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新能源汽车——轻量化寻求突破主战场

来源： CPRJ塑料橡胶

2021/4/15 9:43:01: 16847

导读：在全球汽车业遭受新冠肺炎疫情打击表现低迷的大环境下，电动汽车销售出现逆势增长，成为行业发展一大亮点。据统计，2020年，作为全球最大电动汽车市场的中国市场销售了124.6万辆新能源汽车，新能源汽车保有量突破500万辆。

　　【塑料机械网市场速览】在全球疫情大背景下，新能源汽车销量却逆势增长，呈现向好趋势。

　　新能源汽车的流行及日益严格的汽车油耗法规，要求材料要轻量化，塑料将迎来更多应用潜力。

　　塑料将在新能源汽车仪表板、座椅、内饰件、保险杠，电池和发动机及照明等部件上大有作为。

　　In the context of the COVID-19pandemic, sales of new energy vehicles have grown instead, showing a positivetrend.

　　Light weight materials are increasingly required due to the popularity of new energy vehicles and more stringent automotive fuel consumption regulations, plastics will thus has more application potential.

　　Plastics will play an important role in new energy vehicle dashboards, seats, interior parts, bumpers, batteries,engines, and lighting components.

　　在全球汽车业遭受疫情打击表现低迷的大环境下，电动汽车销售出现逆势增长，成为行业发展一大亮点。据统计，2020年，作为全球最大电动汽车市场的中国市场销售了124.6万辆新能源汽车，新能源汽车保有量突破500万辆。欧洲新能源汽车销售也在不断上升，2020年共登记销售了136.7万辆新能源乘用车，同比增长达到了142%，销量甚至超过了中国，电动汽车的市场占有率从2019年的3%升至10%，另据普华永道预计，2035年电动汽车销量在欧洲汽车市场中的占比预计将达到67.4%。

电动汽车风靡全球

　　随着新能源汽车技术的发展，以及日益严格的汽车油耗法规，汽车轻量化已经成为当今汽车行业的重大趋势，尤其新能源汽车对轻量化需求更加迫切。

　　一方面，若汽车整备质量减轻10%，油耗减少4%~5%，在锂动力电池能量密度和安全性的矛盾没有解决之前，减重是提高续航里程的有力保证之一；另一方面，越来越多新能源汽车采用纯电平台，从零开始，创新自由度更大，对各种轻量化技术接受程度更高，因此，新能源车型成为轻量化寻求突破的主力。

　　实现汽车轻量化的主要途径包括结构优化设计、轻量化材料应用和采用先进制造工艺等，采用轻质材料，特别是塑料，已经成为一种主流方案。近年来，塑料及复合材料凭借其在轻质、美观、防腐、高设计自由度等方面的优异特性，成为新能源汽车的重要原材料之一。

　　随着新能源汽车技术的发展，以及日益严格的汽车油耗法规，汽车轻量化已经成为当今汽车行业的重大趋势，尤其新能源汽车对轻量化需求更加迫切。

　　轻量化攻坚重点——电池包

　　电池包轻量化是当前新能源汽车轻量化的重点攻坚方向。新能源汽车电池包重量甚至接近1吨，如第一代Model S的电池包重量就高达900kg，蔚来ES8的电池包也达到了525kg，这还是在电池包箱体采用轻质材料——铝型材制造的基础上得来。

里程焦虑——降低电池封装重量来治愈

　　电动汽车的动力电池封装外壳(也称为电池槽、盒或外壳)主要用来包装和保护电池。它们的形状和大小各不相同，并且正如其他汽车部件一样，在用材方面可有多种选择，不同材料间的竞争也较为激烈。电动汽车能跑多远、多久，除与电动汽车自重以及承载的重量密切相关外，另一个关键点是核心部件电池组的容量。随着续航需求的提升，电池组数量不断加大，这使得整个电池系统的体积变得越来越大，也越来越重。能量和重量间不可调和的矛盾，直接阻碍着续航瓶颈的突破。电池包及其壳体已成为提升电动汽车性能、效率与成本优势的关键。

　　铝和钢是电池封装外壳的传统材料选择，考虑选择传统电池外壳材料之外的材料是减轻车体重量和提高燃油经济性的重要一步。塑料及复合材料可以提供更好的替代选择，将大大提高电动汽车的性能。如果电池外壳由100%的复合材料而不是铝制成，则车体重最多可减轻40%。由复合材料制成的电池封装外壳重量较轻，对整车设计具有积极的连带效应，降低车辆成本和里程焦虑，大力促进电动汽车的规模化使用。

　　赢创(EVONIK)公司携手四家合作企业着手研发模块化多材料技术，于近期推出一款品牌兼容性好、成本效益较高的动力电池壳体解决方案。相较于其他常用材料组合，该方案能够为电池壳体减重约10%，并且机械性能不会有损失。这一解决方案适用于三种不同规格的电池，可适配多种车辆大小等级。

电池包及其壳体是提升电动汽车性能、效率与成本优势的关键

　　其中，电池壳体由玻璃纤维(GF)-片状模塑料(SMC)制成，而赢创VESTALITE. S高性能环氧固化剂被用于该材料的制成中。使用VESTALITE. S体系的SMC电池壳体的性能水平与传统的金属基电池壳体相当，同时较现有成本较高的SMC电池壳体，重量大幅减少。

　　玻璃纤维增强环氧SMC的弯曲强度、冲击强度等机械性能极为出众。以环氧树脂替代传统聚酯树脂，可减少玻璃纤维增强SMC材料在下游加工过程中出现的其他问题。此外，该SMC材料还可满足所有防火性能标准，易于加工，且适用于复杂的几何设计。目前，这一全新电池壳体解决方案已通过批量生产可行性评估以及极端条件下的安全性检测。赢创新型玻璃纤维增强SMC材料能为电动汽车提供所需的性能和经济效益，摆脱“在充电桩方圆百里转圈圈”的尴尬，助推电动汽车的发展。

赢创与合作伙伴开发电动车动力电池壳体解决方案

　　帝人株式会社(Teijin)宣布，为提升电动汽车和混合动力汽车所需的电池安全性能，已经成功开发出多材料复合型电池箱。此次开发的电池箱充分发挥了帝人多年来积累的复合材料技术，将纤维增强复合材料(FRP)与金属材料进行了组合设计。FRP是通过增强纤维材料(如玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等)与基体材料缠绕，模压或拉挤等成型工艺而形成的复合材料。FRP经过冲压成型后，可以实现电池箱托盘和外壳等一系列复杂形状的一体成型，既能保证密封性和安全性，还可降低制造成本。

　　这种多材料复合型电池箱，除了实现轻量化外，还具备必不可少的优异耐火性、尺寸稳定性、耐腐蚀性，而且FRP制成的电池箱托盘和外壳具有良好的电磁屏蔽功能。

纤维增强复合材料经过冲压成型后，可以实现电池箱托盘和外壳等一系列复杂形状的一体成型

　　保护“心脏”——防碰撞与热管理

　　想要电池组这颗“心脏”健康正常运作，发挥最大的能量，悉心保护少不了。中国出台了《电动汽车安全要求》(GB 18384-2020)，已于今年1月1日起生效，强调应在电池系统安全方面实施包括碰撞保护在内的多项改进。

　　电池组通常被安装在电动汽车底盘上，虽说是完全封装的结构，但遇到碰撞，对电池组也会产生不小的冲击力，进而引发部件损坏不能工作。常规的方法是用钢片、铝材加固件来应对，但同样是面临增加车辆重量的问题。SABIC公司汽车团队的专家们采用了结构混合替代方案来解决，选用SABIC聚酯合金材料 - XENOY? HTX 树脂，替代单一的金属材质，制造出的防碰撞组件质地轻巧，又能有效吸收冲击力。在发生碰撞时可自行承受变形压力，最大限度减少了对电池组的损坏。

　　混合动力电池总成由一系列电池组成，这些电池位于一个大型铝制模制外壳内，冷却液通过铝管中的通道循环以冷却电池。奥地利注塑部件供货商维京塑料公司(Viking Plastic)近日公布了为Jeep牧马人4xe插电混动车型设计的电池冷却交叉水管，用于连接电池壳体不同区域的冷却液信道，冷却液信道必须与壳体正确对齐，以便为冷却液开口周围的突缘上提供防漏密封。由于这种管道是采用塑料制成，用螺栓固定在铝外壳上，维京塑料在注塑成型过程中，将模具插在不锈钢限压套上。该公司表示，他们已经为每种产品开发了系列模具。将机器人集成到注塑系统中，并为每种产品定制了机械手末端加工工具(EOAT)。

用于Jeep牧马人4xe插电混动车型的电池冷却交叉水管

　　规模生产降低成本

　　规模化生产对于降低总体成本至关重要。电动汽车电池盒组件可以使用连续制造方法来生产，例如拉挤成型，这是一种连续生产复合材料型材的方法。与其他复合材料制造方法相比，拉挤成型工艺使复合材料制造商可以在相同的横截面中填充更多的纤维，从而可以制造出更坚固但更轻的部件。

一个实例是，康德复合材料有限责任公司开发出的一项专利技术用于生产碳纤维复合材料的电动汽车电池托盘，用以容置电池包，电池托盘包括底板和框架，矩形框架由四个等截面的梁构成，框架与底板的顶部固定连接，从而形成容置空间，电池包固定于容置空间内。梁是由碳纤维织物拉挤成型，其重量轻，综合成本低，且提高了材料利用率和生产效率，有助于碳纤维电池托盘的批量化应用。

拉挤成型工艺流程图

　　车身轻量化

　　除围绕电池以及相关组件的轻量化外，车身轻量化也是新能源重点关注方向。奥迪旗下新上市的首款纯电动GT轿车e-tron GT，续航超过400km，轻量化车身是由多种材料制造而成，其中，车顶部分由碳纤维和铝型材制作而成，顶棚框架则选择高强度钢，车身侧围的A柱、B柱、车顶梁、地板等位置使用了热成型钢材(超高强度钢)。

　　总的来说，正如国家新能源汽车技术创新中心(NEVC)总经理原诚寅指出：新能源汽车轻量化技术正朝着材料高强化、轻质化和多样化；各种先进成型/连接工艺应用增多以及设计模块化/集成化度越来越高的趋势发展。

　　车用塑料迎发展新高潮

　　从目前发展趋势看，2021年全球电动汽车市场仍将呈现强劲增长态势。普华永道旗下咨询机构思略特近日发布的报告预计，到2030年，全球三大汽车市场——欧盟、美国和中国新电动汽车注册数量将超过1740万辆，占汽车销售总量的份额接近27%。一方面，各国支持电动汽车产业发展的政策环境越来越好；另一方面，传统车企及造车新力量不断完善产品、产业链布局，消费者对新能源产品的接受度也不断提升。另外，去年公布的中国新能源汽车产业发展规划(2021-2035年)指出，到2025年，新能源汽车新车销售量达到汽车新车销售总量的20%左右；到2035年，纯电动汽车成为新销售车辆的主流。

　　各种迹象以及政策表明，新能源汽车，尤其纯电动汽车将成为未来汽车新车主流，由此将带动车用塑料新发展！据market and market咨询公司的研究报告，新能源汽车的车用塑料市场规模年复合增长率有望达到26.9%，将从2020年的7.97亿美元增长到2025年的26.21亿美元，无论是仪表板、座椅、内饰件、保险杠，还是车身、电池和发动机、照明等部件，车用塑料(ABS、PU、PA、PC、PVB、PP、PVC、PMMA、HDPE、LDPE、PBT)都将大有作为！

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