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新能源汽车轻量化难度高 动力电池成重负

来源:    作者:   日期:2020-05-30

  最近,重庆长安汽车工程研究院副院长曹渡说,万事开头难,而对于汽车轻量化来说,却是开头容易后头难。应该再加上一句:新能源汽车轻量化是难上加难。

  传统汽车的轻量化有上百年的历史。最近看到一个资料,1913年,纳苏公司(NSU奥迪的前身)就打造一辆Type8/24原型车,采用全铝合金车身,十年后,AUDIType采用了流线型的轻量化车身。

  上个世纪70年代,出现了##次世界范围的石油危机,石油输出国组织(OPEC)为了打击对手以色列及支持以色列的西方国家,宣布石油禁运,全球油价暴涨,从1973年的每桶不到3美元涨到超过13美元,而这只是20世纪下半叶三大石油危机之一。

  油价暴涨,迫使西方人选择小型轿车,这对体积较大的乘用车生产企业是致命的打击。开惯了大车的消费者难以忍受小型车拘迫的空间,所以到80年代,油价一落,市场上大车又吃香了。但是从长远看,石油资源总归有限,节油是必然的选择。

  汽车产业开始研究在保障原有汽车性能的前提下减少油耗。开发人员发现,汽车的行驶阻力与车重成正比,车重增加,会使汽车的油耗大部分消耗在自重上,在100公里时速以下,重量因素决定80%的油耗;时速100公里以上,风阻就成为油耗的主要因素。国际铝业协会报告指出,汽车自重每减少10%,燃油消耗可降低6%~8%。因此,轻量化是节油的重要途径。

  从历史上看,汽车轻量化主要有以下三种途径:

  首先是应用高强度和轻质材料,比如高强度钢材、超高强度钢板、铝合金、镁合金、工程塑料及纤维增强复合材料等。

  其次是结构的轻量化优化设计,利用结构解析和CAD、CAE等技术进行结构的优化设计,以减少无用材料、减轻壁厚、减少零部件数量等。

  第三是采用先进的制造工艺技术,如激光拼焊、辊压成形、高强度钢热成形、内高压成形等先进制造技术,结构胶粘接和异种材料铆接等先进连接技术。

  近年来,NVH(即噪声、振动与声振粗糙度Noise、Vibration、Harshness的英文缩写)成为国际汽车业各大整车制造企业和零部件企业关注的问题之一,它是衡量汽车制造质量的一个综合性问题,给汽车用户的感受也是最直接的。有统计资料显示,整车约有1/3的故障问题是与车辆的NVH问题有关,而各大公司近20%的研发费用投入到解决车辆的NVH问题。

  传统汽车在轻量化方面已经做了大量的工作,在各方面进行了不懈地探索,几乎穷尽了各种可能的措施,但是面对日益严苛的油耗法规,不断高涨的油价,企业还是面临“更上一层楼”的要求。

  新能源汽车一出世,由于电池的重量增加了数百公斤,需要针对车身的耐久性能做特殊设计;由于使用了额外的高压电,对其安全性要求更高、更苛刻,包括整车的密封、车身的结构、更苛刻的防水要求等。所有这些要求都对新能源汽车的轻量化开发提出了巨大的挑战。

  另一方面,轻量化对新能源汽车是艰巨的任务,只有轻量化才能减少昂贵的电池重量,降低整车成本,从而接近市场需求。

  宝马i3的总重是1224kg,比亚迪E6的总重是2295kg,整整多出一吨。两者的差别是宝马车身采用碳纤维,车架采用铝合金,车身外覆盖件基本采用工程塑料。i3的电池组总重量是233kg,E6配备96组200AH电池,总重超过500kg。碳纤维是材料界的新秀--“外柔内刚”,质量比金属铝轻,但强度却高于钢铁,并且具有耐腐蚀、高模量的特性,在国防军工和民用方面都是重要材料。但是其身价也不菲,10年前,它的价格是高强度钢的40倍,现在也要高出20倍。碳纤维现在还是“王谢堂前燕”,并不“飞入寻常百姓家”。比亚迪E6的售价是31~33万元,i3的价格是45~52万元,i8的价格更高于80万。

  电池也贵,碳纤维也贵,但是发展轻量化是硬道理。

  国内汽车企业在轻量化方面的探索才刚刚开始,所以即使传统汽车,轻量化还是具有潜力空间。以新科鲁兹为例,整车减重达到130~150公斤,其中车身减重74公斤,油箱容积减了8升,续航历程反而提高了100公里,这就说明在钢材、塑料领域,还有大有可为的空间。

  另一方面,要研究新能源汽车的整体结构。工信部部长苗圩希望汽车企业认真地考虑一下,在新的变革、新的革命到来时,如何摆脱传统思维定式,摆脱对传统发展路径的依赖。他在一次讲话中提到,汽车产业要破除“思维定式”,“现在的电动车,不客气地说是在传统汽车上的改装车,根本不是按照真正的电动车设计的,所以它的轴荷分布、自重、整车布置等都是不合理的。”

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