新能源汽车轻量化技术路线和应用策略

王帅，孙洋



新能源汽车轻量化技术路线和应用策略

王帅，孙洋

（华晨汽车工程研究院，辽宁 沈阳 110141）

整车轻量化技术对于整个汽车产业节能减排、满足国家法规和可持续发展都有着重要意义。汽车轻量化技术涉及汽车材料技术、设计开发技术、工艺制造技术等多个学科，需要多产业的联合突破。文章研究新能源汽车轻量化技术路线和发展方向，论证新能源汽车开展轻量化的战略意义以及轻量化技术路线，从技术层面分析了新能源汽车轻量化对整车性能的影响，总结新能源汽车轻量化技术路线和应用策略。

新能源；技术路线；轻量化

前言

汽车轻量化技术涉及汽车材料技术、设计开发技术、工艺制造技术等多个学科，需要多产业的联合突破。汽车轻量化产业链的形成将带动整个相关的零部件产业的提升和创新发展。

从国际上看，比较成熟的汽车市场中欧美日韩政府制定了相关法律和政策来推动新能源汽车的发展，并出台了一系列轻量化技术路线和法规，对汽车轻量化技术投入大量的科研经费和前瞻性研究。

从国内政策角度看，中国制造2025规划重点领域技术路线图明确我国汽车轻量化技术发展的关键技术，并根据我国汽车行业自身的现状及特点，制定出具有引领性、指导性以及战略性的规划和可实现的科学的轻量化技术发展途径。按照国内汽车轻量化水平来看，高强钢仍将保持主导地位，多材料选择将进一步发展，铝镁合金、以塑代钢应用依然是未来汽车轻量化材料发展方向，并且伴随着先进制造技术和结构优化手段的发展，研究体系逐步深化。成本和轻量化技术研究储备依然是左右轻量化技术应用的两个主要因素。

本文针对国内外汽车整车厂开展的轻量化技术路线和取得的成果进行分析。

1 新能源汽车开展轻量化技术的战略意义

从国际上看，欧美日韩政府制定了相关法律和政策来推动和保障新能源汽车的发展，出台了一系列轻量化技术路线和法规，对汽车轻量化技术投入大量的科研经费和前瞻性研究。先进轻量化技术在上述市场应用非常普遍，宝马、奥迪和大众等国际汽车品牌正引领轻量化技术发展。

图1 大众和奥迪等欧洲品牌轻量化技术路线

从国内汽车产业规划来看，中国制造2025规划了重点领域技术路线图对汽车轻量化做了重要规划和思路建设。汽车轻量化技术路线图和新能源汽车技术路线图明确我国汽车轻量化技术发展的关键技术，并根据我国汽车行业自身的现状及特点，制定出具有引领性、指导性以及战略性的规划和可实现的科学的轻量化技术发展途径。

图2 我国轻量化产业技术发展目标和途径

新能源汽车由于需要增加电池、电机和电控系统，相比传统车车重要增加5%-25%之间，根据测试结果来看，车重对于新能源尤其是电动汽车更加敏感，轻量化对于新能源汽车尤其重要。新能源汽车通过轻量化降低电池成本并提高续驶里程，降低能耗。

图3 新能源汽车减重后对于动力性影响

同时，新能源汽车轻量化可提高汽车动力经济性，可有效提高车辆续驶里程。数据基于行业内新能源车型数据，整车重量减少10%，动力性可提高6%左右。

2 新能源轻量化技术路线和发展趋势

2.1 我国轻量化产业技术发展路线

各国都在大力发展电动汽车，包括纯电动和插电式混合动力。国内轻量化业务起步较晚，同合资品牌相比在轻量化技术研究储备和应用有一定差距，铝镁合金和高分子材料等轻量化材料应用比例较低。

通过最近几年车型开发过程中的重量管理和轻量化技术的推进应用和实践，整车重量的市场竞争力逐渐上升，轻量化技术的研究领域不断扩展。技术合作模式大力发展，局部突破，全面验证，平台推广的轻量化发展思路得到验证。

国内轻量化产业技术发展路线在2020年前实现减重8％-15％轻量化目标，提高高强钢应用比例，发展热成型等加工技术，同时加大铝合金在发动机、底盘关键零部件和覆盖件上的应用技术的研究，加大以塑代钢应用；在2025年实现减重12％-20％轻量化目标，整车大量应用铝镁合金，实现全铝车身应用(发展高压成型、铝合金激光拼焊、液态模锻、真空压铸技术)和部分零部件碳纤维和塑料等复合材料应用（在线注塑、模压技术）。

图4 我国轻量化产业技术发展路线图

2.2 国际领先的新能源汽车轻量化技术

放眼来看，目前各大汽车厂商都宝马作为当前国际知名汽车生产商，一直在引领这汽车行业轻量化技术发展和变革。宝马的轻量化策略随着车型定位的上升，由高强钢、铝合金到碳纤维复合材料应用的趋势比较明显，随着新7系和新能源车型I3和I8的上市，宝马在复合材料上的应用达到了新的高度。

图5 宝马轻量化技术路线

宝马I3是宝马全新超轻复合材料整车的量产车型，代表着碳纤维复合材料轻量化技术的发展方向。车型采用了碳纤维复合材料上车身和铝合金下车身的模块架构，其中碳纤维复合材料上车身代表乘员舱部分，由34个碳纤维复合材料零部件构成。而铝合金下车身则将电池组、底盘和碰撞防护结构集成一起，整车重量下降300kg以上，进而续驶里程和动力性有较好表现。

图6 宝马I3轻量化概念

2.3 新能源汽车整车重量发展趋势

重量管理体系，主要围绕重量数据库、标准、流程和BOM系统打造。这里面最核心的为数据库建设和BOM流程管控，有大量的整车和系统重量数据库可以帮助制定的重量目标更加合理，二通过BOM系统管控可以实施监控重量变化。

图7 国内汽车整车轻量化率

2.4 动力电池轻量化技术路线和发展趋势

从目前的技术发展来看，纯电汽车动力电池系统轻量化空间较大：

（1）提高动力电池正极活性物质提升动力电池能量密度，进而减轻电池重量；

（2）减少电池组配件重量；

（3）电池箱体以及结构件选用当下先进轻质材料，比如铝合金底座、SMC和碳纤维等复合材料。当前电池箱体下壳体主要采用铝合金结构，兼顾强度和散热等功能集成，上壳体采用轻质复合材料可以更大幅度减重，提高电池能量密度，从成本和性能考虑SMC和碳纤维更加适合，这也是未来电池组材料的发展方向。

3 未来新能源轻量化应用策略

3.1 新能源轻量化技术路线策略

结合汽车技术路线规划，短中期以国内主流技术路线为基础，参考宝马的前沿性轻量化技术，开展前瞻性技术储备研究。

（1）探索打造以碳纤维、玻纤、玄武岩纤维等复合材料为主的超轻复合材料车身。

（2）围绕新能源汽车超轻复合材料车身及电动车全新架构等发展需求，突破玻纤、碳纤维为主的复合材料轻量化正向设计基础理论与设计方法。

（3）铝镁等轻质合金零部件的设计验证和连接技术研究

图8 国内汽车轻量化技术路线策略

3.2 新能源轻量化数据库策略

建立重量对标数据库，提升轻量化设计能力，跟踪前沿轻量化技术情报。

（1）建立以A2MAC1数据库为基础的重量对标库。

（2）研究全新架构轻量化结构形状与尺寸设计、优化方法和优化理论研究材料-结构-性能-成本一体化设计方法。

（3）积极参与国内外轻量化技术交流合作，同科研机构进行情报共享。

3.3 新能源汽车项目开发策略

结合项目需求，推动重量管理和轻量化技术在整车上的应用和推广：

（1）重点发展重量管理在项目中的应用，重量管理是整车轻量化的根本措施。

（2）提升整车和系统目标制定分解能力。

（3）开展轻量化成本与性能收益平衡研究。

4 结论

综上所述, 随着整车轻量化要求越来越高及铝合金和碳纤维复合材料等应用关键技术突破和成本逐渐降低，超轻量化车身应用将成为新能源汽车发展趋势。从传统“以钢为主的车身”到“全铝车身”到“多材料车身”到“超轻复合材料车身”及全新构架底盘等创新型系统，整车生产工艺及生产装备也发生了巨大变化，建立与汽车轻量化新趋势一致的生产工艺与装备是汽车轻量化发展的必然趋势。随着铝合金、镁合金及低成本的复合材料产品与成型技术不断突破，汽车企业已经开始加大铝合金、镁合金及低成本的复合材料的使用，为新能源汽车轻量化技术发展打开了空间。

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New energy vehicle lightweight technology route and application strategy

Wang Shuai, Sun Yang

（Brilliance Automotive Engineering Research Institute, Liaoning Shenyang 110141）

The vehicle lightweight technology is of great significance for the whole automobile industry to save energy, reduce emissions, meet national regulations and achieve sustainable development. Automotive lightweight technology involves many disciplines, such as automotive material technology, design and development technology, process manufacturing technology and so on. This paper studies the technical route and development direction of light weight of new energy vehicles, demonstrates the strategic significance and technical route of light weight of new energy vehicles, analyzes the impact of light weight of new energy vehicles on vehicle performance from the technical level, and summarizes the technical route and application strategy of light weight of new energy vehicles.

New energy sources; Technical route; lightweight

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.10.014

U469.7

A

1671-7988(2019)10-38-04

U469.7

A

1671-7988(2019)10-38-04

王帅，工程师，本科，就职于华晨汽车工程研究院，研究方向为整车重量管理和轻量化推广。