电动汽车零部件的轻量化潜力及其轻量化技术

发表时间:2019/1/22   来源:《河南电力》2018年16期   作者:张承盛
[导读] 本文分析了电动汽车及其零部件轻量化技术的作用和要求,重点讨论了电动汽车的整体轻量化及相关技术
张承盛
        (昆山国力源通新能源科技有限公司)
        摘要:本文分析了电动汽车及其零部件轻量化技术的作用和要求,重点讨论了电动汽车的整体轻量化及相关技术。在此基础上,提出了电动汽车零部件有哪些类型的轻量化潜力,最后分析电动汽车整车以及零部件的轻量化技术,旨在为电动汽车及其零部件的轻量化技术分析提供一些创新,为电动汽车的良好快速发展提供参考。
        关键词:电动汽车;零部件;轻量化技术
       
       
随着汽车排放法规的日益严苛,汽车也越来越朝着节能减排的新能源方向发展,发展新型电动汽车是实现汽车制造业可持续发展的必由之路。而电动汽车轻量化是各大汽车制造商一直在重点研究的问题,因此,本文结合自身工作特征,对电动汽车及其轻量化技术加以剖析。
        1 电动汽车轻量化技术的作用与要求
        对电动汽车实施轻量化,世界各国的汽车制造商都对此进行了大量的研究,并取得了许多有利于汽车轻量化推广的技术成果。然而,与传统的燃料汽车相比,电动汽车对轻量化技术的需求更为迫切.这就决定了电动汽车和传统燃料汽车在单位能耗下的排放相同,不能像传统的燃料车那样,依靠一次性补充能源来实现车辆长期行驶的不确定性。因此,电动汽车需要在电气化的基础上采用比传统燃料汽车更先进的轻量化技术。汽车轻量化技术种类繁多,是一项系统工程。
        电动汽车轻量化技术的实施需要从两个方面进行。第一个目标是实现近50%的轻型电动汽车。二是实现电动汽车电池的轻量化。本文主要从以上两个方面展开研究。本文中的电动汽车一般是指功率为100%的电动汽车,包括加长式插入式电动汽车。
        2零部件的轻量化潜力
        零部件的轻量化,比较集中的有三大类:底盘上的一些铸件,发动机变速器电气等相关的铸件,还有就是车身覆盖件。
        首先,底盘零件的轻量化。如果说同一个车型的同一个铸造零件相比,通过技术上的优化,选用性能特别好的原材料,在目前条件下还能够进一步减掉20%。
        第二类就是发动机及曲轴零部件。由于这类零件的轻量化技术发展得很早,已经减重很多,目前发动机中的某些零件甚至很难减掉50g或100 g,因此这种零件的减重潜力不大。但费舍尔有一个突破,空心曲轴现在被推开了。空心曲轴是乔治·费舍尔(GeorgeFischer)的一项非常尖端的技术,在中国和世界上都处于领先地位。目前,该技术非常成熟,已批量生产和应用多年,并逐步进入中国市场。将曲轴加工成空心,实现了发动机的减重。这是一个成熟的项目,在欧洲,虽然在中国目前还没有很多这样的项目和模式,费舍尔试图将该技术引入中国,以服务于一些当地客户。
        第三类就是车身覆盖件,在轻量化方面还有很多工作要做。传统车身采用钢板或高强度钢,在某些部位,现在若换成镁合金,很容易减重50%。
        目前,铝合金和镁合金应用广泛,具有普遍性。与此同时,非金属材料,如碳纤维或复合材料,已被用于跑车或稍小的汽车。然而,非金属材料的应用也面临着一些挑战,如原材料的储存、修复成本和损坏零件的技术等,这可能成为其推广和应用的障碍。
        3 整车及零部件轻量化技术
        3.1 整车轻量化
        车辆的重量集中在车身和底盘上,如表1所示。电动汽车由车身、底盘、无弹簧质量(制动系统、轮胎)、空调系统、转向系统、动力传动机构、电池、电机及相应的管理系统组成。整车的轻量化需要各系统的轻量化和有效的集成。关键的突破应该是重量轻的车身和底盘。
        从表1可以看出,车身、内外装饰和底盘约占整车质量的2/3,底盘和车身的重量是实现整车轻量化的最有效途径。
       3.2 车身的轻量化
        电动车车身轻量化应注重新材料的应用、结构设计、模具设计及相应的制造技术。新型高强度、低密度的轻质车身材料众多,最适合电动汽车的材料应该是复合材料。
        (1)铝合金车身
        ASF铝制车身安全、可回收、重量轻。轻质铝合金车身使车身质量大大降低,与相同体积的钢材相比,质量可以降低30-40%,这意味着更低的油耗和更好的动力性能。此外,铝合金车身几乎可以100%回收,满足环保要求,框架结构还可以提高车身的安全性,保护室内设施。
        (2)改性塑料车身
        生物降解改性塑料将越来越多地应用于轻量化汽车。解决了塑料体的热膨胀系数(CTE)问题后,金属本体的比较将显示出明显的技术优势和市场优势。改性塑料有望很快应用于汽车车身,特别是电动汽车。
        (3)碳纤维增强复合材料(CFRP)车身
        碳纤维体比钢体质量降低50%左右,比铝体轻30%左右。碳纤维作为汽车材料,具有重量轻、强度高的特点,其质量仅是钢的20~30倍,而硬度则是钢的10倍以上。汽车制造用碳纤维材料在汽车轻量化方面取得了突破性进展,整车的减重效果可达50%以上。
        3.3 底盘的轻量化
        为了减轻电动汽车的底盘结构,主要的技术途径是采用轻金属或碳纤维,并能采用先进的设计结构。主要技术有:一是全铝合金电动汽车车身,采用先进的铝合金材料制造底盘,比以钢铁材料为底盘的电动汽车轻;另一种是轻型轮毂,主要采用镁合金或铝合金锻造轻型轮毂,以降低制动系统和轮胎的质量。从而提高电动汽车的可控性和加速度效应。
        3.4高压配电盒的材质工艺轻量化
        铝合金在机体中的应用主要来自发动机罩和缸盖。铝合金由于具有明显的轻质效应,具有重量轻、耐蚀性强、耐久性好、减少行人冲击损伤等优点。铝合金在车身上的应用逐渐扩大。汽车车身面板用铝合金主要有2000系列、5000系列、6000系列和7000系列合金。高压配电盒作为电动汽车的重要组成部分,对其轻量化和稳定性提出了更高的要求。一般来说,高压配电盒的6xxx铝合金采用水冷,5 xxx铝合金采用空冷,6 xxx铝合金采用空冷。高压配电盒内板的性能主要取决于连续退火和热处理工艺。经钝化处理后,轧辊涂覆或喷涂的铝线圈具有优良的表面层,有利于保持电动汽车高压配电盒电池管理系统的智能控制管理单元保护,提高铝线圈的附着力,提高了高压配电箱的稳定性。
        3.5整车的新型制造工艺
        整车的新型制造技术主要有粘接铆接工艺、简化涂装工艺、模块化组装工艺和天然纤维零件等。简化的涂装工艺可有效解决能耗高、成本高的问题,同时可有效减少环境污染。这种电动汽车轻量化技术的优点是充分利用了复合材料直接在模具中或只在表面涂覆的优点,从而有效地节约了电泳和磷化的成本。在电动汽车零部件中应用天然纤维可有效降低汽车零部件的质量,降低成本,提高材料强度,降低使用噪音。此外,它还可以有效地降低车辆中挥发性有机化合物的含量。
        4 电池轻量化技术
        电动汽车电池的轻量化技术是为了提高电池的单位能量比,或开发更先进、更环保、更节能的电池。电动汽车的性能取决于电池的体积比能和质量比能。一方面,目前电动汽车电池的实际比能量与理论还存在较大差距。同时,为了有效地提高现有电池的比能,需要实现电动汽车管理系统的优化和系统能耗的降低。另一方面,氢氧电池被认为是最好的电源,它不仅高效节能,而且清洁无污染。电动汽车制造商目前正在研究金属燃料电池,与其他电池相比,金属燃料电池具有高效率和灵活性的优点。因此,未来电动汽车电池技术的轻量化发展方向很可能是金属燃料电池。
        4 结束语
        总之,要实现电动汽车的轻量化,要从底盘、高压配电盒和电池等入手,然后采用轻量级技术和系统集成。采用新型复合材料和新型电池是轻量化电动汽车发展的一个重要方向。只要汽车制造商能够继续探索和研究电动汽车,然后开发和创新材料、新技术、新工艺,就能制造出真正商业化的新电动汽车。
        参考文献:
        [1]陈立旦,齐忠蒙.纯电动汽车核心零部件轻量化安全技术的研发[J].科技资讯,2017,15(1):64-65.
        [2]汤贵庭.电动汽车快换动力电池箱结构优化及轻量化设计[D].2016.
        [3]黄颖.汽车零部件结构性能分析及关键部件轻量化设计[D].2017.
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