轻量化材料在新能源汽车上的应用

迫于能源与环保问题的日趋严重，世界各国对节能减排技术的研究日益重视，汽车轻量化不可避免的成为实现上述目标的主要途径。相关数据显示，汽车轻量化与能耗消耗有着直接关系。传统燃油汽车整备质量每减少100公斤，百公里油耗可降低0.3-0.6升；对于纯电动汽车而言，整备质量每减少100公斤可以增加续驶里程10%，节约电池成本15%到20%。对于新能源汽车来说，由于特殊的电池驱动结构，电池重量及续航里程对整车重量更加敏感。面对电池成本压力及续航里程提升的要求，轻量化技术成为新能源车企必然选择的途径。

轻质材料的应用是实现汽车轻量化最直接有效的方法，多材料的混合车身将是车身轻量化发展的趋势。车身多材料应用能充分发挥材料强度在车身上的合理布局，显著降低重量，同时还能保证成本适中。

目前主流的轻量化材料

超高强钢及先进高强度钢：超高强钢（UHSS）指屈服强度大于550Mpa，抗拉强度大于700Mpa；先进高强度钢（AHSS），强度在强度在500MPa到1500MPa之间。两者都具备高强度和较好的成形性，特别是加工硬化指数高，有利于提高冲撞过程中的能量吸收，在减重的同时提高汽车的安全性。

铝合金：铝合金减重效果显着优于钢铁。汽车使用1 kg铝可替代自重2.25 kg钢材，减重比例高达125%。以铝代钢的结构设计优化可以实现二次减重，效果可达直接减重的50%-100%。

镁合金：镁密度小，比铝轻三分之一，其比强度（抗拉强度与密度之比值）较铝合金高，疲劳极限高，能比铝合金承受较大的冲击载荷，导热性好，铸造性好；尺寸稳定性好，易于回收，有良好的切削加工性，有较好的减振性能。

工程塑料：工程塑料具有突出的成型性、轻量化以及面对强烈撞击时能够缓冲吸能，不过塑料刚度低、易老化，未来在车身大量运用仍面临不少安全隐患。

碳纤维复合材料：具有密度低、强度高、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、结构尺寸稳定性好以及设计性好、可大面积整体成型等一系列特点，被认为是新能源汽车轻量化材料未来的趋势。

通用汽车运用多种材料以减轻车重

多材料混合车身成趋势

对于新能源车企来说，轻量化技术可以降低电池成本并换来更高的续航里程，虽然起步成本高，但是已有部分新能源车企开始布局轻量化技术，并形成了多种技术路线并存的局面。目前，超高强度钢及钢铝混合等材料技术相对成熟，部分车型已量产上市；而涉及镁合金、碳纤维等新型材料的新能源车型多数仍在技术储备和样车试制阶段。

钢铝混合+工程塑料

江淮开发出专用的钢制轻量化平台和钢铝混合轻量化平台，并成功运用到公司iEV系列车型上。前端模块、塑料后防撞梁、塑料动力电池盒盖等“以塑代钢”技术的开发，也已在新一代新能源汽车型中应用。

吉利新能源纯电动车轻量化技术路线主要采用钢铝混合+塑料件车身，后地板为铝框架，后备胎处为塑料结构，前盖为铝冲压，后盖采用SMC尾门，翼子板为PP塑料。

全铝车身

奇瑞新能源纯电动车“小蚂蚁”是基于全铝空间架构+全复合材料外覆盖件的轻量化技术平台开发。采用了高强度铝镁合金骨架、铝车身专用连接技术、FRT发泡树脂复合材料外覆盖件和碳纤维材料应用等轻量化技术。目前部分城市已开始接受预定。

东风风神纯电动车E30/E30L车身采用的铝型材骨架+铝板蒙皮+非金属外覆盖件，并且“以塑代钢”技术也已经使用在东风风神E30L部分零部件上。两款车型分别于今年3月和8月正式上市销售。

超高强度钢+复合材料

上汽荣威E50纯电动轿车车身广泛运用超高强度钢结构，尾门采用SMC复合轻量材料，充电口及小门、PEB横梁等零件也采用新兴合成材料替代。该车已于2014年7月正式上市。

碳纤维+铝合金混合结构

北汽新能源纯电动汽车ARCFOX-1采用的是碳纤维+铝合金混合结构轻量化车身平台，主要采用碳纤维复合材料上车体，全塑外覆盖件，铝合金框架式车身，镁合金仪表板横梁。该车预计于2017上海车展后接受预定，批量投放市场。   　

轻量化面临多重挑战

挑战一，由于普通高强度钢在强度、塑性、抗冲击能力、回收使用及低成本方面具有综合的优势，从成本、技术成熟度及产业链来看，新材料要替代普通高强度钢仍需很长一段时间。目前超高
强度钢和先进高强度钢的应用仍然较少，使用比例只有15%。

挑战二，轻量化材料应用起步成本高。目前大部分车企的新能源车型都是由传统车型改造而来，车身框架材料几乎一致。新材料从实验到量产周期长，研发成本高，同时供应链很少，且受限于
加工工艺，导致采购成本高，多数车企都很少大规模量产应用，基本都是处在技术储备阶段或小批量试制中。

挑战三，材料的合理布局。材料强度要在安全传递路径上的合理布局，才能有效吸收碰撞能量并保障乘员舱的安全。车身不同部位对刚强度以及碰撞吸能要求不同，企业一般都是基于各部位真
实受力情况及性能要求来合理分布不同强度等级的材料，以满足碰撞安全性、疲劳耐久及NVH静、动态刚度等性能指标，同时还要兼具系统成本的考虑，这并不是一件容易的事。

挑战四，先进材料的应用会导致连接工艺的变化，还有多材质材料的应用，这些都会对整个车身开发的方向带来一些影响。先进材料的应用也将带来颠覆性变化，从设计理念、工艺、装备都将
面临改变。