新材料与工艺手册

[车身轻量化] 浅析电动汽车轻量化技术途径

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发表于 2020-2-18 17:33:41 | 显示全部楼层 |阅读模式

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浅析电动汽车轻量化技术途径
白有俊
海南经贸职业技术学院工程技术学院 海南海口市 571127
汽车轻量化在线】摘 要: 电动汽车随着政策支持和市场需求发展越来越迅速,本文简介了电动汽车轻量化的要求,详细叙述了整车设计、车身覆盖件、底盘电池、电器等轻量化技术途径,期待电动汽车轻量化进一步发展,为可持续发展、节能减排、保护环境增加力量。
关键词:电动汽车;轻量化;技术;途径

[size=1em]近几年,很多国家已经明确禁售燃油车时间,部分汽车制造企业也计划逐步停止停止燃油车的研发与销售,大力发展纯电动汽车。汽车电动化发展已经是大势所趋,然而电动汽车目前也存在续航里程短等问题。电动汽车轻量化可使续驶里程增加,减少电池充电次数[1]。因此电动汽车轻量化发展是一个研究方向。

[size=0.8em]图1 汽车车身覆盖件

1 电动汽车轻量化的要求

[size=1em]电动汽车轻量化首先要以安全性能为基础,并达到一定的强度;同时汽车轻量化技术指的是利用现代化的设计手段,在保持原有的行驶安全性、耐撞性、抗震性以及舒适性等性能不降低的前提下,通过对汽车结构的优化设计、对材料的对比选择,以此确保汽车本身造价不提高而降低汽车产品的重量,达到环保、节能、减耗等目的。由此看出,汽车轻量化不仅仅表现在重量的减少上,还表现在功能的多样和能源的节约上。[2]

2 电动汽车轻量化技术途径2.1 整车设计轻量化

[size=1em]通过市场调研对市场需求多样性和购买者行为的差异性,把电动汽车的整体市场进行市场细分[3]。对小型电动汽车缩短长度和高度,并进行优化设计。目前由于汽车保有量增加,造成交通拥堵以及停车难等问题,所以微小型电动汽车可以缓解以上问题。对越野型电动汽车可采用可逆作用的电动机在制动时进行能量回收等有效途径。

[size=1em]通过目前比较发达的软件优化开发设计,对电动汽车动力电池管理系统、能量回收系统等电控单元进行优化设计研究,例如设计出车辆上使用的空调电机和转向电机等集约共用机,通过电控单元程序优化开发设计,进一步减少能量损失,同时又能够使得整车重量减少。

2.2 车身覆盖件轻量化

[size=1em]电动汽车的车身轻量化的研究重点在于新材料的应用及模具设计、结构设计与相应的制造工艺上面。当前的低密度、高强度的轻质车身有很多材料,但最合适的就是复合型材料。目前主要有以下几种车身:一是铝合金车身,铝合金车身具有可回收、安全性高、质量轻的特点。二是高强度钢车身,虽然这种材料的车身可以有效降低钢板厚度,进而减轻车身质量,从而达到电动汽车轻量化的目的。三是改性塑料车身,这种车身比金属车身更具技术性与市场优势。四是碳纤维增强复合材料车身,这种车身具有强度大、质量轻的优点[4]。图1为电动汽车车身覆盖件组成。由图可见车身覆盖件轻量化研究具有较大的意义。

2.3 底盘轻量化

[size=1em]底盘轻量化可以在新材料、新构架上进行研究。车用高性能钢板、铝合金等已在汽车行业受到广泛应用。[5]新型的镁铝合金等轻量化底盘也都在开发中。采用新型的铸造铝、锻铝的轻型下摆臂、转向节等。还可以从合并应用汽车部件上进行研究,例如把电机合并在轮毂上,开发电脑控制程序,从而不再采用用差速器和驱动半轴,同时又能满足汽车转向和行驶功用。目前堡敦(天津)机电有限公司已经研制出ProteanDRIVE18轮毂电机(见图2)。[6]汽车轮毂采用锻造铝合金将会比铸造铝合金轮毂减重15%、采用锻造镁合金将减重27.75%、采用碳纤维材料将会减重42.2%。[7]但是这几种材料的制造成本高制约着使用普及率,进一步研究出成本低、易生产的新型材料也是广大车企和研究机构探索的方向。

2.4 电池轻量化

[size=1em]电池是电动汽车的关键核心部件,电池的能量密度影响着车辆的续航里程、使用性能,电池过重将严重降低汽车的续航里程,因此电池的轻量化也是很有必要的。电池的轻量化主要是在以下方面:研究新型电池:目前主要有锂电池、三元电池、燃料电池等;减轻电池系统配件重量,也主要是采用铝合金材料、高强度钢材料、复合材料来减轻配件重量;优化电池系统设计。[8]

[size=0.8em]图2 ProteanDRIVE18轮毂电机结构图

2.5 电器轻量化

[size=1em]电动汽车上是使用的电器设备进一步轻量化。开发使用平板电脑的多媒体一体机取代原来的导航影像一体机,由于自身携带GPS模块,不再采用老式A柱GPS模块,倒车雷达和倒车影像不再使用线束连接,使用蓝牙或WIFI技术连接,在进一步轻量化的同时更加便捷和智能化。空调压缩机的电机进一步减重或者采用共用电机,例如冷凝器风扇电机和空调压缩机电机共用增加控制编程,从而减少一个电机,轻量化的同时也节约电动汽车制造成本。减少优化全车线束,多使用CAN线连接控制。灯光采用先进的LED或激光灯,降低重量还能减少电能消耗。

2.6 先进轻量化工艺

[size=1em]先进的轻量化工艺主要有以下几种:新型焊接、粘接与铆接工艺,新型合金制造工艺、新型复合材料制造工艺等等。

2.7 研发轻量化材料

[size=1em]目前各大汽车制造企业、材料公司都在研发新型轻量化材料,从汽车覆盖件、底盘构件等都在研发新型材料,

3 结束语

[size=1em]随着社会的发展需求,多个国家政府都制定传统燃油车禁售的时间表,电动汽车是未来发展的方向,电动汽车的轻量化和集约节排,会为保护环境做出贡献。



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