预测:2025年电动汽车对高强度铝挤压材的需求将激增至近130万吨

2018-10-30 16:02 367 0
简介
电动汽车推动铝需求增长英国布鲁内尔大学冶金教授GeoffScamans指出铝工业现在面临着在很短的时间内为数百万辆电动汽车提供铝锻造产品的市场需求。对于铝挤压供应而言,这同样是一个挑战,这将需要对新基础设施进行大 ...

电动汽车推动铝需求增长

英国布鲁内尔大学冶金教授GeoffScamans指出铝工业现在面临着在很短的时间内为数百万辆电动汽车提供铝锻造产品的市场需求。对于铝挤压供应而言,这同样是一个挑战,这将需要对新基础设施进行大量投资。

欧盟(EU)2050年二氧化碳减排目标将要求其大部分汽车不在使用化石燃料。为实现这一目标,到2030年,电动汽车必须占新销售额的50%左右。发展电动汽车不再只是一个选择,而是必须的选择之一。中国,欧洲大部分地区和美国已经通过国家支持的研发计划,充电基础设施和买方激励措施,对电动汽车做出了积极的决定。英国已经在电池开发方面进行了重大投资,但在轻型电池外壳供应链或轻型电动车生产必需材料方面投入确没有那么多。

值得注意的是,主要汽车制造商(表I)的电气化程序对汽车铝挤压的依赖性增加,特别是对于轻质电池外壳制造。关键的技术挑战是能否在最短的时间内从最短的供应链中为这些外壳结构提供组件。理想情况下该供应链应该靠近电动汽车和电池组制造商,并采用最高量的报废回收铝。

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图1显示了与最新EAA支持的Ducker报告中的信息(传统汽车中铝挤压件在北美和欧盟的碰撞管理系统,底盘车身结构中的应用)相比,基于Bloomberg估算(到2040年,每年的电动汽车销量可能高达6500万辆),铝挤压需求吨位增加。

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Bloomberg对铝挤压吨位的预测是通过以单车80公斤的挤压型材为基准计算得到的。以这种方式确定,与Ducker的预测相比,期需求量更高。如果包括对中国市场的需求,到2040年电动汽车所需的铝挤压吨位可能超过300万吨。2025年将达到129.5万吨。仅就英国而言,基于到2035年的220万辆汽车的预测,其中50%是电池电动汽车(BEV)和50%插电式混合动力电动汽车(PHEV),这将需要88,000吨挤压件,与之相关的电池外壳市场估计约为8.7亿英镑。由于英国不具备如此大吨位的产能,因此挤压型材必须从欧盟或中国进口。

CRU最近还估计了铝制汽车车身板和电动车辆挤压件的综合要求。他们预测到2030年世界总需求量将接近1000万吨。板材和挤压件之间的需求比率可能为80/20,这是200万吨的挤压需求。对这种需求规模的预测是相对较新,且尚未通过对目前车辆人口的分析评估验证来实现。由于电动汽车产量的增加,铝的未来需求现在远高于以前,并且对铝挤压件的相对需求也要高得多,铝挤压件通常占汽车车身板体积的10-11%。显然,为了满足这种不断增长的需求,特别是满足轻量化需求而应用了更高强度的AA6xxx合金,必须在全球范围内安装大量新型挤压机。

另外一个挑战是,除了进一步的挤出能力之外,还需要安装所需的热处理和精加工能力,以便为汽车铝挤压件提供与汽车铝板相同的质量和性能。

电池外壳设计

目前,几乎所有大批量OEM厂商的需求都是铝电池外壳。大多数成熟的主机厂-宝马,奥迪,保时捷,戴姆勒,沃尔沃以及电动车造车新势力正在接近基于特斯拉铝滑板密集挤压方法(aluminumextrusion intensive skateboardapproach)的电池外壳设计(图2)。德国原始设备制造商是铝挤压型材的主要需求者,如宝马的i20电动汽车,奥迪的e-tron电动汽车,以及戴姆勒的EQ系列电动汽车。奥迪正在开发一种模块化方法,将电池外壳从铝压铸密集型设计(aluminumdie-cast intensive design)(图3)改为铝挤压密集型(图4)。戴姆勒对其BEV和PHEV使用相同的外壳构造技术。


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值得注意的是,一些汽车制造商正在从钢铁设计转向铝设计。日产LeafEV使用钢制电池外壳(图5),将在2020年转向铝制结构用于下一代BEV。GroupePSA和大众汽车等也将采用铝制外壳设计。

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铝合金开发

Constellium,BCAST和Innoval团队于2011年开始的一项正在进行的研发计划正在寻求开发高强度AA6xxx挤压合金,其性能超过在烘烤硬化或后成型热处理条件下生产的AA6111板材合金。通过一种新的加工制造技术,使AA6xxx汽车铝合金屈服强度高于450MPa,可能高于500MPa。该项目的成果是Constellium系列高强度HSA6挤压合金。只要它们经过铸造,均质化,固溶热处理和淬火,以避免在淬火过程中晶界沉淀。这些合金就具有与铝汽车车身板合金相同的优点。

HSA6合金系列能够改造轻型电池外壳制造,以满足汽车制造商电气化计划的紧迫时间,并采用轻量化解决方案。

可持续供应链

挤压铝合金可被视为电池外壳和相关车辆结构中经济实惠且可持续的选择。报废回收是所有汽车材料的主要挑战。从长远来看,HSA6系列的高强度铝挤压合金将采用高达100%的报废废料(图6)配制而成,如废旧车辆(Zorba),建筑废料(旧)轧制和旧挤压铝)和焚化炉底灰(IBA)。

再生铝是制造下一代电动汽车的理想材料。这种铝应尽可能采购,分类,铸造并制成锻造产品形式,作为当地供应链的一部分,以避免任何额外的运输成本和排放。

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总结

铝工业现在面临着在很短的时间内为数百万辆电动汽车提供铝锻造产品的主要挑战。对于铝挤压供应而言,这一挑战尤为严峻,这将需要对新基础设施进行大量投资,特别是提供高强度铝挤压合金,例如ConstelliumHSA6合金。这种合金对于优化电动车辆的轻量化潜力是必不可少的。最小化供应链的长度也是至关重要的,以便从回收中心到合金铸造,挤压和加工到组件和电池外壳的链条尽可能靠近电动车辆制造中心。这在英国尤为重要。

来源:网络,汽车轻量化在线翻译整理


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