電動(dòng)車減重瘦身勢(shì)在必行 掌握“材料之王”的制備秘訣

減重瘦身，不僅僅愛(ài)美之人需要，汽車也需要。在“十三五”國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“新能源汽車”重點(diǎn)專項(xiàng)中，輕量化純電動(dòng)轎車集成開(kāi)發(fā)已作為一項(xiàng)重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目。

近日，記者從重慶長(zhǎng)安汽車獲悉，該公司聯(lián)合中國(guó)汽車工程研究院股份有限公司、中復(fù)神鷹碳纖維有限責(zé)任公司、中國(guó)科學(xué)院寧波材料所等國(guó)內(nèi)13家科研院所、供應(yīng)商聯(lián)合開(kāi)發(fā)，從材料、分析、設(shè)計(jì)、制造、整車集成到試驗(yàn)驗(yàn)證等6個(gè)方面進(jìn)行攻關(guān)，突破了多項(xiàng)技術(shù)瓶頸，開(kāi)發(fā)出了一款具有國(guó)際一流技術(shù)水平的碳纖維車身純電動(dòng)轎車，為新能源汽車能跑得更遠(yuǎn)更快減去“體重”之憂。

迫在眉睫

電動(dòng)車減重瘦身勢(shì)在必行

汽車的輕量化，就是在保證汽車的強(qiáng)度和安全性能的前提下，盡可能地降低汽車的整備質(zhì)量，從而提高汽車的動(dòng)力性。實(shí)驗(yàn)證明，汽車質(zhì)量降低一半，燃料消耗也會(huì)降低將近一半。由于環(huán)保和節(jié)能的需要，汽車的輕量化已經(jīng)成為世界汽車發(fā)展的潮流。

“相比燃油車，新能源汽車對(duì)于減重的需求更為迫切。”長(zhǎng)安汽車首席專家、輕量化純電動(dòng)轎車項(xiàng)目總監(jiān)趙會(huì)表示，相比燃油車，新能源汽車往往重10%，其動(dòng)力電池占到了整車重量的三分之一到二分之一，在鋰動(dòng)力電池能量密度和安全性的矛盾沒(méi)有解決之前，減重是提高續(xù)航里程的有力保證之一。有研究表明，純電動(dòng)汽車重量每降低10千克，續(xù)航里程可增加2.5千米。

對(duì)于新能源車來(lái)說(shuō)，減重主要從三個(gè)方面進(jìn)行：材料輕量化、結(jié)構(gòu)輕量化和制造工藝輕量化。

對(duì)此，輕量化純電動(dòng)轎車集成開(kāi)發(fā)項(xiàng)目旨在通過(guò)“產(chǎn)學(xué)研用”重點(diǎn)突破碳纖維車身載荷分布與結(jié)構(gòu)優(yōu)化、車用低成本碳纖維、碳纖維車身和鋁合金車架一體化集成設(shè)計(jì)等技術(shù)瓶頸，實(shí)現(xiàn)多種輕質(zhì)材料及先進(jìn)工藝的集成應(yīng)用，掌握碳纖維車身純電動(dòng)轎車試驗(yàn)驗(yàn)證和評(píng)價(jià)等核心技術(shù)，開(kāi)發(fā)一款具有國(guó)際一流技術(shù)水平的碳纖維車身純電動(dòng)轎車。

“我們的目標(biāo)是達(dá)到國(guó)際一流水平，通過(guò)攻關(guān)能夠讓車身減重30%以上，同時(shí)保證車輛的安全性能達(dá)到五星標(biāo)準(zhǔn)。”趙會(huì)表示，當(dāng)前在“電動(dòng)化、網(wǎng)聯(lián)化、智能化”科技革命的促進(jìn)下，汽車工業(yè)正在發(fā)生重大變革，為行業(yè)發(fā)展帶來(lái)前所未有的挑戰(zhàn)，也帶來(lái)了千載難逢的發(fā)展機(jī)遇，正是中國(guó)品牌汽車對(duì)國(guó)外品牌彎道超車的好時(shí)候，如果能夠攻克輕量化這一共性技術(shù)難點(diǎn)，那么將對(duì)中國(guó)品牌汽車高質(zhì)量發(fā)展提供極大的支撐。

技術(shù)突破

掌握“材料之王”的制備秘訣

要實(shí)現(xiàn)輕量化，首先要突破的難點(diǎn)就是材料。

一般車型車架的材料會(huì)采用鋼、鐵材料，昂貴的車型有可能會(huì)使用全鋁的車身或者是碳纖維的車身，在減輕重量的同時(shí)又可以保證強(qiáng)度與性能。不過(guò)使用碳纖維復(fù)合材料、鋁合金這兩種材料都面臨的一大難點(diǎn)就是成本。

重量輕、強(qiáng)度高，碳纖維復(fù)合材料可以說(shuō)“除了貴以外，沒(méi)有任何缺點(diǎn)”。這種主要應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域的“材料之王”，在汽車領(lǐng)域只有超跑等豪車會(huì)使用。它的貴不僅在于原材料成本高，也在于其生產(chǎn)和制造工藝難。

“它的原材料價(jià)格在國(guó)際上是120元1公斤，而且我國(guó)在材料加工技術(shù)上還沒(méi)有達(dá)到國(guó)際一流水平。”趙會(huì)介紹，對(duì)此，他們對(duì)低成本碳纖維規(guī)模化制備方式進(jìn)行了研究，提高紡絲速率，縮短預(yù)氧化時(shí)間，同時(shí)開(kāi)發(fā)碳化熱能循環(huán)利用技術(shù)，使碳纖維材料成本降低25%，工藝水平國(guó)內(nèi)領(lǐng)先。

長(zhǎng)安汽車輕量化純電動(dòng)轎車項(xiàng)目設(shè)計(jì)總師張金生介紹，在仿真分析、載荷分布和結(jié)構(gòu)優(yōu)化上，項(xiàng)目組采用大變形理論，通過(guò)碳纖維復(fù)合材料級(jí)—零部件級(jí)仿真與試驗(yàn)分析研究，建立了準(zhǔn)確的碳纖維復(fù)合材料本構(gòu)關(guān)系模型，最終實(shí)現(xiàn)了復(fù)合材料CAE仿真高精度，剛度對(duì)標(biāo)精度達(dá)到80%以上，在業(yè)內(nèi)處于領(lǐng)先水平。

針對(duì)碳纖維前罩行人保護(hù)困難的行業(yè)難題，研究人員通過(guò)內(nèi)板開(kāi)缺口、減少鋪層、加支架、加緩沖泡沫等優(yōu)化方案，將行人保護(hù)頭部得分提升至8.18分，且重量比鋼罩板減輕約40%，是國(guó)內(nèi)首款達(dá)成行人保護(hù)五星得分率并實(shí)現(xiàn)小批量生產(chǎn)的全碳纖維前罩。(科技日?qǐng)?bào)記者 雍 黎)

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