電動車要實現輕量化 掌握“材料之王”的制備秘訣

減重瘦身，不僅僅愛美之人需要，汽車也需要。在“十三五”國家重點研發計劃“新能源汽車”重點專項中，輕量化純電動轎車集成開發已作為一項重點攻關項目。

近日，記者從重慶長安汽車獲悉，該公司聯合中國汽車工程研究院股份有限公司、中復神鷹碳纖維有限責任公司、中國科學院寧波材料所等國內13家科研院所、供應商聯合開發，從材料、分析、設計、制造、整車集成到試驗驗證等6個方面進行攻關，突破了多項技術瓶頸，開發出了一款具有國際一流技術水平的碳纖維車身純電動轎車，為新能源汽車能跑得更遠更快減去“體重”之憂。

迫在眉睫

電動車減重瘦身勢在必行

汽車的輕量化，就是在保證汽車的強度和安全性能的前提下，盡可能地降低汽車的整備質量，從而提高汽車的動力性。實驗證明，汽車質量降低一半，燃料消耗也會降低將近一半。由于環保和節能的需要，汽車的輕量化已經成為世界汽車發展的潮流。

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

對于新能源車來說，減重主要從三個方面進行：材料輕量化、結構輕量化和制造工藝輕量化。

對此，輕量化純電動轎車集成開發項目旨在通過“產學研用”重點突破碳纖維車身載荷分布與結構優化、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計等技術瓶頸，實現多種輕質材料及先進工藝的集成應用，掌握碳纖維車身純電動轎車試驗驗證和評價等核心技術，開發一款具有國際一流技術水平的碳纖維車身純電動轎車。

“我們的目標是達到國際一流水平，通過攻關能夠讓車身減重30%以上，同時保證車輛的安全性能達到五星標準。”趙會表示，當前在“電動化、網聯化、智能化”科技革命的促進下，汽車工業正在發生重大變革，為行業發展帶來前所未有的挑戰，也帶來了千載難逢的發展機遇，正是中國品牌汽車對國外品牌彎道超車的好時候，如果能夠攻克輕量化這一共性技術難點，那么將對中國品牌汽車高質量發展提供極大的支撐。

技術突破

掌握“材料之王”的制備秘訣

要實現輕量化，首先要突破的難點就是材料。

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

重量輕、強度高，碳纖維復合材料可以說“除了貴以外，沒有任何缺點”。這種主要應用于航空航天領域的“材料之王”，在汽車領域只有超跑等豪車會使用。它的貴不僅在于原材料成本高，也在于其生產和制造工藝難。

“它的原材料價格在國際上是120元1公斤，而且我國在材料加工技術上還沒有達到國際一流水平。”趙會介紹，對此，他們對低成本碳纖維規模化制備方式進行了研究，提高紡絲速率，縮短預氧化時間，同時開發碳化熱能循環利用技術，使碳纖維材料成本降低25%，工藝水平國內領先。

長安汽車輕量化純電動轎車項目設計總師張金生介紹，在仿真分析、載荷分布和結構優化上，項目組采用大變形理論，通過碳纖維復合材料級—零部件級仿真與試驗分析研究，建立了準確的碳纖維復合材料本構關系模型，最終實現了復合材料CAE仿真高精度，剛度對標精度達到80%以上，在業內處于領先水平。

針對碳纖維前罩行人保護困難的行業難題，研究人員通過內板開缺口、減少鋪層、加支架、加緩沖泡沫等優化方案，將行人保護頭部得分提升至8.18分，且重量比鋼罩板減輕約40%，是國內首款達成行人保護五星得分率并實現小批量生產的全碳纖維前罩。(科技日報記者 雍 黎)