輕量化技術(shù)是橫跨汽車變革發(fā)展的一項基礎(chǔ)性技術(shù)。輕量化是指在保證安全的前提下減輕汽車自身重量，達到節(jié)能環(huán)保的目的。在新能源時代，車身及電池的輕量化，能夠有效提升新能源汽車續(xù)航里程及能量利用率。
對于新能源汽車而言，僅動力電池的重量就達到了數(shù)百公斤，只有輕量化才能減輕昂貴的電池重量，降低整車成本，從而接近市場需求。相關(guān)研究表明，新能源汽車每減少100Kg重量，續(xù)航里程可提升10%-11%。還可以減少20%的電池成本以及20%的日常損耗成本。
那么，新能源汽車可以通過哪些途徑實現(xiàn)輕量化？技術(shù)趨勢又在哪里？目前國內(nèi)輕量化技術(shù)發(fā)展如何？新能源車企在輕量化技術(shù)上又有哪些應(yīng)用及布局？
一、車身輕量化的技術(shù)及趨勢
車身輕量化技術(shù)不僅適用于傳統(tǒng)車，也適用于新能源汽車?？偟膩碚f，實現(xiàn)車身輕量化主要有三種途徑：結(jié)構(gòu)、材料和工藝。輕量化車身結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計是前提，高強度輕質(zhì)材料的應(yīng)用是手段，先進輕量化成形和連接技術(shù)是保障，三者之間相互聯(lián)系、相互影響。
首先，結(jié)構(gòu)輕量化是最容易實施也是花費成本最低的一種設(shè)計手段。不僅是車身，底盤動力等零件的設(shè)計都可以大量運用結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計。而綜合考慮整車性能進行的多目標優(yōu)化，是目前結(jié)構(gòu)輕量化研究的一大熱點所在。如：模塊化集成設(shè)計、結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化。
其次，輕量化材料的應(yīng)用是汽車輕量化最基礎(chǔ)也是最核心的手段。從技術(shù)路徑看，碳纖維復合材料、鋁鎂合金、先進高強鋼是目前車企探索的三大方向，這三種材料替代當前的主流材料低碳鋼，可分別減重60%、40%、25%。
其中，碳纖維復合材料由于密度低、強度高、耐腐蝕、耐高溫等優(yōu)秀特性，是認為是未來汽車材料的主要發(fā)展方向。但是目前國內(nèi)車用碳纖維復合材料剛剛起步，還處于技術(shù)探索和積累階段，原材料成本高及加工效率低，依然阻礙著碳纖維復合材料的推廣應(yīng)用。
同時，先進輕量化成形和連接技術(shù)是車身輕量化的保障。總的來說，先進的工藝主要包括成型工藝和連接工藝。而先進的成型技術(shù)也保證了整車結(jié)構(gòu)的安全性。目前先進的成型工藝包括高強度鋼熱成型、內(nèi)高壓成形、激光拼焊和液壓成型等。而先進的連接工藝包括鉚接、粘結(jié)、焊接等。
二、核心零部件輕量化技術(shù)及趨勢
汽車車身可以輕量化，動力電池系統(tǒng)同樣也可以實現(xiàn)輕量化。一般來說有三種方法，一是增加動力電池正極活性物質(zhì)來提升動力電池能量密度，從而減輕電池重量；二是減少電池組配件重量；三是電池箱體以及結(jié)構(gòu)件選用當下先進輕質(zhì)材料。
其中，通過增加動力電池正極活性物質(zhì)來減輕電池重量的方法，對當中相關(guān)材料的開發(fā)一直以來都在進行之中。但是遇到的問題也比較多，如安全性的下降和局部過熱等問題。
削減對發(fā)電無貢獻的電池組配件重量也可以有效減輕動力電池的重量，例如減少黏結(jié)劑、導電輔助材料等。不過這種方法并非所有電池組都適用，對現(xiàn)階段大部分動力電池而言，在出廠時已經(jīng)盡可能輕裝上陣，其所能夠削減的部位則少之又少。
在運用新材料方面，目前大部分電池包的箱體采用的材料是高強度的鋼、輕金屬等。在滿足同等強度要求下，使用SMC和AMM等復合材料，其密度要比金屬輕，可以有效減輕箱體重量。
其次，結(jié)構(gòu)件比如支架、框架、端板等也可以通過材料改進來減輕重量。當前結(jié)構(gòu)件采用比較多的還是PC/ABS這樣的材料，而采用密度更低的PPO等材料，也能實現(xiàn)輕量化。
另外，在導熱墊片這樣的小零部件上，替換成導熱膠也可以實現(xiàn)一些重量的減輕，同時導熱性能得到加強，將電芯的熱失控概率降低，整個電池系統(tǒng)的安全性得到加強。
在電機電控方面，目前國內(nèi)部分電機廠商正在不斷探索電機電控系統(tǒng)的集成化、小型化技術(shù)，最終實現(xiàn)輕量化。
其中，集成方面包括DCDC的集成、雙電機控制器的集成以及其他附件的集成等。而小型化主要可以通過電容與母排的集成，使用下一代寬禁帶半導體器件，入SIC等方法來縮減控制器的尺寸。
三、國內(nèi)汽車輕量化發(fā)展現(xiàn)狀
目前，國內(nèi)整車企業(yè)在電動汽車結(jié)構(gòu)開發(fā)上仍沿用傳統(tǒng)汽車設(shè)計理念，在輕量化材料和新技術(shù)的應(yīng)用方面也明顯落后于國外企業(yè)。
我國材料品種、數(shù)量、性能與國外還有很大差距。特別是合資品牌有自成體系的供應(yīng)商鏈，國產(chǎn)材料企業(yè)進入非常困難，導致國內(nèi)材料企業(yè)明顯滯后于汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展。而國內(nèi)汽車企業(yè)和材料企業(yè)也融合得不夠。
此外，由于技術(shù)限制，國內(nèi)企業(yè)在材料和加工成本控制難度大，導致整車成本上升，制約了汽車輕量化的發(fā)展。
同時，我國還沒有完整的汽車輕量化零部件技術(shù)和產(chǎn)品標準，包括技術(shù)方面的測試標準，還存在缺失。
四、國內(nèi)新能源車企輕量化布局及應(yīng)用情況
1、上汽集團
在新能源汽車輕量化領(lǐng)域，上汽集團在榮威E50純電動轎車車身上廣泛運用超高強度鋼結(jié)構(gòu)，尾門采用SMC復合輕量材料；充電口及小門、PEB橫梁等零件也采用新興合成材料替代。
2、北汽新能源
2016年11月，北汽新能源攜手德國未來交通公司在德國柏林正式簽署“中德汽車輕量化技術(shù)工程中心有限公司”合資合同，雙方將共同開發(fā)全新的輕量化多材料整車，實現(xiàn)全新的輕量化設(shè)計和材料應(yīng)用技術(shù)。
3、長安汽車
長安汽車牽頭承擔的《輕量化純電動轎車集成開發(fā)技術(shù)》項目，被列入2016年首批國家重點研發(fā)計劃“新能源汽車”試點專項，執(zhí)行周期至2020年。長安汽車將與12家團隊共同研發(fā)，將開發(fā)一款碳纖維車身純電動轎車，實現(xiàn)車身與底盤共計減重≥30%、最高車速≥150km/h等目標。
4、奇瑞新能源
2016年2月，奇瑞在蕪湖市高新技術(shù)開發(fā)區(qū)投建新能源汽車輕量化生產(chǎn)線，項目總投資15.6億元。新生產(chǎn)線將主要生產(chǎn)鋁車身骨架純電動乘用車，年產(chǎn)能可達6萬輛。規(guī)劃投產(chǎn)包括小螞蟻電動車在內(nèi)的3款新電動車產(chǎn)品。
5、江淮汽車
江淮汽車在新能源汽車輕量化集成設(shè)計、輕量化材料和工藝應(yīng)用、開發(fā)體系建設(shè)等方面也取得了一定的進展，開發(fā)出專用的鋼制輕量化平臺和鋼鋁混合輕量化平臺，并已運用到公司iEV系列車型上。
6、吉利
吉利輕量化團隊自2013年開始組建，隨著新能源汽車的戰(zhàn)略確定，吉利也將輕量化技術(shù)成果運營到新能源汽車上。目前，吉利新能源汽車的前艙主體主要采用鋼鋁混合+塑料件車身，局部匹配三電開發(fā)。
7、車和家
2016年8月，車和家具備鋼、鋁混合車身制造能力的新能源汽車生產(chǎn)基地在江蘇常州武進奠基，整體投資達50億元人民幣，投產(chǎn)后年產(chǎn)能將達30萬輛。
對于新能源汽車而言，僅動力電池的重量就達到了數(shù)百公斤，只有輕量化才能減輕昂貴的電池重量，降低整車成本，從而接近市場需求。相關(guān)研究表明，新能源汽車每減少100Kg重量，續(xù)航里程可提升10%-11%。還可以減少20%的電池成本以及20%的日常損耗成本。
那么，新能源汽車可以通過哪些途徑實現(xiàn)輕量化？技術(shù)趨勢又在哪里？目前國內(nèi)輕量化技術(shù)發(fā)展如何？新能源車企在輕量化技術(shù)上又有哪些應(yīng)用及布局？
一、車身輕量化的技術(shù)及趨勢
車身輕量化技術(shù)不僅適用于傳統(tǒng)車，也適用于新能源汽車?？偟膩碚f，實現(xiàn)車身輕量化主要有三種途徑：結(jié)構(gòu)、材料和工藝。輕量化車身結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計是前提，高強度輕質(zhì)材料的應(yīng)用是手段，先進輕量化成形和連接技術(shù)是保障，三者之間相互聯(lián)系、相互影響。
首先，結(jié)構(gòu)輕量化是最容易實施也是花費成本最低的一種設(shè)計手段。不僅是車身，底盤動力等零件的設(shè)計都可以大量運用結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計。而綜合考慮整車性能進行的多目標優(yōu)化，是目前結(jié)構(gòu)輕量化研究的一大熱點所在。如：模塊化集成設(shè)計、結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化。
其次，輕量化材料的應(yīng)用是汽車輕量化最基礎(chǔ)也是最核心的手段。從技術(shù)路徑看，碳纖維復合材料、鋁鎂合金、先進高強鋼是目前車企探索的三大方向，這三種材料替代當前的主流材料低碳鋼，可分別減重60%、40%、25%。
其中，碳纖維復合材料由于密度低、強度高、耐腐蝕、耐高溫等優(yōu)秀特性，是認為是未來汽車材料的主要發(fā)展方向。但是目前國內(nèi)車用碳纖維復合材料剛剛起步，還處于技術(shù)探索和積累階段，原材料成本高及加工效率低，依然阻礙著碳纖維復合材料的推廣應(yīng)用。
同時，先進輕量化成形和連接技術(shù)是車身輕量化的保障。總的來說，先進的工藝主要包括成型工藝和連接工藝。而先進的成型技術(shù)也保證了整車結(jié)構(gòu)的安全性。目前先進的成型工藝包括高強度鋼熱成型、內(nèi)高壓成形、激光拼焊和液壓成型等。而先進的連接工藝包括鉚接、粘結(jié)、焊接等。
二、核心零部件輕量化技術(shù)及趨勢
汽車車身可以輕量化，動力電池系統(tǒng)同樣也可以實現(xiàn)輕量化。一般來說有三種方法，一是增加動力電池正極活性物質(zhì)來提升動力電池能量密度，從而減輕電池重量；二是減少電池組配件重量；三是電池箱體以及結(jié)構(gòu)件選用當下先進輕質(zhì)材料。
其中，通過增加動力電池正極活性物質(zhì)來減輕電池重量的方法，對當中相關(guān)材料的開發(fā)一直以來都在進行之中。但是遇到的問題也比較多，如安全性的下降和局部過熱等問題。
削減對發(fā)電無貢獻的電池組配件重量也可以有效減輕動力電池的重量，例如減少黏結(jié)劑、導電輔助材料等。不過這種方法并非所有電池組都適用，對現(xiàn)階段大部分動力電池而言，在出廠時已經(jīng)盡可能輕裝上陣，其所能夠削減的部位則少之又少。
在運用新材料方面，目前大部分電池包的箱體采用的材料是高強度的鋼、輕金屬等。在滿足同等強度要求下，使用SMC和AMM等復合材料，其密度要比金屬輕，可以有效減輕箱體重量。
其次，結(jié)構(gòu)件比如支架、框架、端板等也可以通過材料改進來減輕重量。當前結(jié)構(gòu)件采用比較多的還是PC/ABS這樣的材料，而采用密度更低的PPO等材料，也能實現(xiàn)輕量化。
另外，在導熱墊片這樣的小零部件上，替換成導熱膠也可以實現(xiàn)一些重量的減輕，同時導熱性能得到加強，將電芯的熱失控概率降低，整個電池系統(tǒng)的安全性得到加強。
在電機電控方面，目前國內(nèi)部分電機廠商正在不斷探索電機電控系統(tǒng)的集成化、小型化技術(shù)，最終實現(xiàn)輕量化。
其中，集成方面包括DCDC的集成、雙電機控制器的集成以及其他附件的集成等。而小型化主要可以通過電容與母排的集成，使用下一代寬禁帶半導體器件，入SIC等方法來縮減控制器的尺寸。
三、國內(nèi)汽車輕量化發(fā)展現(xiàn)狀
目前，國內(nèi)整車企業(yè)在電動汽車結(jié)構(gòu)開發(fā)上仍沿用傳統(tǒng)汽車設(shè)計理念，在輕量化材料和新技術(shù)的應(yīng)用方面也明顯落后于國外企業(yè)。
我國材料品種、數(shù)量、性能與國外還有很大差距。特別是合資品牌有自成體系的供應(yīng)商鏈，國產(chǎn)材料企業(yè)進入非常困難，導致國內(nèi)材料企業(yè)明顯滯后于汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展。而國內(nèi)汽車企業(yè)和材料企業(yè)也融合得不夠。
此外，由于技術(shù)限制，國內(nèi)企業(yè)在材料和加工成本控制難度大，導致整車成本上升，制約了汽車輕量化的發(fā)展。
同時，我國還沒有完整的汽車輕量化零部件技術(shù)和產(chǎn)品標準，包括技術(shù)方面的測試標準，還存在缺失。
四、國內(nèi)新能源車企輕量化布局及應(yīng)用情況
1、上汽集團
在新能源汽車輕量化領(lǐng)域，上汽集團在榮威E50純電動轎車車身上廣泛運用超高強度鋼結(jié)構(gòu)，尾門采用SMC復合輕量材料；充電口及小門、PEB橫梁等零件也采用新興合成材料替代。
2、北汽新能源
2016年11月，北汽新能源攜手德國未來交通公司在德國柏林正式簽署“中德汽車輕量化技術(shù)工程中心有限公司”合資合同，雙方將共同開發(fā)全新的輕量化多材料整車，實現(xiàn)全新的輕量化設(shè)計和材料應(yīng)用技術(shù)。
3、長安汽車
長安汽車牽頭承擔的《輕量化純電動轎車集成開發(fā)技術(shù)》項目，被列入2016年首批國家重點研發(fā)計劃“新能源汽車”試點專項，執(zhí)行周期至2020年。長安汽車將與12家團隊共同研發(fā)，將開發(fā)一款碳纖維車身純電動轎車，實現(xiàn)車身與底盤共計減重≥30%、最高車速≥150km/h等目標。
4、奇瑞新能源
2016年2月，奇瑞在蕪湖市高新技術(shù)開發(fā)區(qū)投建新能源汽車輕量化生產(chǎn)線，項目總投資15.6億元。新生產(chǎn)線將主要生產(chǎn)鋁車身骨架純電動乘用車，年產(chǎn)能可達6萬輛。規(guī)劃投產(chǎn)包括小螞蟻電動車在內(nèi)的3款新電動車產(chǎn)品。
5、江淮汽車
江淮汽車在新能源汽車輕量化集成設(shè)計、輕量化材料和工藝應(yīng)用、開發(fā)體系建設(shè)等方面也取得了一定的進展，開發(fā)出專用的鋼制輕量化平臺和鋼鋁混合輕量化平臺，并已運用到公司iEV系列車型上。
6、吉利
吉利輕量化團隊自2013年開始組建，隨著新能源汽車的戰(zhàn)略確定，吉利也將輕量化技術(shù)成果運營到新能源汽車上。目前，吉利新能源汽車的前艙主體主要采用鋼鋁混合+塑料件車身，局部匹配三電開發(fā)。
7、車和家
2016年8月，車和家具備鋼、鋁混合車身制造能力的新能源汽車生產(chǎn)基地在江蘇常州武進奠基，整體投資達50億元人民幣，投產(chǎn)后年產(chǎn)能將達30萬輛。
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