新能源汽车轻量化的关键技术

作者:未知

  摘 要:汽车轻量化技术是汽车行业发展过程中,无法忽视的一种技术。在中国新能源汽车工业快速发展的现在,汽车轻量化已经成为新能源汽车发展过程中的基础技术。新能源汽车是依靠电池提供动力,在行驶里程方面不占优势,所以减轻汽车重量成为新能源汽车发展的重中之重。同时在使用轻量化技术之后,可以有效的做到节能,对车身的耐久性和安全性也有一定程度的提高。新能源汽车轻量化技术的主要组成部分在于激光技术、新材料和电池技术。本文将立足新能源汽车,简述有关轻量化的关键技术。
  关键词:新能源汽车;轻量化;关键技术
  随着科学技术的不断发展,新能源汽车逐渐成为汽车行业的一匹黑马。新能源汽车以环保、无污染等特点受到大量关注,但对于新能源汽车的研發人员来说,他们关注的不是新能源汽车如何,而是如何提高新能源汽车的质量,其中轻量化技术是新能源汽车占据市场的关键。
  1 注重新能源汽车轻量化发展
  在2016年1月23日中国电动汽车百人论坛上,中国科学技术部部长万钢明确表示,新能源汽车要向轻量化方向发展。
  在当时,新能源汽车轻量化发展概念的提出符合时代发展规律。大多数新能源汽车受制于自身重量,难以提高续航里程,所以轻量化一直是新能源汽车研发工作的重点。到今天,新能源汽车在续航能力上得到了极大的提升,但轻量化依旧是新能源汽车研发工作的重点,也是电动汽车技术革命中的重要组成部分。
  当然,从全世界的角度出发,新能源汽车轻量化是各国汽车行业关注的重点,也是各个汽车工业共同的选择。对于普通汽车而言,如何保证节能、环保和安全是汽车研发工作的关键。新能源汽车在节能和环保方面已经超出普通汽车数倍,但是为了保证电力满足行驶需求,电池包常重达几百公斤,造成新能源汽车续航里程极大缩短。
  在汽车轻量化设计上,优秀的材料和先进的加工是新能源汽车的优势。从目前的形势来说,汽车性能、重量、结构、价格四方面属于一个系统工程。如何提高汽车性能、减轻重量、优化结构、合理安排价格是一个国家汽车技术提高的关键。
  日本汽车企业在很多年前就已经意识到,汽车轻量化可以有效缓解燃油供应矛盾的迫切需求,对尾气排放的减轻也有一定程度的帮助,同时这也是未来新能源汽车健康稳定发展的必然需求。
  在欧美大陆中,一些顶级车企一直致力于汽车轻量化技术的发展。其中一个重要原因是欧美各国对尾气排放逐渐开始变得严格起来,例如在欧盟法律中,新登记车辆在尾气排放需要将CO2的上限限制在均公里130克。
  在各国公司推出新能源汽车后,汽车轻量化越来越受到重视。当尽可能的轻量化车身之后,“里程焦虑”问题将被有效缓解,续航里程也会有一定提高,这是整体汽车行业的选择,也是大时代下汽车行业的必然选择。根据大量实验,相同动能的情况下,汽车重量每减少10%,行驶里程就增加5.5%。在我国“十三五”计划期间,汽车行业也逐渐摆脱传统的束缚,开始向智能化、轻量化的方向发展。这无疑都将推动我国新能源汽车在轻量化技术上进一步发展。
  2 新能源汽车轻量化发展的关键技术
  2.1 新材料、激光技术和电池技术的发展
  在对新能源汽车进行轻量化的过程中,新材料的使用占据重要地位。轻量化技术的提升需要依赖新型材料的出现。当材料达到轻质、高性能、易成型的特点的时候,新能源汽车轻量化才能走出关键的一步。
  在众多的材料中,车用高性能工程塑料、高强度钢、碳纤维复合材料、玻璃纤维增强复合材料、挤压铝型材、工艺设备、全铝车身、镁合金零部件、碳纤维车身都是率先被应用的材料种类。
  2016年,奇瑞新电动车开始进行铝车身骨架纯电动乘用车的研发,项目投资高达15.6亿元人民币。16年10月份,奇瑞推出的车型较以前车型相比,车重减少将近30%,为减排起到积极作用。
  对于新材料的加工,激光技术占据举足轻重的地位。尤其是对汽车零部件进行切割时,激光技术显得尤其重要。
  除开减轻车重,对于电池重量的优化也是轻量化技术的关键所在。一般新能源汽车所带有的电池重达几百公斤,属于新能源汽车中,技术含量最高的部位。从目前的技术看来,锂电池是主要的处理对象,其在减轻车身重量方面存在局限。通过科学技术的发展,电池改造技术已经相当先进。例如电池单位容量的提高已经能够做到工程化。在重新排列电池之后,系统能量密度得到提高,这也对电池重量的减轻有着极大的帮助。例如电芯尺寸经过研究设计,可以匹配整车,更有效率的放置电池,在不改变电池箱的情况下,提高电芯数量,实现续驶里程的提高。例如日产聆风的改造,通过对锂电池结构的改造,降低了80千克的车重。
  3 使用碳纤维技术
  在现代新能源技术中,以塑代钢成为大多数人的选择,其中碳纤维属于新能源汽车中所应用的最具影响力的技术之一。据了解,碳纤维属于人工合成,是利用片状石墨微晶等有机纤维按照纤维轴向方向进行堆砌,通过碳化和石墨化处理而得到的微晶石墨材料。从本质上来看,碳纤维具备优秀的力学性能,其比重不到钢材的的1/4,但由碳纤维树脂组合的复合材料在抗拉强度上,一般都能达到3500Mpa,是钢材的7倍,其抗拉弹性达到了23000Mpa,远远高于钢材。除此以外,碳纤维的耐腐蚀性、电磁屏蔽性也较为优异,所以在实现新能源汽车轻量化中的过程中,碳纤维得到了大量运用。
  在量产车上,碳纤维首次大规模的应用是在宝马i3上。据了解,宝马i3中的碳纤维复合材料达到300千克左右,主要存在于碳纤维增强复合材料。与宝马之前的设计相比,i3整体重量减轻250-350kg。在这一次尝试中,宝马公司主要运用的是巴斯夫碳纤维材料。
  虽然宝马率先使用了碳纤维技术,但对于欧美各大整车厂,碳纤维技术的运用依旧处于探索阶段,技术都不成熟。而在宝马尝试成功之后,碳纤维技术开始快速发展,其运用率也在不断增加。现在,各大汽车厂,例如奔驰、通用、福特等都与碳纤维企业开展各种形势的合作。   过去中国对碳纤维年需求达到16000吨,但在国内,碳纤维生产水平较弱,无法满足需求,尤其是高端碳纤维的生产,国内一直没有明显的突破。目前主要的高端碳纤维需求来自进口。在新能源汽车开始进军市场之后,未来三年全球高端碳纤维将面临极大的缺口。
  在当下,中国碳纤维技术已经取得跨越式发展,尤其是在新能源汽车领域,碳纤维技术得到广泛运用。奥新新能源汽车公司属于高新技术企业,在纯电动车辆的研发方面首屈一指。在通过不断研发、实践后,碳纤维新能源汽车开始量产前几年,该企业对奥新e25紧凑型A级车产品进行推广,这一车型与宝马i3相似,采用大量碳纤维材质,对乘客舱设计更是使用全碳纤维材料。同时该车型也将智能能源管理系统与各种轻量化车身技术相结合,与同类型车辆相比,车重减轻将近50%、零部件减少40%。通过实验,该类车行驶百公里仅耗10度电,续航里程高达440公里,已满足日常需求。
  碳纤维以其轻重量、高安全性的特点被广泛运用于零件。随着对碳纤维技术的要求逐渐提高,碳纤维快速成型技术已适用大部分零件的生产,其生产快速、成本较低的特点也为碳纤维材料的大规模工业化生产提供帮助。在新能源汽车这一行业中,碳纤维减重是提高续航能力的关键所在,新能源汽车与碳纤维技术的广泛运用已经形成了新能源汽车制造的一场“革命”。
  4 优化结构设计技术
  汽车生产来源最初的设计。汽车的设计不仅仅决定汽车外貌如何,也决定汽车的作用。在进行汽车设计的过程中,设计者需要注意对汽车进行轻量化的考虑。尤其是在设计成果落实的过程中,安装人员需要看懂设计图,尽可能地进行轻量化的安装。
  汽车轻量化设计的主要目的既是进行“轻量”的分析,使汽车的整体结构得到优化,在设计的过程中,主要使用的是CAD /CAE /CAM一体化技术,它将设计、制作融合到一起,覆盖整个过程。在使用这项技术之后,汽车的零部件可以得到精简和轻质,但汽车本身的寿命和功能并未发生变化。通过对汽车底盘和动力系统等大型部位的加工后,整体模块可以做到精简,也可以更好地实现轻量的目的,同时这是做到节能、环保的关键。在进行汽车轻量化的过程,有时候这项技术并不能完全满足汽车整体性能的要求,这时候就需要相关人员通过反演技术和多目标全局优化等设计技术进行改良。具体有以下三种表现:①在不改变汽车自身刚度和强度的条件下,汽车自身重量主要依靠结构的优化设计来实现;②在不改变汽车性能的同时,改变汽车内各个部件的尺寸;③通过发动机前置、超轻悬架等设置方式,可以促使汽车的结构更加紧凑,而通过发动机后置、后轮驱动可以减小汽车体积,实现汽车轻量化。
  总之,新能源汽车的出现,对传统汽车市场产生了极大的冲击。虽然因为续航里程的问题,新能源汽车在实际运用上无法达到预期效果,但随着轻量化技术的不断发展,未来汽车市场注定是属于新能源汽车。而在目前汽车行业之中,轻量化技术无疑占据重要地位,需要國内外汽车企业注重这一方面技术的提升。
  参考文献:
  [1]新能源汽车全塑车身先进制造技术[J].秦柳,肖勇,丁玉梅,虞华春,朱国才,杨卫民.中国塑料.2014(12).
  [2]铝在现代汽车轻量化中的应用[J].王竑,陈昌明,吴宪.上海汽车.2004(12).
  [3]汽车轻量化[J].欧飞,任禾.中国经济和信息化.2013(10).
  [4]汽车轻量化新材料应用现状分析[J].陈友鹏.南方农机.2017(07).
  [5]汽车轻量化技术的发展现状及其实施途径[J].鲁春艳.上海汽车.2007(06).
  [6]轻量化设计:安全的低碳经济[J].Andreas Deufel.中国制造业信息化.2012(04).
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