輕量化材料在新能源汽車上的應用

迫于能源與環(huán)保問題的日趨嚴重，世界各國對節(jié)能減排技術的研究日益重視，汽車輕量化不可避免的成為實現(xiàn)上述目標的主要途徑。相關數(shù)據(jù)顯示，汽車輕量化與能耗消耗有著直接關系。傳統(tǒng)燃油汽車整備質量每減少100公斤，百公里油耗可降低0.3-0.6升；對于純電動汽車而言，整備質量每減少100公斤可以增加續(xù)駛里程10%，節(jié)約電池成本15%到20%。對于新能源汽車來說，由于特殊的電池驅動結構，電池重量及續(xù)航里程對整車重量更加敏感。面對電池成本壓力及續(xù)航里程提升的要求，輕量化技術成為新能源車企必然選擇的途徑。

輕質材料的應用是實現(xiàn)汽車輕量化最直接有效的方法，多材料的混合車身將是車身輕量化發(fā)展的趨勢。車身多材料應用能充分發(fā)揮材料強度在車身上的合理布局，顯著降低重量，同時還能保證成本適中。

目前主流的輕量化材料

超高強鋼及先進高強度鋼：超高強鋼（UHSS）指屈服強度大于550Mpa，抗拉強度大于700Mpa；先進高強度鋼（AHSS），強度在強度在500MPa到1500MPa之間。兩者都具備高強度和較好的成形性，特別是加工硬化指數(shù)高，有利于提高沖撞過程中的能量吸收，在減重的同時提高汽車的安全性。

鋁合金：鋁合金減重效果顯著優(yōu)于鋼鐵。汽車使用1 kg鋁可替代自重2.25 kg鋼材，減重比例高達125%。以鋁代鋼的結構設計優(yōu)化可以實現(xiàn)二次減重，效果可達直接減重的50%-100%。

鎂合金：鎂密度小，比鋁輕三分之一，其比強度（抗拉強度與密度之比值）較鋁合金高，疲勞極限高，能比鋁合金承受較大的沖擊載荷，導熱性好，鑄造性好；尺寸穩(wěn)定性好，易于回收，有良好的切削加工性，有較好的減振性能。

工程塑料：工程塑料具有突出的成型性、輕量化以及面對強烈撞擊時能夠緩沖吸能，不過塑料剛度低、易老化，未來在車身大量運用仍面臨不少安全隱患。

碳纖維復合材料：具有密度低、強度高、耐高溫、耐腐蝕、耐疲勞、結構尺寸穩(wěn)定性好以及設計性好、可大面積整體成型等一系列特點，被認為是新能源汽車輕量化材料未來的趨勢。

通用汽車運用多種材料以減輕車重

多材料混合車身成趨勢

對于新能源車企來說，輕量化技術可以降低電池成本并換來更高的續(xù)航里程，雖然起步成本高，但是已有部分新能源車企開始布局輕量化技術，并形成了多種技術路線并存的局面。目前，超高強度鋼及鋼鋁混合等材料技術相對成熟，部分車型已量產上市；而涉及鎂合金、碳纖維等新型材料的新能源車型多數(shù)仍在技術儲備和樣車試制階段。

鋼鋁混合+工程塑料

江淮開發(fā)出專用的鋼制輕量化平臺和鋼鋁混合輕量化平臺，并成功運用到公司iEV系列車型上。前端模塊、塑料后防撞梁、塑料動力電池盒蓋等“以塑代鋼”技術的開發(fā)，也已在新一代新能源汽車型中應用。

吉利新能源純電動車輕量化技術路線主要采用鋼鋁混合+塑料件車身，后地板為鋁框架，后備胎處為塑料結構，前蓋為鋁沖壓，后蓋采用SMC尾門，翼子板為PP塑料。

全鋁車身

奇瑞新能源純電動車“小螞蟻”是基于全鋁空間架構+全復合材料外覆蓋件的輕量化技術平臺開發(fā)。采用了高強度鋁鎂合金骨架、鋁車身專用連接技術、FRT發(fā)泡樹脂復合材料外覆蓋件和碳纖維材料應用等輕量化技術。目前部分城市已開始接受預定。

東風風神純電動車E30/E30L車身采用的鋁型材骨架+鋁板蒙皮+非金屬外覆蓋件，并且“以塑代鋼”技術也已經使用在東風風神E30L部分零部件上。兩款車型分別于今年3月和8月正式上市銷售。

超高強度鋼+復合材料

上汽榮威E50純電動轎車車身廣泛運用超高強度鋼結構，尾門采用SMC復合輕量材料，充電口及小門、PEB橫梁等零件也采用新興合成材料替代。該車已于2014年7月正式上市。

碳纖維+鋁合金混合結構

北汽新能源純電動汽車ARCFOX-1采用的是碳纖維+鋁合金混合結構輕量化車身平臺，主要采用碳纖維復合材料上車體，全塑外覆蓋件，鋁合金框架式車身，鎂合金儀表板橫梁。該車預計于2017上海車展后接受預定，批量投放市場。   　

輕量化面臨多重挑戰(zhàn)

挑戰(zhàn)一，由于普通高強度鋼在強度、塑性、抗沖擊能力、回收使用及低成本方面具有綜合的優(yōu)勢，從成本、技術成熟度及產業(yè)鏈來看，新材料要替代普通高強度鋼仍需很長一段時間。目前超高
強度鋼和先進高強度鋼的應用仍然較少，使用比例只有15%。

挑戰(zhàn)二，輕量化材料應用起步成本高。目前大部分車企的新能源車型都是由傳統(tǒng)車型改造而來，車身框架材料幾乎一致。新材料從實驗到量產周期長，研發(fā)成本高，同時供應鏈很少，且受限于
加工工藝，導致采購成本高，多數(shù)車企都很少大規(guī)模量產應用，基本都是處在技術儲備階段或小批量試制中。

挑戰(zhàn)三，材料的合理布局。材料強度要在安全傳遞路徑上的合理布局，才能有效吸收碰撞能量并保障乘員艙的安全。車身不同部位對剛強度以及碰撞吸能要求不同，企業(yè)一般都是基于各部位真
實受力情況及性能要求來合理分布不同強度等級的材料，以滿足碰撞安全性、疲勞耐久及NVH靜、動態(tài)剛度等性能指標，同時還要兼具系統(tǒng)成本的考慮，這并不是一件容易的事。

挑戰(zhàn)四，先進材料的應用會導致連接工藝的變化，還有多材質材料的應用，這些都會對整個車身開發(fā)的方向帶來一些影響。先進材料的應用也將帶來顛覆性變化，從設計理念、工藝、裝備都將
面臨改變。