新能源汽车轻量化的关键技术

2023年11月27日发(作者：17款捷达改装效果图)

新能源汽车轻量化的关键技术

摘要：我国传统能源的汽车行业由于起步晚，核心技术还有很多掌握在国外

先进和发展了很多年的汽车制造企业手中。不过随着全球对环境保护的重视程度

越来越高，给了新能源汽车一个发展的机会。在我国科技日益进步的背景下，经

济收入越来越多，人们对环保普遍关注，社会各行各业都在积极转型，新能源汽

车出现和发展。其可以充分利用能源，保护环境，然而因为新能源汽车仍然处在

初步发展阶段，必须要进一步创新技术，进而使新能源汽车有更加广阔的市场。

而对新能源汽车进行推广的重点在于汽车轻量化技术。

不开电力，要想保证其稳定形势，一般来说，将重量很大的电池安装在汽车内部，

造成新能源汽车重量相当大。在研究新能源汽车的轻量化技术过程中需要充分考

虑到两个方面，一方面是材料，另一方面是工艺，在新能源汽车制造过程中正确

选择合适的材料。就市场分析来讲，汽车销量容易受到多个因素影响，比如：汽

车质量，还有性能等等，所以必须要不断加强汽车性能，减少汽车重量，科学组

合汽车，从不同的角度、不同的侧面对市场进行分析，明确价格，进而制定出可

以满足实际需求的新能源汽车。

二、新能源汽车的作用及其途径

现有的车载硅功率器件。电机优化的方式是使电机、电控、减速器三合一。既降

低成本，还可实现小型化、轻量化及高效的运行模式。

2 动力电池

目前新能源汽车缺点是此类汽车受续航里程限制，虽可增设充电桩设施缓解，

但仍是\"治标不治本\"。故研发高能量比的动力电池成为关键的影响点。在\"十五\"

电动汽车重大科技专项布局中规划的\"三纵三横\"发展路线，也强调了横向发展中

动力电池对于新能源汽车的重大影响。在规划中要求在2020年实现动力电池单

体比能量达到300(W?h)/kg，系统的比能量大于210(W?h)/kg。以纯电动汽车为

例，目前搭载的动力电池多以三元锂材料为主，可优化为具有阻燃性质的材料。

如轻质导热硅胶片来降低动力电池包密度减轻重量，也可采用具有绝缘、质量轻、

易加工等优点的塑料。

3 结构优化

结构优化设计指利用CAD/CAE软件分析结构模型后，通过拓扑优化、尺寸优

化和形状优化来降低分析结果的权重。对于重要结构和构件，在设计初期利用

CAE仿真进行强度和刚度分析，优化结构构件参数，减轻构件重量；同时结合拓

扑优化和参数反演技术，实现车身设计的多目标全局优化等现代方法，然后去除

冗余结构材料再修改优化设计图形，可减少后期设计成本。且拓扑优化设计能有

目的性的设计零部件结构，可改善或避免原设计中的缺陷；还可通过特定的约束

条件仿真分析，可提高材料利用率并减薄板件厚度、优化结构设计及模态静动态

力学性能。

4 轻量化材料应用

材料轻量化指使用高强度、低密度的轻质材料代替原有的材料。常用碳纤维、

高强度钢板、超高强钢、铝(镁)合金、钛合金、复合材料、塑料等替代传统的低

强度、刚度的材料，然后结合先进的制造技术、合理的结构设计。在国际市场上

主流车型车身使用高强度钢占比70%以上，而自主品牌车应用的高强度钢仅达45%

左右，部分车型达50%以上。美国大量研究数据表明，汽车上使用铝材料部件的

重量可减55%左右，油耗可降低8%左右。碳纤维复合材料的物理特性尤为突出，

强度比铝高30%，是钢的7~9倍且比钢轻50%。应用于汽车车身和底盘时质量可

减轻40%~60%，且比同类的钢制零件质量减轻30%左右。

在实际生产中，对车门槛、前防撞梁、纵横梁及电池包防护框架等零件大多

采用超高强度钢；车身系统(发动机盖板、车门、行李箱盖等)、热交换器(散热

器、中冷器等)及其他系统(冲压车轮、保险杠等)常使用铝合金来制造零部件。

5 制造工艺

材料与工艺是相辅相成的存在，有了新材料则也需有相应的制造技术将其加

工成型。目前汽车零部件的制造工艺主要有对高强钢材料冲压、激光拼焊、液压

成型；对铝合金材料有挤压成型、压铸成型、电磁成型；对镁合金材料有铸造及

变形技术；对复合材料主要有热固性复合材料及热塑性。目前威廉姆斯的一组主

要针对于CFRP材料加工制造的新技术223技术与Racetrak技术。223工艺是适

用于二维到创建三维复合结构的经济有效手段，一般用于盒装几何形状及单独组

件组装结构，与等效的铝合金材料相比可减重25%-30%且更易实现大批量生产；

Racetrak技术主要用于创建连接两个或多点的高强度的结构件，在汽车领域使用

时比铝板轻40%左右，比钢板轻60%左右。

结束语：

由上所述可知，新能源轻量型汽车在技术上，提高了塑化效率、降低了制造

工序及零部件的数量、保证了乘员和行人的安全等优点，并且发展新能源轻量化

汽车可以减少环境污染，是以后汽车行业发展的重要方向。汽车轻量化设计与新

型的复合材料密不可分，这是实现可持续发展的必经之路。综上所述对于新能源

汽车的轻量化并不只是简单的对车身或者零部件、电池驱动系统及结构优化，还

涉及到新型轻质材料的研发并有相应的制造技术以保证相应材料性能得到最大程

度的发挥。

参考文献

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