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精密儀器

專訪王登峰:輕量化材料成新能源汽車“減重”突破口

11月2日,國(guó)務(wù)院辦公廳正式發(fā)布的《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2021-2035年)》提出,要突破整車輕量化等共性節(jié)能技術(shù)。近日發(fā)布的《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖2.0》(以下簡(jiǎn)稱《路線圖2.0》)也明確了我國(guó)今后汽車輕量化的發(fā)展方向。

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 據(jù)了解,新能源汽車每減重10%,續(xù)航里程可提升5%-6%,輕量化是新能源汽車節(jié)能、降耗、增加續(xù)航里程的重要技術(shù)路徑之一。那么,我國(guó)新能源汽車輕量化面臨哪些問題?又該如何發(fā)展呢?  

多因素制約新能源汽車輕量化



區(qū)別于傳統(tǒng)燃油車,新能源汽車的三電系統(tǒng)會(huì)導(dǎo)致整車重量增加,進(jìn)而增加新能源汽車行駛時(shí)電耗,減少續(xù)駛里程?! ?/p>


“對(duì)于相同車型,三電系統(tǒng)引起的增重會(huì)導(dǎo)致整車增加約200-300kg的重量,也就是說,新能源汽車空載時(shí)的重量差不多相當(dāng)于傳統(tǒng)車滿載時(shí)的重量?!逼囕p量化技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟專家委員會(huì)主任、吉林大學(xué)教授王登峰認(rèn)為,新能源汽車三電系統(tǒng)的輕量化是整車輕量化的關(guān)鍵。“同時(shí),新能源汽車輕量化系數(shù)要比傳統(tǒng)燃油車高1.5-4倍,而系數(shù)越大,表明整車輕量化程度越低,所以新能源汽車對(duì)于輕量化的需求更為迫切?!彼M(jìn)一步指出,由于車輛行駛時(shí)有動(dòng)載荷,車身重量的增加還會(huì)降低零部件的使用壽命?!?/p>


相關(guān)資料也顯示,重量明顯增加,還會(huì)對(duì)車輛動(dòng)力性、制動(dòng)性、被動(dòng)安全、車輛可靠和耐久均帶來不利影響,而輕量化則是消除這些影響的重要應(yīng)對(duì)手段之一。  


記者了解到,當(dāng)前,我國(guó)新能源汽車主流材料為低碳鋼。但目前我國(guó)新能源汽車中高端車型較少,大部分以A級(jí)車為主,售價(jià)較低,市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈,同質(zhì)化較嚴(yán)重,導(dǎo)致這些汽車制造商較少選擇價(jià)格相對(duì)較高的輕量化材料。  


同時(shí),王登峰也指出,目前我國(guó)在超高強(qiáng)度鋼、鋁合金、鎂合金等材料的應(yīng)用,零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工藝等方面也存在很多不足,這些問題同樣制約著新能源汽車輕量化的發(fā)展。  


輕量化材料數(shù)據(jù)庫(kù)體系尚未建立



相關(guān)資料顯示,車身、內(nèi)外飾和底盤約占整車總質(zhì)量的2/3。業(yè)內(nèi)人士一致認(rèn)為,目前三電系統(tǒng)輕量化進(jìn)程緩慢,在動(dòng)力電池能量密度問題暫時(shí)無(wú)法很好解決的情況下,新能源汽車整車的輕量化技術(shù)重點(diǎn)應(yīng)放在輕量化材料的應(yīng)用上,這也是汽車輕量化最基礎(chǔ)、最核心的手段。  


據(jù)了解,碳纖維復(fù)合材料、鋁鎂合金、先進(jìn)高強(qiáng)度鋼是目前車企探索的三大方向,這三種材料替代當(dāng)前的主流材料低碳鋼,可分別減重60%、40%、25%?!?/span> 


但據(jù)記者了解,對(duì)比國(guó)際先進(jìn)技術(shù),我國(guó)車用材料產(chǎn)業(yè)研究基礎(chǔ)差距仍然較大,大量新材料試驗(yàn)數(shù)據(jù)依賴國(guó)外采購(gòu)。對(duì)此,王登峰坦言,目前材料的數(shù)據(jù)庫(kù)都掌握在材料生產(chǎn)廠商手中,而非汽車制造商手中?!拔覈?guó)輕量化數(shù)據(jù)庫(kù)體系不完整、內(nèi)容不全。”他指出。


同時(shí),王登峰認(rèn)為,通過購(gòu)買國(guó)外材料的數(shù)據(jù)庫(kù)無(wú)法很好解決國(guó)內(nèi)汽車制造商產(chǎn)品開發(fā)問題,“國(guó)內(nèi)外材料牌號(hào)不同,即使是有對(duì)應(yīng)關(guān)系的同類牌號(hào),材料性能也存在差異?!彼硎?,應(yīng)通過解決建立材料數(shù)據(jù)應(yīng)用體系解決問題。與此同時(shí),王登峰呼吁,相關(guān)材料廠商應(yīng)積極加入到建立材料數(shù)據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)中,編寫材料數(shù)據(jù)庫(kù)方便汽車制造商使用,多方共同解決材料數(shù)據(jù)在汽車輕量化方面的問題?! ?/p>


鋁合金或成未來五年輕量化重點(diǎn)



《路線圖2.0》中指出,實(shí)現(xiàn)汽車輕量化,近期以完善高強(qiáng)度鋼應(yīng)用為體系重點(diǎn),中期以形成輕質(zhì)合金應(yīng)用體系為方向,遠(yuǎn)期形成多材料混合應(yīng)用體系為目標(biāo)。到2035年,預(yù)計(jì)燃油乘用車整車輕量化系數(shù)降低25%,純電動(dòng)乘用車整車輕量化系數(shù)降低35%。

“這三個(gè)應(yīng)用體系是根據(jù)我國(guó)汽車行業(yè)發(fā)展需求所建立,”王登峰解釋,“現(xiàn)階段我國(guó)轎車車身用材因成本問題暫時(shí)以鋼為主,這確實(shí)符合市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)?!彼M(jìn)一步表示,現(xiàn)階段應(yīng)將重點(diǎn)放在解決高強(qiáng)鋼和超高強(qiáng)度鋼在輕量化應(yīng)用過程中的問題,強(qiáng)調(diào)建立鋼的應(yīng)用體系,包括關(guān)鍵技術(shù)、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的建立、鋼的輕量化應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)體系等?! ?/span>


對(duì)于未來幾年的發(fā)展,王登峰表示,“隨著新能源汽車的快速發(fā)展,我國(guó)汽車市場(chǎng)不會(huì)一直以經(jīng)濟(jì)型轎車為主,所以鋁合金在下一個(gè)五年會(huì)成為輕量化重點(diǎn),包括高強(qiáng)度鋁合金的開發(fā)、材料特性研究等。”  


據(jù)了解,目前國(guó)內(nèi)車用碳纖維復(fù)合材料剛剛起步,還處于技術(shù)探索和積累階段,原材料成本高及加工效率低,依然阻礙著碳纖維復(fù)合材料的推廣應(yīng)用。對(duì)于《路線圖2.0》中提到的多材料混合應(yīng)用體系,王登峰表示,隨著材料技術(shù)進(jìn)步和發(fā)展、成本問題的解決,會(huì)產(chǎn)生更多性能比碳纖維復(fù)合材料更優(yōu)越的復(fù)合纖維材料。“雖然現(xiàn)在因?yàn)榧夹g(shù)和成本問題還不能很好應(yīng)用纖維復(fù)合材料,但纖維復(fù)合材料的高性能低密度的特性之后會(huì)在車輛上應(yīng)用越來越多,也會(huì)成為2031-2035年的重點(diǎn)發(fā)展方向?!?/p>


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