新能源汽車輕量化的關鍵技術
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摘 要：汽車輕量化技術是汽車行業發展過程中，無法忽視的一種技術。在中國新能源汽車工業快速發展的現在，汽車輕量化已經成為新能源汽車發展過程中的基礎技術。新能源汽車是依靠電池提供動力，在行駛里程方面不占優勢，所以減輕汽車重量成為新能源汽車發展的重中之重。同時在使用輕量化技術之后，可以有效的做到節能，對車身的耐久性和安全性也有一定程度的提高。新能源汽車輕量化技術的主要組成部分在于激光技術、新材料和電池技術。本文將立足新能源汽車，簡述有關輕量化的關鍵技術。
關鍵詞：新能源汽車;輕量化;關鍵技術
隨著科學技術的不斷發展，新能源汽車逐漸成為汽車行業的一匹黑馬。新能源汽車以環保、無污染等特點受到大量關注，但對于新能源汽車的研發人員來說，他們關注的不是新能源汽車如何，而是如何提高新能源汽車的質量，其中輕量化技術是新能源汽車占據市場的關鍵。
1 注重新能源汽車輕量化發展
在2016年1月23日中國電動汽車百人論壇上，中國科學技術部部長萬鋼明確表示，新能源汽車要向輕量化方向發展。
在當時，新能源汽車輕量化發展概念的提出符合時代發展規律。大多數新能源汽車受制于自身重量，難以提高續航里程，所以輕量化一直是新能源汽車研發工作的重點。到今天，新能源汽車在續航能力上得到了極大的提升，但輕量化依舊是新能源汽車研發工作的重點，也是電動汽車技術革命中的重要組成部分。
當然，從全世界的角度出發，新能源汽車輕量化是各國汽車行業關注的重點，也是各個汽車工業共同的選擇。對于普通汽車而言，如何保證節能、環保和安全是汽車研發工作的關鍵。新能源汽車在節能和環保方面已經超出普通汽車數倍，但是為了保證電力滿足行駛需求，電池包常重達幾百公斤，造成新能源汽車續航里程極大縮短。
在汽車輕量化設計上，優秀的材料和先進的加工是新能源汽車的優勢。從目前的形勢來說，汽車性能、重量、結構、價格四方面屬于一個系統工程。如何提高汽車性能、減輕重量、優化結構、合理安排價格是一個國家汽車技術提高的關鍵。
日本汽車企業在很多年前就已經意識到，汽車輕量化可以有效緩解燃油供應矛盾的迫切需求，對尾氣排放的減輕也有一定程度的幫助，同時這也是未來新能源汽車健康穩定發展的必然需求。
在歐美大陸中，一些頂級車企一直致力于汽車輕量化技術的發展。其中一個重要原因是歐美各國對尾氣排放逐漸開始變得嚴格起來，例如在歐盟法律中，新登記車輛在尾氣排放需要將CO2的上限限制在均公里130克。
在各國公司推出新能源汽車后，汽車輕量化越來越受到重視。當盡可能的輕量化車身之后，“里程焦慮”問題將被有效緩解，續航里程也會有一定提高，這是整體汽車行業的選擇，也是大時代下汽車行業的必然選擇。根據大量實驗，相同動能的情況下，汽車重量每減少10%，行駛里程就增加5.5%。在我國“十三五”計劃期間，汽車行業也逐漸擺脫傳統的束縛，開始向智能化、輕量化的方向發展。這無疑都將推動我國新能源汽車在輕量化技術上進一步發展。
2 新能源汽車輕量化發展的關鍵技術
2.1 新材料、激光技術和電池技術的發展
在對新能源汽車進行輕量化的過程中，新材料的使用占據重要地位。輕量化技術的提升需要依賴新型材料的出現。當材料達到輕質、高性能、易成型的特點的時候，新能源汽車輕量化才能走出關鍵的一步。
在眾多的材料中，車用高性能工程塑料、高強度鋼、碳纖維復合材料、玻璃纖維增強復合材料、擠壓鋁型材、工藝設備、全鋁車身、鎂合金零部件、碳纖維車身都是率先被應用的材料種類。
2016年，奇瑞新電動車開始進行鋁車身骨架純電動乘用車的研發，項目投資高達15.6億元人民幣。16年10月份，奇瑞推出的車型較以前車型相比，車重減少將近30%，為減排起到積極作用。
對于新材料的加工，激光技術占據舉足輕重的地位。尤其是對汽車零部件進行切割時，激光技術顯得尤其重要。
除開減輕車重，對于電池重量的優化也是輕量化技術的關鍵所在。一般新能源汽車所帶有的電池重達幾百公斤，屬于新能源汽車中，技術含量最高的部位。從目前的技術看來，鋰電池是主要的處理對象，其在減輕車身重量方面存在局限。通過科學技術的發展，電池改造技術已經相當先進。例如電池單位容量的提高已經能夠做到工程化。在重新排列電池之后，系統能量密度得到提高，這也對電池重量的減輕有著極大的幫助。例如電芯尺寸經過研究設計，可以匹配整車，更有效率的放置電池，在不改變電池箱的情況下，提高電芯數量，實現續駛里程的提高。例如日產聆風的改造，通過對鋰電池結構的改造，降低了80千克的車重。
3 使用碳纖維技術
在現代新能源技術中，以塑代鋼成為大多數人的選擇，其中碳纖維屬于新能源汽車中所應用的最具影響力的技術之一。據了解，碳纖維屬于人工合成，是利用片狀石墨微晶等有機纖維按照纖維軸向方向進行堆砌，通過碳化和石墨化處理而得到的微晶石墨材料。從本質上來看，碳纖維具備優秀的力學性能，其比重不到鋼材的的1/4，但由碳纖維樹脂組合的復合材料在抗拉強度上，一般都能達到3500Mpa，是鋼材的7倍，其抗拉彈性達到了23000Mpa，遠遠高于鋼材。除此以外，碳纖維的耐腐蝕性、電磁屏蔽性也較為優異，所以在實現新能源汽車輕量化中的過程中，碳纖維得到了大量運用。
在量產車上，碳纖維首次大規模的應用是在寶馬i3上。據了解，寶馬i3中的碳纖維復合材料達到300千克左右，主要存在于碳纖維增強復合材料。與寶馬之前的設計相比，i3整體重量減輕250-350kg。在這一次嘗試中，寶馬公司主要運用的是巴斯夫碳纖維材料。
雖然寶馬率先使用了碳纖維技術，但對于歐美各大整車廠，碳纖維技術的運用依舊處于探索階段，技術都不成熟。而在寶馬嘗試成功之后，碳纖維技術開始快速發展，其運用率也在不斷增加。現在，各大汽車廠，例如奔馳、通用、福特等都與碳纖維企業開展各種形勢的合作。 過去中國對碳纖維年需求達到16000噸，但在國內，碳纖維生產水平較弱，無法滿足需求，尤其是高端碳纖維的生產，國內一直沒有明顯的突破。目前主要的高端碳纖維需求來自進口。在新能源汽車開始進軍市場之后，未來三年全球高端碳纖維將面臨極大的缺口。
在當下，中國碳纖維技術已經取得跨越式發展，尤其是在新能源汽車領域，碳纖維技術得到廣泛運用。奧新新能源汽車公司屬于高新技術企業，在純電動車輛的研發方面首屈一指。在通過不斷研發、實踐后，碳纖維新能源汽車開始量產前幾年，該企業對奧新e25緊湊型A級車產品進行推廣，這一車型與寶馬i3相似，采用大量碳纖維材質，對乘客艙設計更是使用全碳纖維材料。同時該車型也將智能能源管理系統與各種輕量化車身技術相結合，與同類型車輛相比，車重減輕將近50%、零部件減少40%。通過實驗，該類車行駛百公里僅耗10度電，續航里程高達440公里，已滿足日常需求。
碳纖維以其輕重量、高安全性的特點被廣泛運用于零件。隨著對碳纖維技術的要求逐漸提高，碳纖維快速成型技術已適用大部分零件的生產，其生產快速、成本較低的特點也為碳纖維材料的大規模工業化生產提供幫助。在新能源汽車這一行業中，碳纖維減重是提高續航能力的關鍵所在，新能源汽車與碳纖維技術的廣泛運用已經形成了新能源汽車制造的一場“革命”。
4 優化結構設計技術
汽車生產來源最初的設計。汽車的設計不僅僅決定汽車外貌如何，也決定汽車的作用。在進行汽車設計的過程中，設計者需要注意對汽車進行輕量化的考慮。尤其是在設計成果落實的過程中，安裝人員需要看懂設計圖，盡可能地進行輕量化的安裝。
汽車輕量化設計的主要目的既是進行“輕量”的分析，使汽車的整體結構得到優化，在設計的過程中，主要使用的是CAD /CAE /CAM一體化技術，它將設計、制作融合到一起，覆蓋整個過程。在使用這項技術之后，汽車的零部件可以得到精簡和輕質，但汽車本身的壽命和功能并未發生變化。通過對汽車底盤和動力系統等大型部位的加工后，整體模塊可以做到精簡，也可以更好地實現輕量的目的，同時這是做到節能、環保的關鍵。在進行汽車輕量化的過程，有時候這項技術并不能完全滿足汽車整體性能的要求，這時候就需要相關人員通過反演技術和多目標全局優化等設計技術進行改良。具體有以下三種表現：①在不改變汽車自身剛度和強度的條件下，汽車自身重量主要依靠結構的優化設計來實現;②在不改變汽車性能的同時，改變汽車內各個部件的尺寸;③通過發動機前置、超輕懸架等設置方式，可以促使汽車的結構更加緊湊，而通過發動機后置、后輪驅動可以減小汽車體積，實現汽車輕量化。
總之，新能源汽車的出現，對傳統汽車市場產生了極大的沖擊。雖然因為續航里程的問題，新能源汽車在實際運用上無法達到預期效果，但隨著輕量化技術的不斷發展，未來汽車市場注定是屬于新能源汽車。而在目前汽車行業之中，輕量化技術無疑占據重要地位，需要國內外汽車企業注重這一方面技術的提升。
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