轻量化材料成新能源汽车“减重”突破口
中国能源报
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 技术路线图2.0》(以下简称《路线图2.0》)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？
多因素制约新能源 汽车 轻量化
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。
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。
轻量化材料数据库体系尚未建立
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%。
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。
铝合金或成未来五年轻量化重点
《路线图2.0》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《路线图2.0》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。”
汽车的行驶阻力包括空气阻力、滚动阻力、爬坡阻力和加速阻力。滚动阻力、爬坡阻力、加速阻力与正常质量成正比。数据研究表明，车辆重量每减少10%，油耗可降低6%-8%，排放可降低4%左右。
整车由车身、底盘、发动机和汽车电子组成。对于乘用车，车身占据整车质量的40%到60%，约70%的油耗用于车身质量。因此，轻量化车身，是轻量化汽车的重要组成部分。车身结构的优化是国内外汽车轻量化研究的重点。对于新能源汽车来说，轻量化更为突出。
研究表明，对于电动汽车来说，每减轻100公斤的重量就能增加10%左右的行驶里程。其带来的的优点是多方面的。一是降低能耗，二是增加负载重量，三是减少制动距离。新能源汽车车身在轻量化方面有很大的优势，因为它减少了传统的发动机、变速器等大型部件，车身结构布置得更好。在保证车身强度和刚度的前提下，可以更合理地布置车身结构。
新能源汽车车身结构的轻量化的方法：
一、新材料的应用是实现汽车轻量化的重要手段
铝合金、高强度钢和碳纤维等新材料得到了广泛应用。新材料的使用不仅仅是对传统材料的替代，还涉及到物理化学、材料测试与检验技术、元器件设计与制造技术、新材料回收技术等诸多学科和技术的支撑。当新材料用于轻量化车身时，最常见的是高强度钢。目前，高强度汽车用钢已广泛应用于车身制造。铝合金车身在材料轻量化方面效果最好。其中，捷豹、奥迪、特斯拉等汽车品牌均有铝合金车身产品。现阶段，在轻量化方面，碳纤维可以和铝合金一起作为辅助材料，或者只能作为关键材料。从长远来看，它还可以作为低成本汽车轻量化应用的主要材料。
二、结构优化设计结构优化设计是车身轻量化的基础
车身、车架和轴承部件结构复杂，集成了各种材料和工艺。车身结构对车辆的被动安全性、结构刚度、强度和振动性能有很大影响。目前车身结构减重优化设计是在保证车身结构性能的前提下，通过CAE等分析技术降低零件质量。在实际生产中，结构优化设计的减重方法包括空心结构、薄壁结构和复合材料结构。这些优化设计使车辆面板和结构部件更轻。
三、轻量化制造技术
通过对材料性能的研究，不同的制造工艺可以在制造过程中减轻零件的重量。
常用的制造技术包括激光焊接技术、电磁成形技术、先进连接技术等。激光拼焊技术可以将不同材料、厚度和表面处理要求的工件用激光连接起来，形成新的毛坯，然后压制成零件。例如，乘用车的侧壁部件通常是激光焊接的。激光焊接技术可以有效降低零件质量，减少焊接接头，提高强度。通过先进的制造技术，主要解决产品的性能问题，进而解决轻量化问题。
楼主您好，GLPOLY您身边的热管理专家为您解答：
新能源动力汽车发展的关键技术之一就是新能源汽车动力电池管理系统，而热管理系统又是动力电池管理系统中的核心。新能源汽车动力电池的热管理直接影响到整车的动力性，可靠性和安全性。目前新能源汽车动力电池包的热对策有空冷，液冷及相变冷却。GLPOLY做为中国新能源汽车动力电池导热硅胶片的领导者，针对现有的冷却技术，研发了一系列更顺应市场需求的新能源汽车动力电池专用导热材料。如：新能源汽车动力电池导热硅胶片-双剂液态导热凝胶垫片XK-S12LV；新能源汽车动力电池导热硅胶片-轻量化导热硅胶片XK-P10LD系列；新能源汽车动力电池导热硅胶片XK-P20/P20S等。并已成功应用于比亚迪、广汽、宇通等新能源动力电池上。我们先介绍下新能源汽车动力电池导热硅胶片-轻量化导热硅胶片XK-P10LD系列，该新能源汽车动力电池导热硅胶片系列产品具有超轻，超低密度，低硬度，高变形量等特点，且采用玻纤补强，抗撕拉性能强，冲压畸形设计不易破损。
低密度，轻量化：轻量化是新能源汽车发展趋势，XK-P10LD系列新能源汽车动力电池导热硅胶片，产品的密度低至1.6g/cm3，比传统导热硅胶片密度低40%以上，尽量做到了减轻部件的重量，符合汽车轻量化的发展趋势。
低硬度，良好的压缩性：XK-P10LD系列新能源汽车动力电池导热硅胶片，是一款软性的导热硅胶片，硬度较低，汽车运行时，导热硅胶片处于震动状态，较低的硬度可起到减震缓冲作用以及良好的贴合性，紧贴于新能源汽车动力电池包，可更好的传导热量。
玻纤补强：XK-P10LD系列新能源汽车动力电池导热硅胶片，特殊的超薄玻纤布双层结构，增加可操作性和抗拉强度，在持续的运动环境中使得导热硅胶片也不易破损，使用寿命经第三方权威认证达到15年以上，可提供证书。
选择一款符合发展趋势的性能优良的新能源汽车动力电池导热硅胶片，一定要注意到以上三个特点。
【太平洋汽车网】动力电池外壳材料一般分为铝壳和钢壳，采用铝这种材料具有很容易加工成形、高温耐腐蚀性、良好的传热性和导电性，铝合金的铝动力电池壳体（除壳盖外）可一次拉伸成形，相对于不锈钢壳，可以省去盒底焊接工艺，在进行焊接时就不会出现因为金属元素烧损而导致焊缝质量下降等问题。
位于底盘部分的动力电池包是由上盖与下壳体两部分组成，电池壳体是新能源汽车动力电池的承载件，主要用于保护锂电池在受到外界碰撞、挤压时不会损坏。
目前大多数纯电动车为了保证底盘动力电池的安全，都会选择钢或铝合金材料做电池包的保护外壳。虽然在很大程度上可以保护动力电池的安全，但也面临电池组自重大，增加无意义的整备质量，电耗增加，续航减少，甚至对车辆的操控都有不同程度的影响。
所以，随着汽车节能环保和轻量化发展，电池壳体材料也出现了玻纤增强复合材料、SMC片状材料、碳纤增强复合材料等多种轻量化的材料选择。
一、SMC复合材料SMC，又称片状模塑料，是以不饱和聚酯树脂为粘合剂，添加玻璃纤维、填料、颜料及其他助剂，浸渍玻璃纤维纱，两面用薄膜覆盖而制成的不饱和聚酯玻璃纤维复合材料。
SMC材料与传统金属材料相比，有以下几个优点：
1、高比强度，高比模量。SMC比重为1.7-1.9g/cm3，代替金属材料有明显的减重效果；
2、SMC制品的可设计性强，通过优化结构可整体成型，减少二次装配；
3、热膨胀系数低，尺寸稳定；
4、耐腐蚀，SMC的耐电解液、耐酸、耐碱性比金属材料如钢、铝要好的多，永不会生锈。
5、减震性好，耐冲击，共振小；
6、绝缘性能优于金属材料；
7、阻燃性能可以达到VO级。
（图/文/摄：太平洋汽车网问答叫兽）
特斯拉车屁股采用的是钢铝混合金属材质。
特斯拉全车车身架构均采用钢铝混合金属材质，这种高强度钢具有疲劳寿命长、吸收碰撞能力高、强度高、弹性变形面积大等优点；铝材料本身具有更好的金属延展性，吸能能力高于传统钢材，同时还能保证车身减振、散热等性能。
此外，特斯拉采用的高强度钢可以降低零部件壁厚；铝材料可更大程度减轻车重。二者结合能进一步降低车身重量，提升行驶效率。特斯拉在制造过程中使用巨型压铸机，将部分车型后底板一体成型，实现底板减重、精简焊接工艺，轻量化的同时提升产品一致性。
电动汽车车身材料的注意事项：
目前，铝合金材料是汽车制造业中最为广泛使用的轻量化材料。传统汽车中，捷豹路虎、奥迪等车型已经开始广泛使用全铝车身；新能源领域中，日产聆风采用铝合金覆盖件，而特斯拉全系车型从底盘到车身都是铝合金制造的。
现阶段常见的汽车工程塑料有聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、改性聚苯醚和ABS等。聚酰胺材料主要应用于动力、底盘零部件及结构件，约占整车塑料的20%，ABS工程塑料主要应用于汽车内外饰零部件等地。
