为什么汽车急需轻量化?重点在哪里?

全国能源信息平台 阅读:28699 2021-02-11 21:00:53

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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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