新材料在新能源汽車(chē)中的應(yīng)用

侯俊

摘 要：目前，我國(guó)的新能源汽車(chē)研發(fā)還處于起步階段，并且發(fā)展相對(duì)緩慢，但是，它是未來(lái)節(jié)能發(fā)展的主流方向。調(diào)研、整理和分析了新能源汽車(chē)中新材料的相關(guān)情況，以期推動(dòng)我國(guó)新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

關(guān)鍵詞：新能源汽車(chē)；材料；混合動(dòng)力；油耗

中圖分類(lèi)號(hào)：U465 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.02.107

1 新能源汽車(chē)現(xiàn)狀分析

1.1 新能源汽車(chē)與傳統(tǒng)汽車(chē)的區(qū)別

傳統(tǒng)汽車(chē)主要是以汽油、柴油等一些不可再生的資源為燃料，而新能源汽車(chē)是以電能、氫能和太陽(yáng)能為主要?jiǎng)恿ΑＰ履茉雌?chē)的廢氣排放量比較低，在節(jié)省傳統(tǒng)能源、保護(hù)生態(tài)環(huán)境方面有非常重要的意義。

1.2 新能源汽車(chē)的分類(lèi)

由目前的研發(fā)狀況可知，新能源汽車(chē)分類(lèi)的主要依據(jù)是動(dòng)力創(chuàng)新，其主要可以分為以下3種：①混合動(dòng)力汽車(chē)。選擇電動(dòng)機(jī)加發(fā)動(dòng)機(jī)的模式，利用電能和油耗來(lái)產(chǎn)生動(dòng)力。②純電動(dòng)汽車(chē)。電力驅(qū)動(dòng)是研發(fā)新能源汽車(chē)的大方向，雖然它的優(yōu)點(diǎn)很多，但是，車(chē)載電池儲(chǔ)電、電池壽命、電車(chē)成本等是影響其發(fā)展的主要因素。③氫動(dòng)力汽車(chē)。傳統(tǒng)的汽車(chē)油耗大，會(huì)排放大量的污染物，而氫能源汽車(chē)排放的則是純凈水。另外，新能源汽車(chē)還包括燃?xì)馄?chē)、空氣動(dòng)力汽車(chē)、甲醇汽車(chē)、飛輪儲(chǔ)能汽車(chē)和超級(jí)電容汽車(chē)等。

2 新能源汽車(chē)所用新材料的調(diào)研

要想讓新能源汽車(chē)真正超越傳統(tǒng)能源汽車(chē)，就一定要加大對(duì)關(guān)鍵材料的研究力度，并有所突破。現(xiàn)階段，這些關(guān)鍵材料的研發(fā)工作已經(jīng)基本完成。這些材料主要有：①驅(qū)動(dòng)電機(jī)材料，它是將能源轉(zhuǎn)化成汽車(chē)驅(qū)動(dòng)力的核心材料；②動(dòng)力電池材料，它能夠保證汽車(chē)的電力存儲(chǔ)；③輕量化材料，它能適應(yīng)新能源驅(qū)動(dòng)，減少能源消耗。

2.1 驅(qū)動(dòng)電機(jī)材料

與新能源汽車(chē)電池技術(shù)相比，驅(qū)動(dòng)電機(jī)技術(shù)比較成熟。自從國(guó)家“863”重點(diǎn)科技公關(guān)項(xiàng)目頒布后，我國(guó)在這方面取得了一定的成績(jī)。雖然現(xiàn)有的驅(qū)動(dòng)電機(jī)基本符合整車(chē)的需求，但是，仍然沒(méi)有研發(fā)出驅(qū)動(dòng)電機(jī)的上游部件，即驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制元件，它還是依靠進(jìn)口。

在不同的驅(qū)動(dòng)電機(jī)中，永磁同步電機(jī)可以滿足電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力要求。其中，永磁材料是永磁同步電機(jī)的核心部分。稀土資源尤其是稀土資源中的釹元素是新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)研究的主要方向，它在新能源汽車(chē)的研究開(kāi)發(fā)過(guò)程中是無(wú)可替代的。因?yàn)樾履茉雌?chē)的整體設(shè)計(jì)趨于小型化、大功率，而稀土元素正好符合這種設(shè)計(jì)的需求，所以，稀土元素對(duì)于新能源汽車(chē)中的混合動(dòng)力汽車(chē)、電動(dòng)汽車(chē)、燃料電池汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)是十分重要的，并且其需求量很大。如今，全世界磁性最優(yōu)的永磁體就是釹鐵硼，而稀土中的釹是制造高功率輕質(zhì)磁鐵，即釹鐵硼永磁體的主要材料之一。自21世紀(jì)以來(lái)，豐田、日產(chǎn)、本田、尼桑、三菱和通用等一些汽車(chē)生產(chǎn)廠家在新能源汽車(chē)的研究方面投入了很大的精力，并且大多數(shù)的新能源汽車(chē)都運(yùn)用了稀土永磁電機(jī)。

2.2 動(dòng)力電池材料

近期，國(guó)內(nèi)電池工業(yè)獲得了較大的發(fā)展，在國(guó)際上有一定的影響力。我國(guó)的鋰資源藏量十分豐富，位居世界第三，這為新能源汽車(chē)鋰離子動(dòng)力電池的研究和開(kāi)發(fā)創(chuàng)新奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在鎳氫電池的成本造價(jià)中，鎳占到全部造價(jià)的3/5.在鋰離子電池的四大主要組成材料中，電解液、正極材料、負(fù)極材料和隔膜大約各自占成本造價(jià)的1/4.通常情況下，我國(guó)新能源動(dòng)力電池的正極材料選用磷酸鐵鋰，因此，錳酸鋰也得到了相應(yīng)的發(fā)展。在日系電池中，新能源動(dòng)力電池大多采用錳酸鋰和鎳、鈷、錳三元材料；在美系電池中，大多選用磷酸鐵鋰作為新能源動(dòng)力電池的正極材料。在新能源動(dòng)力電池材料的應(yīng)用方面，因?yàn)橄⊥辆哂懈攮h(huán)保性、極低污染度、高安全性和十分耐用等優(yōu)點(diǎn)，所以，稀土貯金合氫被廣泛應(yīng)用于混合動(dòng)力汽車(chē)配套的鎳氫動(dòng)力電池中。

2.3 輕量化材料

從某種程度上講，汽車(chē)的質(zhì)量直接影響著加速阻力、爬坡阻力和滾動(dòng)阻力。大多數(shù)情況下，汽車(chē)質(zhì)量和能源的消耗是反比例關(guān)系。近幾年，相關(guān)研究表明，汽車(chē)輕量化能夠減少1/2的能源消耗，行駛阻力的變化能夠減少1/3的能源消耗，提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率可以減少1/5的能源消耗。由此可知，輕量化是新能源汽車(chē)研發(fā)、創(chuàng)新必須要突破的核心環(huán)節(jié)。

在汽車(chē)制造業(yè)中，鋼鐵無(wú)疑是其中所占比例最大的材料。采用高強(qiáng)度鋼可以極大地降低鋼板厚度，實(shí)現(xiàn)車(chē)身輕量化。根據(jù)鋼屈服強(qiáng)度的不同，可以將其分為低強(qiáng)度鋼、高強(qiáng)度鋼和超高強(qiáng)度鋼。目前，高強(qiáng)度鋼的應(yīng)用比較廣泛。隨著鋼板強(qiáng)度的增加，高強(qiáng)度鋼成形性能下降、回彈大、伸長(zhǎng)率低、尺寸難以控制，其質(zhì)量和規(guī)格還有比較大的進(jìn)步空間。雖然鎂合金所占比例小，但是，與高強(qiáng)度鋼、鋁合金相比，其輕量化效果更直觀。因?yàn)槠渚哂凶枘釡p振、散熱性好的特點(diǎn)，所以，成為了未來(lái)材料發(fā)展的重要方向之一。受到技術(shù)因素的制約，鎂合金的制造成本比較高，而且耐腐蝕性差，因此，主要將其用于關(guān)鍵零部件的制造。塑料和復(fù)合材料等非金屬材料也被逐步應(yīng)用于新能源汽車(chē)上，并且展現(xiàn)出了“以塑代鋼”的發(fā)展趨勢(shì)。非金屬材料在汽車(chē)中的應(yīng)用已經(jīng)接近10%，它主要用于儀表盤(pán)、保險(xiǎn)杠、車(chē)門(mén)內(nèi)外板、油箱和風(fēng)扇等地方。復(fù)合材料不僅能滿足汽車(chē)的強(qiáng)度要求和剛度要求，還能實(shí)現(xiàn)汽車(chē)輕量化。當(dāng)前，車(chē)用的碳纖維復(fù)合材料主要采用手糊成形、噴射成形、層壓成形、纏繞成形、擠壓成形和片狀模塑料成形等方式。除了上述材料外，鈦合金、精細(xì)陶瓷、非金屬基復(fù)合材料都在新能源汽車(chē)輕量化方面有巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

3 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)的新能源汽車(chē)也逐步出現(xiàn)在了各大車(chē)展上，人們對(duì)新能源汽車(chē)的期望也越來(lái)越高。本文主要從驅(qū)動(dòng)電機(jī)材料、動(dòng)力電池材料、輕量化材料3個(gè)方面調(diào)查、研究和分析了新材料的應(yīng)用情況，以期為日后新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的健康、可持續(xù)發(fā)展作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

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〔編輯：白潔〕