轻量化材料成新能源汽车“减重”突破口

2021-08-11

  11月2日,国务院办公厅正式发布的《新能源汽车产业发展规划(2021-2035年)》提出,要突破整车轻量化等共性节能技术。近日发布的《节能与新能源汽车技术路线》(以下简称《路线》)也明确了我国今后汽车轻量化的发展方向。

  据了解,新能源汽车每减重10%,续航里程可提升5%-6%,轻量化是新能源汽车节能、降耗、增加续航里程的重要技术路径之一。那么,我国新能源汽车轻量化面临哪些问题?又该如何发展呢?

  区别于传统燃油车,新能源汽车的三电系统会导致整车重量增加,进而增加新能源汽车行驶时电耗,减少续驶里程。

  “对于相同车型,三电系统引起的增重会导致整车增加约200-300kg的重量,也就是说,新能源汽车空载时的重量差不多相当于传统车满载时的重量。”汽车轻量化技术创新战略联盟专家委员会主任、吉林大学教授王登峰认为,新能源汽车三电系统的轻量化是整车轻量化的关键。“同时,新能源汽车轻量化系数要比传统燃油车高1.5-4倍,而系数越大,表明整车轻量化程度越低,所以新能源汽车对于轻量化的需求更为迫切。”他进一步指出,由于车辆行驶时有动载荷,车身重量的增加还会降低零部件的使用寿命。

  相关资料也显示,重量明显增加,还会对车辆动力性、制动性、被动安全、车辆可靠和耐久均带来不利影响,而轻量化则是消除这些影响的重要应对手段之一。

  记者了解到,当前,我国新能源汽车主流材料为低碳钢。但目前我国新能源汽车中高端车型较少,大部分以A级车为主,售价较低,市场竞争激烈,同质化较严重,导致这些汽车制造商较少选择价格相对较高的轻量化材料。

  同时,王登峰也指出,目前我国在超高强度钢、铝合金、镁合金等材料的应用,零部件结构设计工艺等方面也存在很多不足,这些问题同样制约着新能源汽车轻量化的发展。

  相关资料显示,车身、内外饰和底盘约占整车总质量的2/3。业内人士一致认为,目前三电系统轻量化进程缓慢,在动力电池能量密度问题暂时无法很好解决的情况下,新能源汽车整车的轻量化技术重点应放在轻量化材料的应用上,这也是汽车轻量化最基础、最核心的手段。

  据了解,碳纤维复合材料、铝镁合金、先进高强度钢是目前车企探索的三大方向,这三种材料替代当前的主流材料低碳钢,可分别减重60%、40%、25%。

  但据记者了解,对比国际先进技术,我国车用材料产业研究基础差距仍然较大,大量新材料试验数据依赖国外采购。对此,王登峰坦言,目前材料的数据库都掌握在材料生产厂商手中,而非汽车制造商手中。“我国轻量化数据库体系不完整、内容不全。”他指出。

  同时,王登峰认为,通过购买国外材料的数据库无法很好解决国内汽车制造商产品开发问题,“国内外材料牌号不同,即使是有对应关系的同类牌号,材料性能也存在差异。”他表示,应通过解决建立材料数据应用体系解决问题。与此同时,王登峰呼吁,相关材料厂商应积极加入到建立材料数据应用系统中,编写材料数据库方便汽车制造商使用,多方共同解决材料数据在汽车轻量化方面的问题。

  《路线》中指出,实现汽车轻量化,近期以完善高强度钢应用为体系重点,中期以形成轻质合金应用体系为方向,远期形成多材料混合应用体系为目标。到2035年,预计燃油乘用车整车轻量化系数降低25%,纯电动乘用车整车轻量化系数降低35%。

  “这三个应用体系是根据我国汽车行业发展需求所建立,”王登峰解释,“现阶段我国轿车车身用材因成本问题暂时以钢为主,这确实符合市场竞争。”他进一步表示,现阶段应将重点放在解决高强钢和超高强度钢在轻量化应用过程中的问题,强调建立钢的应用体系,包括关键技术、相关标准的建立、钢的轻量化应用数据库体系等。

  对于未来几年的发展,王登峰表示,“随着新能源汽车的快速发展,我国汽车市场不会一直以经济型轿车为主,所以铝合金在下一个五年会成为轻量化重点,包括高强度铝合金的开发、材料特性研究等。”

  据了解,目前国内车用碳纤维复合材料刚刚起步,还处于技术探索和积累阶段,原材料成本高及加工效率低,依然阻碍着碳纤维复合材料的推广应用。对于《路线》中提到的多材料混合应用体系,王登峰表示,随着材料技术进步和发展、成本问题的解决,会产生更多性能比碳纤维复合材料更优越的复合纤维材料。“虽然现在因为技术和成本问题还不能很好应用纤维复合材料,但纤维复合材料的高性能低密度的特性之后会在车辆上应用越来越多,也会成为2031-2035年的重点发展方向。”(杨梓)

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