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新闻 > 技术 >新能源汽车轻量化不神秘 用对材料就做到了一半
新能源汽车轻量化不神秘 用对材料就做到了一半
作者/来源:中国新能源汽车网-P
2017-11-01 09:18:48

轻量化这一概念最先起源于赛车运动,它的优势其实不难理解,重量轻了,可以带来更好的操控性,发动机输出的动力能够产生更高的加速度。

但是,汽车轻量化不仅适用于传统燃油汽车,对新能源电动汽车来说,减轻车身重量,实现汽车轻量化同样很重要,因为它关系着新能源汽车最主要的续航问题

不过,提到汽车轻量化,很多人第一反应就是汽车很轻,可能会不安全。其实汽车的轻量化,就是在保证汽车的速度和安全性能的前提下,尽可能地降低汽车的整备质量。

新能源汽车轻量化与新材料密不可分,电动车轻量化未来主要涉及5大材料:高强度钢、铝合金、镁合金、碳纤维加强的热塑性材料、碳纤维加强的热固性材料。对这些材料的使用,应从成本、与金属的连接、修复及回收等方面进行综合考量。

高强度钢

我国高强度钢用得比较普遍,车身使用比例接近50%,预计未来可以达到60-65%。超高强度和先进高强度钢材大幅落后,目前使用比例只有5%,预计未来将有3倍提升空间。

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不同类型高强度钢板在汽车上的运用

铝合金

铝合金减重效果显著优于钢铁。汽车使用1 kg铝可替代自重2.25 kg钢材,减重比例高达125%,整个使用寿命周期内可减少废气排放20 kg。以铝代钢的结构设计优化可以实现二次减重,效果可达直接减重的50%-100%。

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不同零部件铝合金使用率

镁合金

镁密度小,比铝轻三分之一,其比强度(抗拉强度与密度之比值)较铝合金高,疲劳极限高,能比铝合金承受较大的冲击载荷,导热性好,铸造性好;另外,镁合金尺寸稳定性好,易于回收,有良好的切削加工性,减振性能较好。

钛合金

钛合金具有比强度高、高温强度高和耐腐蚀等优点。但是钛价格昂贵,至今只见在赛车和个别豪华车上少量应用。

尽管如此,对钛合金在汽车上应用的试验研究工作却不少。丰田中央研究所开发了一种成本较低的钛基复合材料。该复合材料以Ti-6Al-4V合金为基体,以TiB为增强体,用粉末冶金法生产,已在发动机连杆上应用。

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钛合金在汽车上的潜在应用部位

碳纤维

碳纤维力学性能优异,密度不到钢的1/4,抗拉强度却是钢的7-9倍,是唯一一种在2000℃以上的高温惰性环境中强度不下降的物质。宝马在i3和i8量产车上的大规模运用更是将碳纤维造车风潮推向顶峰。

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碳纤维在汽车领域的应用预测

然而碳纤维也是一种脆性材料,一旦受力过大就会直接断裂,损坏后基本无法修复,而高昂的制造成本和回收费用更使得当前碳纤维的应用主要还局限于高端跑车、越野车和运动赛车上。

电动汽车轻量化不仅是车身的轻量化,还包含传动设备、电池等:

例如增加单位体积的电池容量以实现轻量化,通过电池的重新排列布置也是提高系统能量密度的有效手段之一;

例如通过对电芯尺寸的研究设计,与整车布置相匹配,更高效放置更多的电池,从而使电池箱体积不变,增加电芯数量,实现更长的续驶里程。

总之,提高电池能量密度,可以通过各种方法去实现。

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