新能源汽車輕量化技術發展現狀與展望

【歡迎引用】 李先洲. 新能源汽車輕量化技術發展現狀與展望[J]. 汽車文摘，2025（XX）： X-XX.

【Cite this paper】 LI X Z. Development Status and Prospects of Light Weight Technology for New Energy Vehicle[J]. Automotive Digest （Chinese）， 2025（XX）： X-XX.

【摘要】輕量化是提高新能源車續航里程的關鍵技術之一，確保制造成本輕量化之間的平衡，是各大車企面臨的考驗。通過收集、整理輕量化制造、裝配和設計技術，從車身、內外飾、底盤及三電領域典型零件舉例闡述可實現的技術方案。研究認為實現輕量化一般采用輕質材料替代和部件結構優化，其中鋼鋁混合車身、一體化壓鑄和零部件集成設計是目前熱點，也是實現整車減重技術發展的方向。

關鍵詞：新能源汽車；輕量化

中圖分類號：U466 " 文獻標志碼：A "DOI： 10.19822/j.cnki.1671-6329.20230273

Development Status and Prospects of Light weight Technology for New Energy Vehicle

Li Xianzhou

（Guang Zhou Automobile Group Motor CO.， LTD 511434）

【Abstract】 Lightweight is one of the key technologies to improve the range of new energy vehicles. How to achieve a balance between cost and weight reduction is a challenge faced by major car companies. By collecting and organizing lightweight manufacturing， assembly， and design technologies， feasible technical solutions are explained through examples of typical parts in the body， interior and exterior decorations， chassis， and three electrical fields. Research suggests that lightweight materials and component structure optimization are generally used to achieve light weighting. Among them， steel aluminum hybrid body， integrated die-casting， and component integration design are currently hot topics and also the direction for the development of vehicle weight reduction technology.

Key words： New energy vehicle， Light weight

0 引言

汽車輕量化要求在確保車身剛度、強度和安全性的基礎上，最大限度減輕車身質量，以提升整車性能，降低能耗和用車成本。汽車在行駛過程中需克服滾動阻力、爬坡阻力、加速阻力以及空氣阻力。研究表明，這些阻力與車輛質量存在顯著的正相關性[1]。其中，空氣阻力約占總阻力的25%。通過采用流線型車身設計、全密封擋風玻璃、隱藏式雨刮器以及封裝下底板等措施，可以將風阻降低。若要進一步減小空氣阻力，需設計更為流暢低矮的車身，需大量資金與技術的投入，且不適用于對內部空間具有較大需求的車型。其余阻力類型與車輛質量成正比[2]。因此，輕量化被視為降低能耗的重要策略之一。

輕量化材料的發展趨勢為以鋁、鎂取代鋼，以塑料取代鋼和碳纖復合材料，而成本和加工技術的合格率將對新材料的推廣應用產生重要影響[3]。歐美、日本和韓國等地區已制定了輕量化技術路線和相應法規，并投入大量資金進行相關研究。美國側重通過改進材料提高生產效率，綜合考慮材料的成本、性能、可回收性和使用量。歐洲則主要側重應用高強度鋼、鎂合金和碳纖維復合材料。例如，大眾和奧迪通過采用鋁替代鋼，使車身質量減輕40%，采用鎂合金可進一步實現49%的減重效果，而采用碳纖維復合材料則可達到52%的減重效果。日本側重材料和加工工藝的創新，通過材料技術的進步實現減重目標。中國采用高強度鋼、鋁及復合材料的應用、設計和制造工藝，以實現輕量化的目標。

目前汽車制造企業發布的輕量化技術路線主要圍繞新材料的應用，其中結構優化設計減重和輕量化制造技術的研究較少。此外，對新能源汽車底盤輕量化的具體技術路線尚缺乏明確可參考的方案。本文結合新材料在輕量化方面應用前景，闡述與之匹配的輕量化制造工藝，同時對目前關注較少卻對輕量化貢獻很大、創新難度較高的系統集成設計和輕量化結構設計展開了研討。

1 輕量化制造工藝概述

車輛輕量化制造的實現主要依賴激光焊接、一體化壓鑄、鎂合金壓鑄、液壓成形以及超高強度鋼熱沖壓成形等工藝技術。目前，傳統汽車制造企業普遍采用高強鋼激光焊接技術，而新興汽車制造商以及國內中高端電動汽車則傾向于采用鋁合金一體壓鑄技術。

1.1 車身激光焊接

車身質量占整車質量40%～60%，采用薄板高強鋼激光焊接可以實現減重16%，提高燃油經濟性10%。激光焊效率高且變形小，目前幾乎所有汽車制造商均采用了激光拼焊。先進高強鋼（Advanced High Strength Steel，AHSS）屈服強度更高，在抗碰撞、耐腐蝕、耐疲勞以及成本方面具有優勢明顯。然而，若材料抗拉性和抗剪切性提升，其變形性和可焊性將下降。國外正在開發性能更優異的第2代和第3代高強度鋼。車身97%的部件可使用高速鋼（High Speed Steel，HSS）和AHSS，其碰撞評價可達五星水平[4] 。例如，長城的檸檬平臺在輕量化方面采取了較為全面的方法，涵蓋了設計、材料選擇、結構優化以及工藝實施等層面。該平臺高強度鋼的使用比例超過70%。通過采用一體化熱沖壓成形技術及不等厚鋼板的應用，在確保結構強度的同時實現了車身輕量化。

1.2 鋁合金一體化壓鑄

2020年9月，馬斯克宣布了特斯拉“電池日”推廣的一體化壓鑄技術可以有效取代先沖壓和再焊接技術，最終形成完整的鋁制品[5]，如前機艙、車身以及車門等。該技術采用一個大型壓鑄件取代多塊鋼板沖壓件，極具經濟效益和環保意義。未來下車體采用4個部分一體化壓鑄件組成：前、后艙、乘員艙和電池集成到底盤（Cell To Chassis，CTC）一體化。中國電動汽車百人會副理事長董揚曾指出特斯拉采取一體壓鑄，開新技術之先河，必將對汽車制造技術產生深遠影響[6]。未來特斯拉將擁有8塊真空壓鑄零部件，其中Model Y的后部、電池包、副駕駛室以及兩側的2個側面板將應用該零部件。此外，A柱將由13個零件集成為1個壓鑄件，而B柱內板由11個部件集成，后縱梁則由原先22個零件集成，前部的防護罩則由6個子零件集成，已實現結構設計優化。Model S和Model X車身和前后懸架也用鋁代鋼。國內新勢力爭先恐后開始采用一體壓鑄技術，蔚來ET5后底板用C611鋁合金一體壓鑄，強度上升同時減重30%。ES8除了使用全鋁車身，底盤、懸掛、輪轂、制動系統以及電池組外殼也采用鋁材質（7003系列）。小鵬G6采用前后一體式壓鑄鋁車身，集成零件161個，整車扭轉剛度比傳統車身提升50%[7]。除造車新勢力外，傳統汽車制造商如長安、東風、長城、紅旗、吉利、奇瑞以及比亞迪等也開始布局一體化壓鑄。2023年1月15日長安首個一體化前機艙鑄件產出；東風也在布局一體化壓鑄，上海交大中標了其車身結構件材料項目[8]。特斯拉一體壓鑄前后底板如圖1所示。

采用鋁合金代替傳統鋼材制造白車身可減重30～40%，然而，以往鋁合金的成本較高，主要應用于高端車型。隨著成本降低，鋁合金的應用逐漸擴展至20萬以下車型。對于價格較低的車型，通常采用鋼鋁混合結構，以實現減重、車身強度和成本之間的協調性平衡。不同價格區間車型在輕量化材料選擇和技術應用方面存在差異。目前，10萬元以下車型主要采用鋼材；10～20萬元價格區間的車型以鋼材主、輔以少量鋁和玻纖增強塑料；20～35萬元價格區間的車型在鋼材基礎上增加了鋁合金和玻璃纖維增強塑料的應用；35萬以上車型，白車身結構多以鋁合金為主。

1.3 鋁合金熱沖壓成形工藝技術

在汽車輕量化材料的研究與應用中，6系高合金含量鋁合金的抗拉強度可超過350 MPa，而7系鋁合金的抗拉強度超過500 MPa，達到了中等高強度鋼的標準，從而有效地解決了鋁合金強度不足的問題。為了提升生產效率，熱成型與冷模淬火（Hot Forming and cold-die Quenching）技術被廣泛應用，其具有成本低且效益高的優點，是一種有效的改善鋁合金強度的方法。HFQ工藝的步驟主要包括固溶熱處理、熱成型與淬火以及時效處理，具體流程為：將板材加熱至固溶溫度，隨后迅速移至室溫冷模中冷卻成形、淬火并保持壓力。通過優化Al-Cu、Al-Mg-Si以及Al-Zn-Mg（7系）合金成分，可以提升沖壓件的耐腐蝕性。自2016年起，HFQ技術已應用于阿斯頓·馬丁和蓮花汽車的車身結構件、封閉件以及電動系統外殼。如Fischer公司采用鋁熱成型技術生產一體式車門框，該車門強度及尺寸穩定性均較高。四川成飛集成吉文汽車采用整體熱沖壓，將A柱、B柱和門檻加強板等部件集成為一體式門框，減輕40%車身質量。

1.4 鎂合金壓鑄與塑性成形

鎂的密度僅為鋁的2/3、鋼的1/4，且強度與剛性顯著優于其他材料，因此其在零部件制造領域得到廣泛應用。奔馳首次將鎂合金應用于敞篷車的座椅結構，福特、豐田和現代等汽車制造商也相繼采用鎂合金代替傳統鋼板[9]。長安汽車的一款純電動汽車采用AM50鎂合金作為其座椅骨架結構，使整車質量減輕9 kg[10]。

鎂晶體為密排六方結構，其塑性變形能力較弱，受到外力撞擊時易破碎，且不耐腐蝕，影響壽命[11]。鎂合金的成型方法包括壓鑄和塑性成型[12]。壓鑄可以有效解決壓鑄過程中出現的缺陷，而塑性則通過熱處理和形變強化等技術提升材料性能。然而，鎂的變形難度遠高于鋼、鋁和銅，采用傳統的塑性成型方法的成品率通常較低。因此，開發先進的塑性成型技術已經成為當務之急[13]。目前，上汽集團自主研發的第2代三合一電驅動總成殼體采用AZ91D鎂合金材料，是全球首款采用半固態射出工藝量產的鎂合金殼體。其殼體質量為13.7 kg，采用4 000 T大型半固態注射成型機，采用鎂粒子吸入注射機料筒，在不完全熔化鎂粒子、無保護氣體的條件下，進行注射成型，實現零件強度提升10%，延伸率提升50%。目前鋁合金電機殼體平均質量為20 kg，改為鎂合金殼體可實現減重1/3，大幅提升電機功率密度，同時降低40%成本。在當前競爭激烈的市場環境下，該策略為車企提供了更具競爭力的成本優勢，鎂合金電機殼體將成為車企的主流選擇。

1.5 液壓成形

液壓成形通常通過2種加熱技術實現：（1）采用內部加熱的方式，將金屬材質放入容器通過專用模具進行加熱。（2）采取外部加熱的方式，將材質加熱至超出預期的溫度，從而實現材質的加固。液壓成形技術能夠有效提升材質的強度、剛性和耐磨性，可以廣泛應用于汽車懸掛、排氣系統的生產過程中[14]。圖2為內高壓成型示意。

通過優化設計提供更穩定的內部壓力，該方法能夠顯著提升成型效果，減小模具的使用，降低生產成本[15]，已廣泛應用于汽車底盤部件（如前副車架、扭力梁和控制臂）。例如，福特新蒙迪歐車型的A柱和B柱均采用DP1000鋼管進行加固，減輕車身質量2.1 kg。同時，為提升側面安全性，還增加了2個加強板以提升其抗撞擊特性。在中高端電動汽車領域，已開始應用鋁合金生產副車架和控制臂，旨在進一步實現整車輕量化。

1.6 超高強度鋼熱沖壓成形

熱沖壓成形技術可以將鋼材加熱至形成奧氏體狀態，然后通過沖壓和淬火處理，實現均勻的馬氏體成型。該工藝可以解決高強鋼冷沖壓成型中拉裂及回彈量較大的問題。由于材料在高溫下的塑性和變形抗力較低，從而使回彈率也較低，因此，該技術在車身上零件的生產中得到廣泛應用以提升其機械性能。熱沖壓成形技術融合了熱處理與高溫成型技術，可以提升產品的耐久性、穩定性、耐磨損以及耐腐蝕，尤其適用于那些對性能要求嚴格、功能復雜、要求使用壽命較長且易維護的部件[16]。目前，熱沖壓成形技術存在被鋁合金一體壓鑄取代的趨勢，但傳統汽車制造商仍采用該技術。

2 汽車輕量化裝配技術

傳統汽車車身的制造工藝以點焊為主，隨著新能源汽車車身結構明顯變化、輕量化要求不斷提高，傳統的焊接工藝已無法滿足車身性能設計要求 [17]。在選用新材料開展車身輕量化設計時，需確保鋁鎂合金等異種金屬材料的焊接質量，有效避免焊接后出現變形現象。因此，新能源汽車在優化車身材料選型及進行輕量化設計時，必須配套研發更高級的連接技術，確保整車達到輕量化效果的同時滿足可靠性的要求，包括激光焊接、攪拌摩擦焊、冷金屬過渡技術、帶極點焊技術、鎖定鉚釘、自沖鉚接技術以及熱熔自攻鉚接技術[18]。

2.1 激光焊接技術

激光焊接技術原理是以激光為能量載體，在輻射作用下將金屬熔化，從而達到良好的焊接效果，具有焊縫變形小、效率高和焊接強度高的優勢。較為常用的激光焊接技術包括激光釬焊技術和激光填絲熔焊技術[19]。激光釬焊技術利用液態釬料潤濕母材后，利用互擴散效應進行焊接，應用在車身頂蓋及行李廂部位具有良好的焊接效果。激光填絲熔焊技術是將熔化的附件焊絲填充在板件角接位置，利用激光將母材熔化為液態金屬，冷卻后形成可靠連接。在新能源汽車輕量化設計中，鋁合金材料和高強度鋼料的應用會導致傳統點焊方式無法滿足連接質量要求，需采用激光焊接方式進行車身結構連接，以有效提升車身強度。

2.2 攪拌摩擦焊技術

攪拌摩擦焊接是一種固相連接方法，通過采用高速轉動攪拌頭與工件摩擦產生熱量和變形，使材料軟化。此過程中，焊接母材處于未熔化狀態，通過攪拌頭的擠壓作用結合在一起。隨著熱量降低，熔融金屬凝固，從而實現材料的連接[20]。攪拌頭包括夾持部分、軸肩和攪拌針。攪拌針與工件摩擦產生熱量，并在其周圍形成螺旋狀的塑性層。材料在攪拌頭的旋轉驅動下填充到攪拌頭運動后側形成的空腔中，形成焊縫。可分為縫焊和點焊，縫焊主要用于型材或較厚板材，如副車架、電池托盤、電池箱體和電機殼。點焊主要用于鋁合金薄板，應用于前圍板、后門框和發罩內板等部件的制造中[21]。

2.3 冷金屬過渡技術

冷金屬過渡是基于短路過渡原理形成的新興焊接技術，其利用焊絲機械回抽方式實現熔滴過渡，并完成不同材質材料的連接。將冷金屬過渡技術在焊接作業中的應用可以有效解決鋼與鋁合金材料連接時在接頭部位產生的脆性問題，同時可以減少焊縫凸起。冷金屬過渡焊接為熔化極惰性氣體保護焊（Melt inert-Gas welding，MIG）或金屬焊條氬氣保護焊（Metal Argon Gas ，MAG）焊的一種，主要焊接鋼和鋁，可實現鋁合金薄板及鋼鋁混合車身的焊接，主要用于車門內板和頂蓋部位，在特斯拉Model S車身結構中得到有效應用[22]。

2.4 帶極點焊技術

帶極點焊技術是一種通過在電極與工件之間增加電極帶實現焊接的方法。在焊接過程中，電極施加壓力使電極帶與工件接觸，從未完成焊接操作。該技術可以在當前焊接流程完成后，自動轉移至下一個焊接位置，有效提升焊接效率，保證工藝穩定性，確保焊接質量達到設計要求[23-24]。在應用帶極點焊技術的過程中，需根據材料特性選擇不同電阻性能的電極帶，確保所輸入的焊縫熱量能夠滿足性能要求。例如，在將帶極點焊技術應用于鋼和鋁等異種材料連接時，上下兩電極間需選擇合適的電極帶，確保電極兩端達到良好的熱平衡。然而，在操作過程中，需將銅電極置于冷卻循環水中，與母材保持良好的接觸，以避免強冷導致的焊接材料出現裂紋。

2.5 鎖定鉚釘

鎖定鉚釘的原理主要包括內部鎖緊和外部鎖緊2種方法。內部鎖緊方法通過釘芯上的特殊結構與鉚殼內的相應結構相卡合，形成內部鎖緊，鎖緊結構外部不可見。外部鎖緊則需配備專用的鉚槍進行拉鉚，拉鉚過程時鉚釘芯被拉進鉚殼內，斷釘處翻邊形成可視的外部鎖緊結構，便于檢驗連接的可靠性和緊固程度。具體應用方法為：（1）選擇合適的鉚釘，并準備好鉚釘槍。（2）將鉚釘安裝進預先鉆好的孔中，使用鉚釘槍套在鉚釘尾部，啟動鉚釘槍，使釘桿尾部開始變形。隨著連接處鎖緊，內鎖環形成，釘桿尾部斷開，完成安裝。鎖定鉚釘適用于鋼結構與輕合金結構的連接，尤其是在新能源汽車鋼鋁混合車身的組裝過程中，如前后一體壓鑄鋁底板與鋼制車身的連接，如特斯拉、小米、理想和長安，用于連接不同的金屬部件，提高車身的強度和安全性。

2.6 自沖鉚接技術

在進行車身材料連接時，如果有2種或2種以上的金屬板材需進行冷連接，多數情況下可以采用自沖鉚接技術。鉚釘在穿透各層材料后，能夠在最底層實現流動延展，形成相互鑲嵌的一側平整和另一側帶凸起圓柱的結構形式[25-26]。新能源汽車車身結構較傳統燃油汽車有存在較大差異，內外覆蓋件裝配，多利用自沖鉚接替代點焊工藝。自沖鉚接應用廣泛、適用材質類型多、不會產生熱效應、生產效率高、能耗成本低、安全環保，具有質量穩定的特點。與膠粘工藝組合應用，在發動機罩等覆蓋件裝配中應用較多。

2.7 熱熔自攻鉚接

在新能源汽車上主要應用于流鉆螺釘（Flow drill screws，FDS）工藝。FDS是通過高速旋轉的螺釘在工件表面摩擦生熱，使金屬軟化并自攻絲擰緊的連接技術[27]。工藝過程包括旋轉（加熱）、穿透、通孔、攻螺紋、擰螺紋和緊固6個階段。該工藝可以在較小變形的情況下實現單邊連接，適用于鋁合金、鋼等材料，如車身和底盤等部件的連接。

3 輕量化結構設計

汽車輕量化不是單純的縮減體積或減輕質量，而是一種與安全性、穩定性、舒適性和耐撞性密切相關的綜合性設計策略，可以提升產品性能和可靠性。輕量化設計首先考慮是否滿足部件的功能和可靠性需求，在已滿足功能要求的前提下，可考慮直接進行輕量化。若無法滿足功能時，需對功能進行完善，并保持質量不變。輕量化過程中需實現性能提升和質量減輕的雙重目標，實現功能提升、質量降低、結構優化和價格合理的均衡。在確保安全的前提下，設計應當盡量采用輕量化，但安全余量不應過大。

采用輕質材料替代是實現輕量化的首要步驟，其關鍵在于進行合理的結構設計[28]。對零部件厚大結構改薄壁化和實心結構改中空化進行結構優化時，可以利用自然界中的仿生學原理來指導結構設計的優化[29]。設計優化包括尺寸優化和形狀拓撲優化。尺寸優化原理是在結構類型、材料、外形以及布置邊界給定的前提下，以滿足剛度、強度和模態為約束條件，以質量最小作為目標，將尺寸作為設計變量，來搭建數學模型。通過將部件的造型作為設計變量進行優化，在確定零部件的結構類型、布置方式和材料的前提下，有效利用材料的特性，實現結構的輕量化，從而提升受力的均勻性。形狀拓撲優化是在概念設計階段，利用有限元分析和數學優化技術，在零部件周邊布局尚未確定的情況下，根據給定的環境，通過對載荷、支撐以及其他相關因素的綜合考量，調整結構的參數，從而實現最優的剛性，同時也能夠有效地控制輸出的位移和應力，從而實現預期的功能。

4 電動汽車典型部件輕量化

4.1 電驅和電控

目前電機、電控以及減速器等集成化設計為多合一電驅殼體，節省空間的同時實現輕量化目標，如比亞迪海豚的八合一、華為的Drive One七合一、上汽變速器＆威邁斯七合一均采用該策略。

4.2 電池結構

電池系統輕量化可從提高單體電芯的能量密度、減輕電池系統配件質量以及優化電池系統設計3個方面展開。

（1）提高單體電芯的能量密度

目前，電動汽車的動力電池主要采用鋰離子電池，其形態包括圓柱、方形鋁殼、軟包3種類型，其中方形和圓柱形電池占主流。Tesla model3采用圓柱21700型號電池代替圓柱18650型號電池，使得電池系統中電芯數量減少了30%，相應地減少了焊接配件數量，實現整車電池質量減輕。此外，在保持模組結構件種類不變的情況下，增加結構件尺寸可以容納更多電芯，降低分攤至每個電芯結構件的質量，進而提高模組的成組效率。通過取消模組級別，將電池箱作為一個大模組進行設計，如上汽榮威和比亞迪某款乘用車采用容量超過100 Ah的三元電芯采用串聯組合，電池箱體系統的成組效率超過80%。通過整體排布提高電池箱體空間利用率，在箱體內部盡可能的布滿電池，從而在箱體體積不變的條件下，增加電芯數量[30]。采用固態電池取代液態電解質電池達到減重今后發展方向，目前國內華為、上汽、長安和廣汽均發布了固態電池產業計劃，預計2030年會批量裝車。

（2）減輕電池系統配件質量

電池包中的結構輔件主要包括電池箱體、箱蓋、塑料件以及串聯排。（1）電池箱體材料采用高強度鋼、鋁合金和復合材料替代普通碳鋼。相比鋼材，鋁合金的質量較輕，目前乘用車電池箱體大多采用此種材質，如蔚來ES6電池箱體。復合材料是指2種或2種以上的材料組合所組成的新材料，其中纖維復合材料對電池箱減重較為明顯，針對奇瑞微面的電池箱體使用有限元軟件分析對鋁合金和環氧樹脂復合材料2種材料進行結構強度分析，結果表明，電池箱體承載能力未降低的情況下，質量減輕30%。（2）對于模組的設計，如選擇聚丙烯（PolyPropylene，PP）或者聚乙烯（PolyEthylene，PE）材料，可以實現質量減輕10 %以上。（3）串聯排的材料選型，串聯排的高壓連接一般使用銅連接片，在滿足過流能力的前提下，鋁連接片質量更輕，成本更低。一般銅的安全載流量為5～8 A/mm2，鋁的安全載流量為3～5 A/mm2，鋁的密度約為銅的三分之一。若過流要求相同，采用鋁連接片，可以實現質量減輕30%。

（3）優化電池系統設計

一般電動汽車上搭載的電池包由電芯組裝成為模組，再把模組安裝電池包里，形成了“電芯-模組-電池包”的三級裝配模式。傳統的集成方式是電芯集成到模組（Cell to Module，CTM），總的配置方式是電芯-模組-電池包-裝車。但模組配置方式的空間利用率僅為40%，很大程度限制了其他部件空間。目前電池一體化逐漸成為行業的應用方向，電池演變可分為模組標準化、電芯集成在電池包（Cell to Pack，CTP）、CTC和電芯集成到車身（Cell To Body，CTB）3個階段[31]。CTP跳過標準化模組環節，直接將電芯集成在電池包上，省去了中間模組，有效提升了電池包的空間利用率和能量密度。CTP最早由寧德時代于2019年提出，此后比亞迪、蜂巢能源等陸續發布了CTP方案。其中具有代表性的是比亞迪的刀片電池，其將單個電芯通過陣列的方式排布在一起，然后像刀片一樣插入到電池包里。2024年比亞迪已推出全新一代磷酸鐵鋰電池，由于采用CTP方式，體積比能量增加50%，成本下降30%，續駛里程達到600 km。CTC將電芯直接安裝至一體成型的底板，通過電池系統與底盤的高度集成，減少零部件數量，節省空間，提高結構效率，大幅度降低車重。CTC成組效率達到90%以上，空間利用率達到70%以上，零件數量將減少至400個左右。例如特斯拉的CTC方案可以降低10%整車質量，減少370個零件，節約7%成本；零跑CTC方案將減少20%零部件數量，降低15%結構件成本，提高25%整車剛度。未來CTC技術將與滑板底盤深度結合，除了電池系統與底盤的集成，電驅、電控、線控執行部件、動力域控制器等均將與底盤高度集成，從而進一步降低能耗和成本。CTB采用三明治結構[32]，將電池蓋、電池板和托盤緊密結合在一起，形成完整的車身組件，海豹車型首次搭載了該技術。

4.3 動力電池包

動力電池包的主要由電芯及相關輔件組成，液態鋰電池電芯由正負極、電解液、隔膜以及銅箔等組成，對電池包高比能量是實現輕量化的主要途徑。非承載式車身的箱體底板和側壁可采用復合材料替代鋼、鋁，通過電芯尺寸形狀設計和布置來放置更多電芯以提高能量密度[33]。特斯拉Model S的電池具有16個模塊，相比之下，Model 3的長里程版僅擁為4個，大幅節省了車身空間。目前，電池盒的制作大多使用的都是鋁合金或片狀模塑料（Sheet molding compound，SMC）復合材料[34]，其中應用最廣泛的是纖維增強復合材料。與一般鋼件相比，電池包采用SMC復合材料，減重超過50%以上電池包采用鋁合金，減重達到30%以上。然而碳纖維價格昂貴，目前全部取代金屬材料尚不成熟。未來將更多地采用鋁合金一體壓鑄集成到車身底板。

4.4 電機

高性能永磁和導磁復合材料可以實現電機輕量化。采用超薄高飽和復合材料硅鋼片能提高電機功率體積比和密度，通過電容與母排的集成實現電機小型化，用寬禁帶半導體縮小電機控制器尺寸。東風和紅旗的輪轂電機，取消傳動機構，動力直接分配到車輪上，系統效率可以達到95.5%。2020年，雷克薩斯推出了一款全新的輪轂電機，該技術由舍弗勒公司提供，并應用于福特嘉年華E-Wheel Drive的設計中。

4.5 副車架

為了減重，大部分新能源車采用鋁合金替代鋼材。理想、蔚來、埃安采用擠壓鋁。阿維塔、嵐圖、仰望和紅旗采用鋁合金低壓鑄造。特斯拉采用一體化真空壓鑄鋁。由于鋁副車架成本高于鋼材，為了降本，未來將采用鎂合金射出鑄造替代鋁合金。

4.6 前下擺臂

油車前下擺臂主要采用鋼板沖壓后焊接。現已采用單片鋼板沖壓或鍛造鋁合金。用鋁合金，質量減輕30%左右，但價格高，主要用在中高檔車上。為滿足強度要求，理想ONE采用6XXX系鍛造鋁合金，6061和6082材料較常見，材料的抗拉強度在350 MPa左右[35]。目前越來越多電動汽車擺臂采用鋁合金低壓鑄造，同時結構上做成做成空心以實現減重效果。

4.7 轉向節

油車主要采用40Cr鍛造或球墨鑄鐵鑄造。如理想ONE用鋁代鐵，減重40%。后節結構復雜，難以鍛造，常采用低壓鑄造。前節選擇鑄造或鍛造，鑄造工藝為低壓或差壓鑄造。鍛造主要為6082、6061材質[36]。

4.8 扭力梁

扭力梁可采用可變截面管，通過熱成型、液壓和沖壓成型，空心結構的壁厚為3 mm，可減輕約15%，從而降低生產成本[37]。空心結構需選用高強度的熱軋鋼DP800和CP800材料。

4.9 橫向穩定桿

油車均為實心結構，需將55CrV或者60Si2Mn彈簧鋼棒進行加熱以彎曲成形。若采用空心桿，可實現車身減重40%。空心桿不能采用加熱成形，需常溫進行折彎，將影響桿內壁強度，需對管內壁噴丸。主要材料為焊接管和無縫鋼管。

5 結束語

新能源車身輕量化制造技術主要通過一體化壓鑄和鋼鋁混合焊接技術實現，而輕量化設計則利用設計軟件和力學理論進行尺寸、形狀和拓撲優化，以確保在不影響剛度的前提下，去除冗余部分，提高材料利用率。一般而言，采用新材料和新工藝會增加成本，而結構優化由于未采用新材料，減重的同時可以降低成本，是輕量化最常用方法。應在確保安全性和性能不受損害或有所改善的前提下實施輕量化。系統化和一體集成化輕量化技術，是未來新能源汽車的發展方向。

參 考 文 獻

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（責任編輯 梵玲）