(fā)才能明確輕量化的具體內(nèi)容，這通常包括了材料輕量化、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、工藝輕量化，大部分人都是注意到輕量化的這點(diǎn)。
但實(shí)際上，按照輕量化的定義是不夠的?！澳K化設(shè)計也是輕量化的一種，是符合輕量化定義的。還有裝配輕量化設(shè)計，比如激光拼焊，把不同密度鋼度聚集后做輕量化設(shè)計，都是很好的。”曹渡指出，其實(shí)當(dāng)前做的較不好的是性能目標(biāo)輕量化。他以底盤為例，指出自主品牌現(xiàn)在實(shí)際上還處在一種逆向和半逆向的水平?！坝姓l敢說減重150公斤敢把底盤的縱梁隨意更改，目前是沒有的，改車身和內(nèi)外飾都沒有問題，要改底盤這種安全件目前還沒有這個水平。原因是因?yàn)槲覀儗π阅苣繕?biāo)的制定逆向，制約了整車輕量化的水平?！?
因此，綜合起來看，整車的研發(fā)減重**不是簡單的零部件減重，而是整體正向設(shè)計的開發(fā)。而整車的輕量化是一發(fā)而動全身的正向設(shè)計，是各系統(tǒng)整體的減重而不是某個零部件的減重，這是問題的關(guān)鍵。
對于整車的減重絕不是簡單的零部件減重說法，曹渡做了進(jìn)一步說明，“整車減重帶來的優(yōu)點(diǎn)是什么呢？我們實(shí)現(xiàn)減重后綜合油耗降低了1.2L，大家很難想象，130公斤減重油耗**多降0.3L、0.4L，怎么會降到1.2L呢？實(shí)際上，減重以后發(fā)動機(jī)排量減少了，用了較好優(yōu)化的1.5DGI，改變發(fā)動機(jī)排量后，對發(fā)動機(jī)汽車動力系統(tǒng)進(jìn)行重新匹配，這個匹配又降了0.4L，因此合起來能夠讓整車達(dá)到減少1.2L油耗的綜合效果?！?
而實(shí)際上，當(dāng)前我國制定的輕量化技術(shù)路線仍然停滯在零部件輕量化技術(shù)路線的水平，并沒有一個完整的輕量化技術(shù)路線來談?wù)嚨妮p量化，從整體開發(fā)的輕量化技術(shù)是沒有的。曹渡對此感到憂慮，“希望我國**相關(guān)部門能夠在這方面做一些改善?！?
蓋世小結(jié)：
隨著趨嚴(yán)的環(huán)保及油耗法規(guī)政策的出臺，輕量化造車已成為實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的必經(jīng)之路。在新能源和輕量化浪潮的推動下，各類材料不斷推陳出新，質(zhì)優(yōu)量輕的非金屬取代傳統(tǒng)金屬也將成為未來的一大趨勢。而如曹渡所言，如何將較輕的材料以較少的成本用在較合適的地方，避免整車減重走入單純零部件減重誤區(qū)，引導(dǎo)進(jìn)入整體正向設(shè)計開發(fā)軌道，并出臺相應(yīng)的輕量化技術(shù)路線幫助主機(jī)廠應(yīng)對挑戰(zhàn)，應(yīng)當(dāng)引起有關(guān)部門的重視，也是主機(jī)廠需要思考的課題和努力的方向。

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