新能源汽車輕量化技術路線和應用策略

王帥，孫洋

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新能源汽車輕量化技術路線和應用策略

王帥，孫洋

（華晨汽車工程研究院，遼寧 沈陽 110141）

整車輕量化技術對于整個汽車產業節能減排、滿足國家法規和可持續發展都有著重要意義。汽車輕量化技術涉及汽車材料技術、設計開發技術、工藝制造技術等多個學科，需要多產業的聯合突破。文章研究新能源汽車輕量化技術路線和發展方向，論證新能源汽車開展輕量化的戰略意義以及輕量化技術路線，從技術層面分析了新能源汽車輕量化對整車性能的影響，總結新能源汽車輕量化技術路線和應用策略。

新能源；技術路線；輕量化

前言

汽車輕量化技術涉及汽車材料技術、設計開發技術、工藝制造技術等多個學科，需要多產業的聯合突破。汽車輕量化產業鏈的形成將帶動整個相關的零部件產業的提升和創新發展。

從國際上看，比較成熟的汽車市場中歐美日韓政府制定了相關法律和政策來推動新能源汽車的發展，并出臺了一系列輕量化技術路線和法規，對汽車輕量化技術投入大量的科研經費和前瞻性研究。

從國內政策角度看，中國制造2025規劃重點領域技術路線圖明確我國汽車輕量化技術發展的關鍵技術，并根據我國汽車行業自身的現狀及特點，制定出具有引領性、指導性以及戰略性的規劃和可實現的科學的輕量化技術發展途徑。按照國內汽車輕量化水平來看，高強鋼仍將保持主導地位，多材料選擇將進一步發展，鋁鎂合金、以塑代鋼應用依然是未來汽車輕量化材料發展方向，并且伴隨著先進制造技術和結構優化手段的發展，研究體系逐步深化。成本和輕量化技術研究儲備依然是左右輕量化技術應用的兩個主要因素。

本文針對國內外汽車整車廠開展的輕量化技術路線和取得的成果進行分析。

1 新能源汽車開展輕量化技術的戰略意義

從國際上看，歐美日韓政府制定了相關法律和政策來推動和保障新能源汽車的發展，出臺了一系列輕量化技術路線和法規，對汽車輕量化技術投入大量的科研經費和前瞻性研究。先進輕量化技術在上述市場應用非常普遍，寶馬、奧迪和大眾等國際汽車品牌正引領輕量化技術發展。

圖1 大眾和奧迪等歐洲品牌輕量化技術路線

從國內汽車產業規劃來看，中國制造2025規劃了重點領域技術路線圖對汽車輕量化做了重要規劃和思路建設。汽車輕量化技術路線圖和新能源汽車技術路線圖明確我國汽車輕量化技術發展的關鍵技術，并根據我國汽車行業自身的現狀及特點，制定出具有引領性、指導性以及戰略性的規劃和可實現的科學的輕量化技術發展途徑。

圖2 我國輕量化產業技術發展目標和途徑

新能源汽車由于需要增加電池、電機和電控系統，相比傳統車車重要增加5%-25%之間，根據測試結果來看，車重對于新能源尤其是電動汽車更加敏感，輕量化對于新能源汽車尤其重要。新能源汽車通過輕量化降低電池成本并提高續駛里程，降低能耗。

圖3 新能源汽車減重后對于動力性影響

同時，新能源汽車輕量化可提高汽車動力經濟性，可有效提高車輛續駛里程。數據基于行業內新能源車型數據，整車重量減少10%，動力性可提高6%左右。

2 新能源輕量化技術路線和發展趨勢

2.1 我國輕量化產業技術發展路線

各國都在大力發展電動汽車，包括純電動和插電式混合動力。國內輕量化業務起步較晚，同合資品牌相比在輕量化技術研究儲備和應用有一定差距，鋁鎂合金和高分子材料等輕量化材料應用比例較低。

通過最近幾年車型開發過程中的重量管理和輕量化技術的推進應用和實踐，整車重量的市場競爭力逐漸上升，輕量化技術的研究領域不斷擴展。技術合作模式大力發展，局部突破，全面驗證，平臺推廣的輕量化發展思路得到驗證。

國內輕量化產業技術發展路線在2020年前實現減重8％-15％輕量化目標，提高高強鋼應用比例，發展熱成型等加工技術，同時加大鋁合金在發動機、底盤關鍵零部件和覆蓋件上的應用技術的研究，加大以塑代鋼應用；在2025年實現減重12％-20％輕量化目標，整車大量應用鋁鎂合金，實現全鋁車身應用(發展高壓成型、鋁合金激光拼焊、液態模鍛、真空壓鑄技術)和部分零部件碳纖維和塑料等復合材料應用（在線注塑、模壓技術）。

圖4 我國輕量化產業技術發展路線圖

2.2 國際領先的新能源汽車輕量化技術

放眼來看，目前各大汽車廠商都寶馬作為當前國際知名汽車生產商，一直在引領這汽車行業輕量化技術發展和變革。寶馬的輕量化策略隨著車型定位的上升，由高強鋼、鋁合金到碳纖維復合材料應用的趨勢比較明顯，隨著新7系和新能源車型I3和I8的上市，寶馬在復合材料上的應用達到了新的高度。

圖5 寶馬輕量化技術路線

寶馬I3是寶馬全新超輕復合材料整車的量產車型，代表著碳纖維復合材料輕量化技術的發展方向。車型采用了碳纖維復合材料上車身和鋁合金下車身的模塊架構，其中碳纖維復合材料上車身代表乘員艙部分，由34個碳纖維復合材料零部件構成。而鋁合金下車身則將電池組、底盤和碰撞防護結構集成一起，整車重量下降300kg以上，進而續駛里程和動力性有較好表現。

圖6 寶馬I3輕量化概念

2.3 新能源汽車整車重量發展趨勢

重量管理體系，主要圍繞重量數據庫、標準、流程和BOM系統打造。這里面最核心的為數據庫建設和BOM流程管控，有大量的整車和系統重量數據庫可以幫助制定的重量目標更加合理，二通過BOM系統管控可以實施監控重量變化。

圖7 國內汽車整車輕量化率

2.4 動力電池輕量化技術路線和發展趨勢

從目前的技術發展來看，純電汽車動力電池系統輕量化空間較大：

（1）提高動力電池正極活性物質提升動力電池能量密度，進而減輕電池重量；

（2）減少電池組配件重量；

（3）電池箱體以及結構件選用當下先進輕質材料，比如鋁合金底座、SMC和碳纖維等復合材料。當前電池箱體下殼體主要采用鋁合金結構，兼顧強度和散熱等功能集成，上殼體采用輕質復合材料可以更大幅度減重，提高電池能量密度，從成本和性能考慮SMC和碳纖維更加適合，這也是未來電池組材料的發展方向。

3 未來新能源輕量化應用策略

3.1 新能源輕量化技術路線策略

結合汽車技術路線規劃，短中期以國內主流技術路線為基礎，參考寶馬的前沿性輕量化技術，開展前瞻性技術儲備研究。

（1）探索打造以碳纖維、玻纖、玄武巖纖維等復合材料為主的超輕復合材料車身。

（2）圍繞新能源汽車超輕復合材料車身及電動車全新架構等發展需求，突破玻纖、碳纖維為主的復合材料輕量化正向設計基礎理論與設計方法。

（3）鋁鎂等輕質合金零部件的設計驗證和連接技術研究

圖8 國內汽車輕量化技術路線策略

3.2 新能源輕量化數據庫策略

建立重量對標數據庫，提升輕量化設計能力，跟蹤前沿輕量化技術情報。

（1）建立以A2MAC1數據庫為基礎的重量對標庫。

（2）研究全新架構輕量化結構形狀與尺寸設計、優化方法和優化理論研究材料-結構-性能-成本一體化設計方法。

（3）積極參與國內外輕量化技術交流合作，同科研機構進行情報共享。

3.3 新能源汽車項目開發策略

結合項目需求，推動重量管理和輕量化技術在整車上的應用和推廣：

（1）重點發展重量管理在項目中的應用，重量管理是整車輕量化的根本措施。

（2）提升整車和系統目標制定分解能力。

（3）開展輕量化成本與性能收益平衡研究。

4 結論

綜上所述, 隨著整車輕量化要求越來越高及鋁合金和碳纖維復合材料等應用關鍵技術突破和成本逐漸降低，超輕量化車身應用將成為新能源汽車發展趨勢。從傳統“以鋼為主的車身”到“全鋁車身”到“多材料車身”到“超輕復合材料車身”及全新構架底盤等創新型系統，整車生產工藝及生產裝備也發生了巨大變化，建立與汽車輕量化新趨勢一致的生產工藝與裝備是汽車輕量化發展的必然趨勢。隨著鋁合金、鎂合金及低成本的復合材料產品與成型技術不斷突破，汽車企業已經開始加大鋁合金、鎂合金及低成本的復合材料的使用，為新能源汽車輕量化技術發展打開了空間。

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New energy vehicle lightweight technology route and application strategy

Wang Shuai, Sun Yang

（Brilliance Automotive Engineering Research Institute, Liaoning Shenyang 110141）

The vehicle lightweight technology is of great significance for the whole automobile industry to save energy, reduce emissions, meet national regulations and achieve sustainable development. Automotive lightweight technology involves many disciplines, such as automotive material technology, design and development technology, process manufacturing technology and so on. This paper studies the technical route and development direction of light weight of new energy vehicles, demonstrates the strategic significance and technical route of light weight of new energy vehicles, analyzes the impact of light weight of new energy vehicles on vehicle performance from the technical level, and summarizes the technical route and application strategy of light weight of new energy vehicles.

New energy sources; Technical route; lightweight

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.10.014

U469.7

A

1671-7988(2019)10-38-04

U469.7

A

1671-7988(2019)10-38-04

王帥，工程師，本科，就職于華晨汽車工程研究院，研究方向為整車重量管理和輕量化推廣。