新能源車輕量化只是零部件減重?這樣的想法太膚淺

摘要導讀 : 近年來,新能源汽車發展已進入快速發展通道,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出猛增的態勢,全年新能源車銷量達到80萬輛。而中汽協數

近年來,新能源汽車發展已進入快速發展通道,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出猛增的態勢,全年新能源車銷量達到80萬輛。而中汽協數據顯示,今年上半年中國新能源汽車銷量已達到41.2萬輛,同比增長112%。在此增速下,預計今年全年累計銷量將首達百萬輛級別。

輕量化,新能源汽車輕量化,汽車輕量化

而據業內預測,到2025年傳統燃油車數量將達到峰值,此后總量將逐漸下行,新能源汽車逐漸上量,到2030年新能源車產量有望超過傳統車。

實際上,在當前全球能源危機和環保壓力下,隨著傳統燃油轉型為電驅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。與傳統燃油車不同的是,新能源汽車采用電池作為動力來驅動汽車運轉,受動力電池重量、動力電池續航里程的限制,在嚴苛的節能降耗法規下,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中國汽車輕量化產業高峰論壇上,多位行業大佬針對新能源車用材料的應用發表了最新觀點,結合這些要點,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,重點對未來新能源汽車鋼材種類和需求量已進行了分析,今天我們再結合其它材料看看新能源車用材料的最新觀點和動向。

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10%-15%、非金屬材料占據20%,而在此次中國汽車輕量化產業高峰論壇上,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、高強鋼、聚合物、鋁合金、鎂合金都會達到20%的應用,這是汽車材料工業的大革命?!?/p>

據了解,這份數據預測來源于一份德國政府委托德國工程師協會做的汽車輕量化盤點報告,其中顯示,鋁合金應用以及復合材料的應用在2025年將大幅增加,到2035年各類材料將平分秋色。

事實上,鋁合金和鎂合金是目前汽車輕量化最優的選擇。作為最常見的汽車輕量化材料,據預測鋁合金在汽車中用量可達540kg,能使汽車減重40%,被廣泛運用于發動機、車身等結構件、沖壓件,其中奧迪等車企已見全鋁車身付諸現實。

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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,鋁合金材質優勢明顯。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現大幅減重。

“鎂或鎂合金在不可視的部分結構件,如轉向支撐、座椅骨架等方面也會有所應用;在發動機罩蓋、變速器外殼、車身結構等方面逐步將在高端車上使用。新能源車身也將加大碳纖維材料的應用,會首先應用于車身、覆蓋加強件及剛性結構件(如堞形梁)等方面?!辈芏杀硎?。

雖然有數據顯示,在2025年,鋼材在汽車中的應用比例仍然會達到在50%以上,但據業內預測,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業高峰論壇上也指出,除了有色金屬要替代一些鋼鐵,剩下一部分就是重點非金屬。但一方面,現在有很多好的輕量化技術應用并不快,也沒有普及,最多還是由于成本,再好的技術如果成本太高,也會影響整個產品。

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域具有非常好的應用優勢。

除了電池外,非金屬材料在電機上也有廣泛的應用,比如聚苯硫醚具有強度高、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鍵的零部件,同時在智能網聯領域,也可用于傳感器、控制器、執行器,包括攝象頭、雷達等。隨著未來汽車新四化的發展,應用領域的延伸也將對非金屬材料提出更高的要求。

輕量化落地模式:只為零部件減重太膚淺

如何在實現輕量化的同時保證車身強度,以符合嚴苛的車輛碰撞測試和安全的要求,成為主機廠考慮的重中之重。而通常,主機廠工程師們主要從輕量化材料、車輛結構設計和制造工藝三方面進行優化配置,來實現車輛安全輕量化。對此,曹渡指出,“汽車輕量化現在僅僅停留在零部件減重低級的水平,這是不對的,太膚淺?!?/p>

曹渡為汽車輕量化給出了清晰的定義,他指出,輕量化就是把最輕的材料以最少的成本用在最合適的地方。他表示,對于做目標設計的技術人員而言,由此定義出發才能明確輕量化的具體內容,這通常包括了材料輕量化、結構優化、工藝輕量化,大部分人都是注意到輕量化的這點。

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但實際上,按照輕量化的定義是不夠的?!澳K化設計也是輕量化的一種,是符合輕量化定義的。還有裝配輕量化設計,比如激光拼焊,把不同密度鋼度聚集后做輕量化設計,都是很好的?!辈芏芍赋?,其實當前做的最不好的是性能目標輕量化。他以底盤為例,指出自主品牌現在實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。原因是因為我們對性能目標的制定逆向,制約了整車輕量化的水平?!?/p>

因此,綜合起來看,整車的研發減重絕對不是簡單的零部件減重,而是整體正向設計的開發。而整車的輕量化是一發而動全身的正向設計,是各系統整體的減重而不是某個零部件的減重,這是問題的關鍵。

對于整車的減重絕不是簡單的零部件減重說法,曹渡做了進一步說明,“整車減重帶來的優點是什么呢?我們實現減重后綜合油耗降低了1.2L,大家很難想象,130公斤減重油耗頂多降0.3L、0.4L,怎么會降到1.2L呢?實際上,減重以后發動機排量減少了,用了更好優化的1.5DGI,改變發動機排量后,對發動機汽車動力系統進行重新匹配,這個匹配又降了0.4L,因此合起來能夠讓整車達到減少1.2L油耗的綜合效果?!?/p>

而實際上,當前我國制定的輕量化技術路線仍然停滯在零部件輕量化技術路線的水平,并沒有一個完整的輕量化技術路線來談整車的輕量化,從整體開發的輕量化技術是沒有的。曹渡對此感到憂慮,“希望我國政府相關部門能夠在這方面做一些改善?!?/p>

蓋世小結:

隨著趨嚴的環保及油耗法規政策的出臺,輕量化造車已成為實現節能降耗的必經之路。在新能源和輕量化浪潮的推動下,各類材料不斷推陳出新,質優量輕的非金屬取代傳統金屬也將成為未來的一大趨勢。而如曹渡所言,如何將最輕的材料以最少的成本用在最合適的地方,避免整車減重走入單純零部件減重誤區,引導進入整體正向設計開發軌道,并出臺相應的輕量化技術路線幫助主機廠應對挑戰,應當引起有關部門的重視,也是主機廠需要思考的課題和努力的方向。