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新能源汽车轻量化途径及其评价

2018-2-8 10:03 111 0 原作者: 王磊 来自: 中国科技博览2017年14期
简介
在能源紧缺,环境污染越来越严重的今天,新能源汽车已成为汽车产业未来发展的趋势。我国发展新能源汽车对整个汽车行业,乃至对于坚持走新型工业化道路,建设资源节约型、环境友好型的社会意义重大。在所有新型能源汽 ...

[摘 要]在能源紧缺,环境污染越来越严重的今天,新能源汽车已成为汽车产业未来发展的趋势。我国发展新能源汽车对整个汽车行业,乃至对于坚持走新型工业化道路,建设资源节约型、环境友好型的社会意义重大。在所有新型能源汽车中,纯电动汽车是现阶段最有价值大规模推广应用的。

[关键词]新能源汽车;轻量化途径;评价

1 国内新能源汽车发展现状

1.1 新能源汽车技术发展状况

目前国内的混合动力汽车在城市交通运输中得到了较好的发展,对比其他种类的新能源汽车,混合动力汽车技术相对成熟,但和美、日等发达国家相比还是有很大的差距。为了实现新能源汽车能在弯道超车这一目标,国家以及地方政府部门对纯电动汽车相关产业进行大力度扶持,在多家主机厂及相关科研机构的积极配合下,驱动电机、动力电池、电动汽车控制器,“三电”核心技术得到了大力发展。形成了完整的产业链,即模块化设计,系统化开发,持续性验证等一系列的措施,缩短了产品的开发周期以及整车的上市周期,最终提升了国产自主研发的产品在国际市场上的竞争力。纯电动汽车最大的优点是不依赖石油等非可再生资源,对环境污染小,根据市场反馈,广大人民群众最关心的是电动汽车续航里程的问题。另外,电池是否安全、废旧电池如何回收处理也是目前各方都在关注的焦点。目前在新型能源家族中,最理想的动力输出是燃料电池,其原理是氢气燃料,通过质子交换膜的作用,在此过程中氢气会被分解而释放电子,由负载引出而产生电能。由于此项技术处于研发实验阶段,还有很多技术难题需要攻克,我们期待在不久的将来,燃料电池可以普及应用。

1.2 充电基础设施

纯电动汽车的发展面临以下两个问题,充电时间问题、续航里程问题。目前的一、二线城市的充电基础设施得到了很大的发展,高速服务区也增加了相应的充电桩,新能源汽车厂也在不断的加大开发力度,研发出大容量锂电池,进而保证续航里程,但是要普及到每家每户,还需要消费者一个接受和认可的过程,根据最新消息,新建小区会预留电动汽车专属充电线路,这对于电动汽车拥有者来说,无疑是一个好消息。另外消费者关注的充电时间问题,目前电动汽车行业也做出了相应的对策,第一,快速充电的模式,采用150-400A的直流电,可在一个小时内充满80%的电量,例如北汽EC180、江淮IEV6E等,都具有此项功能。第二、快速集中换电的模式,例如,力帆330EV新能源电动车,电池采用模组化设计,通过集中式换电站,只需3分钟,专业人员即可操作机器达到快速更换电池的目的,据资料显示,一座集中式换电站每天可对16000块电池同时充电,日均可为2000台新能源汽车提供快速换电服务,我们可以大胆的预测,也许就在未来3-5年间,集中式充电站将会和加油站一样普及,到那时受益最多的还是广大新能源汽车的拥有者们。

2 新能源汽车轻量化途径总论

2.1 采用材料替代或采用新材料

新能源汽车的轻量化目标,主要包括车身轻量化、电池轻量化、电驱传动总成轻量化和零部件轻量化四个方面。在新能源汽车轻量化的过程中,新型材料扮演越来越重要的角色。就目前来看,可以用来减轻新能源汽车重量的新型材料大致可以分为两类:一种是高强度材料,例如高强度钢板的应用;另外一种是轻质材料,比如铝合金镁合金,钛合金,塑料复合材料,陶瓷等。就目前的新能源汽车车身来讲,新型材料的应用极为广泛。

2.1.1 图1是新型材料碳纤维在车身上的应用,碳纤维车身技术拥有轻量化、高扭转刚度、高整合度以及高安全性等优势。

2.1.2 轻质合金材料:铝、镁、钛合金材料是目前金属材料中体积质量较小的轻质合金材料,将其应用于低速电动车车身能够有效减轻车身质量,降低能耗并提升动力性能。铝合金车身具有质量轻、耐腐蚀性好、耐磨性好、比强度高及可回收等优点,相比于传统的钢板车身,轻质铝合金车身可以显著减轻车身质量30%~40%。

2.1.3 高强度钢:高强度钢是指屈服强度介于210~550MPa的钢材,而屈服强度超过550MPa的钢材则称为超高强度钢。目前高强度钢主要应用在汽车安全件、底盘及车身等方面,特别是车身座舱的A、B柱,门槛,车顶边梁以及底盘中央通道等关键部位上,可以大幅度提高车辆保护车内人员安全的能力。與普通钢相比,高强度钢能够大幅增加构件的变形抗力,提高能量吸收能力和扩大弹性应变区。在同等强度等级下,高强度钢可以通过减薄零件来达到减轻车身质量的目的。

2.1.4 采用新材料替代传统的材料能够更好的进行新能源汽车轻量化。新型材料具有轻质量,高强度等优点,满足新能源汽车各性能的要求。不过,用这种途径实现轻量化有其弊端,主要体现在以下方面:高成本,新型材料的制造成本远远高于传统材料的制造成本;结构复杂,就碳纤维而言,车身结构设计复杂化。

2.2 采用先进的制造工艺

轻量化工艺制造技术主要分为热成形技术与激光拼焊技术。热成形技术是利用热冲压高强钢板材加热于奥氏体在接近温度上,然后进行一段时间的保温工作,使其均匀奥氏体化,将其快速转移到具备冷却系统的模具当中进行冲压,再对其开展保压与冷却工作,使该奥氏体能够转化为板条状马氏体,提高该材料的整体强热成形。该技术能够使高强度钢板经过热冲压后,将其材质的抗拉强度提升至1700MPa以上,使新能源汽车车身整体重量得到减轻,提高了车身的强度与钢度,使车身整体更加坚固,安全性也随之提高。激光拼焊工艺制造技术,该技术工艺是在20世纪时期起步,在当时,该技术的应用主要是为了解决钢板宽度不足的问题,在伴随我国汽车生产业实现了高速发展后,激光拼焊制工艺制造技术在越来越多的国家得到了广泛的推崇与应用,并成为了目前世界上应用最广泛的一项制造技术,该技术能够有效满足当前汽车零件的设计要求,并根据不同材质及厚度的零件来将其通过焊接方式组成一个完整零件,再将其冲压成所需零件形状,减少资源耗能。与传统技术工艺相比,该技术能够有效发挥不同板材的优势,提高车身整体材质的强度,并通过减少零件数量,来达到降低成本的目的。另外,激光焊接通过对接工艺,能够消除搭接缝,使汽车车身能够有效提高抗腐蚀系数。虽然该技术工艺目前在我国汽车生产领域中得到了广泛应用,但由于成型技术还尚未成熟,还难以找到适用于激光拼焊板材质,因此,激光拼焊板当前还只能用于不等料厚的钢板或铝板的焊接,而在其它材料上的用途十分稀少。另外通过粘接、铆接、翻边搭接、钎焊、螺纹连接等多种连接技术,巧妙地将多种减轻车体质量的材料结合在一起,克服了安全性差、质量难以减轻和加工成本高等难题,从而为新能源汽车提供了多材料优化组合的轻量化车身结构。

3 结语

为了能够有效的解决现今我国面临的能源不足与环境污染严重等问题,新能源汽车的开发与创新已经成为我国现今汽车行业未来良好发展的重要部分。本文主要对新能源汽车轻量化途径及其评价进行了简要的分析。

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