新能源汽车轻量化研究论文_新能源汽车轻量化

1.轻量化材料成新能源汽车“减重”突破口

在 汽车 所有部件中，底盘成为铝合金材料发挥空间最大的一个板块。对于新能源 汽车 来说，要替代部分燃油车市场，轻量化的需求更加紧迫，电池包作为新增轻量化市场，壳体的降重又显得尤其重要。

《节能与新能源 汽车 技术路线图2.0》关于燃油车的油耗，提出了明确的要求，2025、2030、2035三个阶段，乘用车（不含新能源车）新车平均油耗分别需要达到百公里5.6、4.8和4.0L。

对于燃油车来说，降油耗是必然的，但是随着油耗标准愈发收紧，下降空间越来越小，依靠传统动力模块降耗的难度也越来越大。

另一方面，补贴政策对于新能源 汽车 续航门槛也在提高，动力电池作为新增部件对整车续航影响也比较大。

所以不管是出于油耗，还是续航、成本等各种因素的考量，轻量化无疑是一件很紧迫的事情。

上汽大众工程师沈卫东在《2021中国 汽车 铝合金开发者论坛》上明确表示，有实验证明，传统 汽车 整车重量每降低 10%，油耗降低 6%-8%，整车重量降重100kg，CO2排放量可以减少约5g/km；新能源 汽车 降重100kg，续航可提升10%-11%，还可以减少20%的电池成本及20%的日常损耗成本。

轻量化带来的正面影响显而易见。相较于设计、工艺的轻量化方式，材料带来的轻量化效果是最立竿见影的。

铝合金成为 汽车 轻量化的关键材料 底盘发挥空间大

“铝成为近年来 汽车 轻量化设计的关键替代材料。”上汽大众工程师沈卫东表示。

预计到2025年热成型高强度钢和铝合金在 汽车 轻量化市场的占比将达到75%左右，其中铝合金占比60%。

汽车 轻量化主要集中在车身、底盘、动力系统和内外饰件四个部分。从部件来看，白车身、动力总成和底盘总成基本上占整个 汽车 重量的比例在80%以上。

动力总成中，轻量化的方式主要有两种，一种是利用拓扑优化分析来对零部件进行尺寸和形状优化，二是通过不同零件的组合，提高模块通用性来进行减重，三是提升铝合金的使用率，燃油车里面有发动机、气缸盖、制动卡钳等，新能源 汽车 里面有电池壳。

车身板块，由于某些部件需要考虑强度、安全等因素，比如应用在车身如A柱、B柱、C柱、车门防撞梁、前后保险杠等核心安全结构件上，所以主要的轻量化的材料为热成型高强度钢。

底盘应该是铝合金材料发挥空间最大的一个板块，铝制控制臂、副车架、转向节、制动钳轻量化产品渗透率正在大幅提升。

根据华西证券、银保监会的预测，2025年这四个部分铝合金渗透率将分别达到40%、25%、60%和20%。

综合看下来，车身轻量化耗材量大、成本高，短时间内铝合金渗透率难以明显提升，动力系统比较早开始用铝合金，渗透率已然很高，内外饰轻量化由于材料与环保性的限制还需要进一步发展，所以底盘目前被认为是用铝合金进行轻量化性价比最高的一部分。

根据东吴证券的预测，到2025年铝合金底盘的渗透率大概在35.3%左右，市场空间大概在332.4亿元左右，2019年这个数量只有138亿元左右，市场空间非常值得期待。

当然，除了材料上的轻量化，工艺和设计也能帮助 汽车 实现轻量化。

设计轻量化是在保证性能和安全的前提下，利用各种优化分析、仿真计算等方式，实现零件重量、结构和数量优化。

工艺轻量化中，目前主流的工艺技术有热成型冲压制造工艺、激光拼焊板工艺、辊压成型工艺、激光焊、液压等等，其中热成型技术已经开始广泛应用。

新能源 汽车 轻量化需求更加紧迫 电池包壳体市场空间可期

相比于燃油车，新能源 汽车 普遍偏重，新能源 汽车 要替代部分燃油车市场，必须在成本和续航等各要素上更有优势，所以轻量化的需求更加紧迫。

新能源 汽车 每降重100kg，续航可提升10%-11%，还可以减少20%的电池成本及20%的日常损耗成本。

新能源 汽车 上，动力电池系统是全新的轻量化市场。整个电池包中，除了最重的电芯本体，其次就是电池包壳体，占整个电池包重量约10%-20%。

围绕电池包轻量化的重点自然落到了电池壳上。

电池包壳体分为上盖和下壳体，其中下壳体是电池包壳体中最主要的组成部分。电池下壳体材料目前以铝合金为主，上盖主要材质有冲压钢板、冲压铝板、SMC和碳纤维复合材料。

江淮iEV 5动力总成箱体、比亚迪腾势的电池组外壳、大众集团MEB平台电池盒，都替换成了铝合金的材料。

蔚来与德国西格里碳素公司就碳纤维增强型塑料电池外壳的研发已经达成了合作，比传统的铝或钢制外壳轻40%。

有数据测算， 汽车 铝制电池盒单车配套价值量在3000元以上，到2025年可能会成长为180亿元的市场，远超底盘系统中其他部件的市场规模。

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轻量化材料成新能源汽车“减重”突破口

众所周知，目前中国正在大力推进新能源汽车的发展，但是限于充电设施不完善、电池续航里程短、电动车售价偏高等问题，制约着新能源汽车的推广及普及。未来更好的推广新能源汽车，除了要加快充电桩等配套基础设施的建设之外，有效降低新能源汽车整车成本、提高整车续航能力，已成为当下新能源车生产企业急需解决的问题。

而实现新能源汽车的轻量化，最佳的方式就是合理使用碳纤维材料。实验表明，采用碳纤维材料替代现有的钢制车身，可以有效降低60%以上的重量，续驶里程相应的提高20%以上。中国正在大力推进新能源汽车的发展，所以碳纤维材料在新能源汽车领域中的应用前景非常广阔。

其实碳纤维材料除了在新能源汽车领域前景广阔之外，在传统汽车方面更有着宽泛的应用。碳纤维车身及金属平台的混合车身结构对于传统汽车车身结构而言，可以做到模块化、集成化，大大减少零件种类，减少工装投入，缩短开发周期。

总而言之，无论从性能还是环保角度出发，汽车轻量化都已成为一种必然趋势，而采用碳纤维材料是汽车轻量化的必由之路。

中国能源报

11月2日，国务院办公厅正式发布的《新能源 汽车 产业发展规划(2021-2035年)》提出，要突破整车轻量化等共性节能技术。近日发布的《节能与新能源 汽车 技术路线图2.0》(以下简称《路线图2.0》)也明确了我国今后 汽车 轻量化的发展方向。

据了解，新能源 汽车 每减重10%,续航里程可提升5%-6%，轻量化是新能源 汽车 节能、降耗、增加续航里程的重要技术路径之一。那么，我国新能源 汽车 轻量化面临哪些问题？又该如何发展呢？

多因素制约新能源 汽车 轻量化

区别于传统燃油车，新能源 汽车 的三电系统会导致整车重量增加，进而增加新能源 汽车 行驶时电耗，减少续驶里程。

“对于相同车型，三电系统引起的增重会导致整车增加约200-300kg的重量，也就是说，新能源 汽车 空载时的重量差不多相当于传统车满载时的重量。” 汽车 轻量化技术创新战略联盟专家委员会主任、吉林大学教授王登峰认为，新能源 汽车 三电系统的轻量化是整车轻量化的关键。“同时，新能源 汽车 轻量化系数要比传统燃油车高1.5-4倍，而系数越大，表明整车轻量化程度越低，所以新能源 汽车 对于轻量化的需求更为迫切。”他进一步指出，由于车辆行驶时有动载荷，车身重量的增加还会降低零部件的使用寿命。

相关资料也显示，重量明显增加，还会对车辆动力性、制动性、被动安全、车辆可靠和耐久均带来不利影响，而轻量化则是消除这些影响的重要应对手段之一。

同时，王登峰也指出，目前我国在超高强度钢、铝合金、镁合金等材料的应用，零部件结构设计工艺等方面也存在很多不足，这些问题同样制约着新能源 汽车 轻量化的发展。

轻量化材料数据库体系尚未建立

相关资料显示，车身、内外饰和底盘约占整车总质量的2/3。业内人士一致认为，目前三电系统轻量化进程缓慢，在动力电池能量密度问题暂时无法很好解决的情况下，新能源 汽车 整车的轻量化技术重点应放在轻量化材料的应用上，这也是 汽车 轻量化最基础、最核心的手段。

据了解，碳纤维复合材料、铝镁合金、先进高强度钢是目前车企 探索 的三大方向，这三种材料替代当前的主流材料低碳钢，可分别减重60%、40%、25%。

同时，王登峰认为，通过购买国外材料的数据库无法很好解决国内 汽车 制造商产品开发问题，“国内外材料牌号不同，即使是有对应关系的同类牌号，材料性能也存在差异。”他表示，应通过解决建立材料数据应用体系解决问题。与此同时，王登峰呼吁，相关材料厂商应积极加入到建立材料数据应用系统中，编写材料数据库方便 汽车 制造商使用，多方共同解决材料数据在 汽车 轻量化方面的问题。

铝合金或成未来五年轻量化重点

《路线图2.0》中指出，实现 汽车 轻量化，近期以完善高强度钢应用为体系重点，中期以形成轻质合金应用体系为方向，远期形成多材料混合应用体系为目标。到2035年，预计燃油乘用车整车轻量化系数降低25%，纯电动乘用车整车轻量化系数降低35%。

“这三个应用体系是根据我国 汽车 行业发展需求所建立，”王登峰解释，“现阶段我国轿车车身用材因成本问题暂时以钢为主，这确实符合市场竞争。”他进一步表示，现阶段应将重点放在解决高强钢和超高强度钢在轻量化应用过程中的问题，强调建立钢的应用体系，包括关键技术、相关标准的建立、钢的轻量化应用数据库体系等。

对于未来几年的发展，王登峰表示，“随着新能源 汽车 的快速发展，我国 汽车 市场不会一直以经济型轿车为主，所以铝合金在下一个五年会成为轻量化重点，包括高强度铝合金的开发、材料特性研究等。”

据了解，目前国内车用碳纤维复合材料刚刚起步，还处于技术 探索 和积累阶段，原材料成本高及加工效率低，依然阻碍着碳纤维复合材料的推广应用。对于《路线图2.0》中提到的多材料混合应用体系，王登峰表示，随着材料技术进步和发展、成本问题的解决，会产生更多性能比碳纤维复合材料更优越的复合纤维材料。“虽然现在因为技术和成本问题还不能很好应用纤维复合材料，但纤维复合材料的高性能低密度的特性之后会在车辆上应用越来越多，也会成为2031-2035年的重点发展方向。”