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　　与传统燃油车相比，电动汽车的轻量化更为重要。电池能量密度的提高十分困难，需要大量资源的投入，且很难达到汽油和氢燃料的能量密度水平，这就要求减轻电动汽车重量，以增加续航能力，提升能量利用率，轻量化由此成为电动汽车发展的必由之路。

　　目前，国内外企业在实现电动汽车轻量化的道路上进行了多种尝试，特别是在材料、整车设计、制造工艺等方面的研究和应用已取得突破性进展，实现轻量化不再是空中楼阁。然而，推动电动汽车轻量化的进程中仍面临诸多阻碍，如新材料加工效率低、开发思想及流程尚未转变、产学研合作不足等。

　　针对以上问题，中国电动汽车百人会召开第七次电动汽车热点问题研讨会，来自政府、行业学会、高校和企业的100余名嘉宾围绕电动汽车轻量化的技术问题展开探讨，中国电动汽车百人会理事长陈清泰对研讨会进行了总结发言。

多种技术促进 电动汽车实现轻量化

　　轻量化的目的是在保证安全的前提下减轻汽车自身重量，以减少能量消耗，实现这一目标的技术途径有很多。目前，国内外汽车企业已在优化产品设计、工艺创新以及新材料应用等方面取得突破性进展，电动汽车轻量化道路前景渐明。

　　湖南大学教授成艾国介绍了用拓扑优化的方式进行整车设计以实现汽车轻量化的思路。他表示，在已经给定整车重量、设计造型、成本、性能等目标的情况下，可通过拓扑优化的方式迅速得到基本判断。其目的是在给定的设计空间内为设计人员提供结构质量最轻、性能最优的力学传递路径方案。以造型、总布置参数、底盘形式、动力系统布置为输入条件，建立初始拓扑优化模型。拓扑优化在常规汽车上已成功实践。成艾国介绍，东风柳汽乘龙M7车架多工况拓扑优化设计是基于密变法的拓扑优化工程实践，其簧悬架的车架减重97kg（节省成本680元）、空气悬架的车架减重36kg（节省成本250元）、节省开发时间10天。

　　目前，湖南大学已经用拓扑优化的办法对电动汽车的骨架进行优化。基于拓扑优化方法的轻量化策略相比常规轻量化方法可节约30天开发时间、多减重22.4kg，同时还可以不同程度的提升整车性能。

　　奇瑞新能源技术有限公司副总经理、研究院院长倪邵勇随后表示，目前奇瑞新能源轻量化车型是通过经验设计结合实车试验来完成，希望可以通过拓扑优化的方式进一步提升产品各项指标。

　　通过采用新工艺可大大减少零部件使用数量，实现轻量化目标。意大利APS技术有限公司总裁王嘉介绍，传统汽车的副车架有八到十个零件，将车门内外版包边的概念应用到副车架上，零件数量可减少至两个，并且焊接减少，强度提高。

　　此外，铝型材的三维弯曲、钢铝焊接以及碳纤维零件的成型是目前面临的全新工艺。其中，碳纤维总成的方式已取得突破性进展，在兰博基尼Sesto Elemento这一项目中，将前围、地板、后围集成为一个整体式座舱，取代了传统结构的48个零件，这些零件主要分为4—6大片，成型之后直接粘接，工艺简单，但减重效果突出。整备质量在加注燃料和其它液体之前只有960 公斤。

　　轻量化材料的应用对汽车“减重”起到至关重要的作用，在众多轻量化材料中，碳纤维材料由于密度低、强度高、耐腐蚀、耐高温等特性被寄予厚望，是未来汽车材料的主要发展方向。

　　工业和信息化部原材料工业司副司长潘爱华指出，我国一直将碳纤维作为新材料中最为重要的一个方面在大力推动。据了解，目前已有许多企业在T700、T800和T1000上达到了一千吨以上的产能，并且将碳纤维材料在汽车上的应用作为主攻方向。

　　一直以来，国际上很多大的汽车企业都在对碳纤维应用于汽车进行了探索并取得突破性进展。王嘉指出，在国际范围内，碳纤维应用于汽车有两个里程碑式的项目——宝马i3和兰博基尼Sesto Elemento。宝马（中国）高级副总裁Martin Sautter介绍，其i3和i8乘客舱均采用碳纤维材料打造，是全球最先采用碳纤维车身的量产车型。据了解，全新宝马i3的整备质量仅为1224公斤，车辆续航里程、动态性能和安全性也得到优化。

　　王嘉认为，2020年之后，热塑成型碳纤维将越来越普及，钢板被大量替代。此外，碳纤维材料的成本将不断下降，2017年应该可以达到和铝的价格不相上下。

我国轻量化车型 取得突破性进展

　　目前，奇瑞在电动汽车轻量化技术的研究和应用方面已取得突出成绩。奇瑞新能源汽车技术有限公司副总经理兼研究院院长倪邵勇介绍，奇瑞的S51车型采用共享的技术平台，该平台是面向智能化、面向用户可扩展的整车架构。此外，该平台采用首款全铝车身，改变了整体布置，采用技术创新，如断面设计，3D的弯曲，激光焊接等，和传统的车身制造、设计制造有很大不同。S51是首个大批量生产的全铝车身架构汽车产品，重量比传统车减重30%到40%。

　　中国电动汽车百人会理事长陈清泰表示，在当前碳纤维材料成本居高不下的情况下，奇瑞S51在全铝车身方面的成功探索给国内轻量化技术的发展带来很大信心。

发展电动汽车轻量化 面临挑战

　　在新材料的应用方面，我国材料的品种数量和性能与发达国家存在较大差距。其中，车用碳纤维复合材料刚刚起步，还处于技术探索和积累阶段，在碳纤维材料应用方面仍存在一些阻碍。首先表现在成本过高，不利于广泛应用。

　　Martin Sautter表示，碳纤维材料的新挑战在成本方面，因此在应用时要非常慎重。除材料本身的价格，加工效率低同样会对成本产生影响。潘爱华指出，我国存在材料和加工成本控制难度大的问题，材料本身并没有贵的很离谱，但是由于加工效率低，导致成本增加，给企业带来巨大压力。

　　碳纤维在汽车上的应用改变了传统汽车的设计开发流程、设计思想以及制造工艺，其根本原因在于碳纤维材料是可设计的，碳纤维零件工艺是多样化的，未来碳纤维应用于汽车没有标准化的材料，整个车和零部件的开发过程就是材料开发过程。

　　碳纤维的应用要求企业进行转型，而目前大多数企业难以突破固有思维。王嘉指出，目前存在的一种误区是完全以钣金车体的思维思考碳纤维应用，甚至按照钣金的来设计之后拿着数据去做碳纤维零件。导致原来零件数量一点都没减少，重量可能减轻一点，但是成本增加的更高。

　　中国汽车工程学会副秘书长张宁强调，轻量化的问题很复杂，而目前跨产业的协同及产学研合作方面非常不足。例如，现在理论上已经找到大幅提高碳纤维性能，使原有成本降低三分之一的方法，但是由于缺乏交叉学科人才，厂商与科研团队之间沟通不畅，严重阻碍了轻量化进程。

　　中国电动汽车百人会理事长陈清泰在总结发言中表示，我国对汽车电动化推动力度较大，而对轻量化支持力度较弱。但从当前我国汽车企业在轻量化方面取得的成绩来看，实现这一目标并不遥远。

　　他指出，轻量化带来的变化是颠覆性的，设计理念、工艺、装备都要改变，原有的技术存量将被逐渐淘汰，中国企业目前还缺乏这个准备，应加速转型，在这一过程中看到新的机会，埋头追赶原来在燃油车上与国际上的差距。

　　（以下是第七次电动汽车热点问题研讨会部分领导、专家发言整理见P15，未经本人审阅。）

　　工信部原材料工业司副司长 潘爱华

　　新能源汽车因为净增电池重量300kg以上，汽车轻量化有这样三个途径，一个是结构设计的优化，另外两个是轻量化材料和轻量化材料的成型技术，轻量化材料主要有复合材料、铝合金、镁合金高强钢和陶瓷材料。

　　汽车用工程塑料和复合材料的最大优势是对车体的减重更加明显，一般塑料的比重0.9-1.5%。复合材料具有重量轻、强度高、弹性优良、耐化学腐蚀等特点，已逐步取代金属合金，广泛用于航空航天、汽车、电子点气等领域。汽车复合材料的发展结合了化工、机械制造和汽车复合材料设计等多学科的技术，它主要集中应用在汽车底盘、车身覆盖件和次结构部件三个领域。

　　我们鼓励产业链上下游合作，组建产业联盟，支持汽车工业与国内塑料行业之间深入交流，实现强强联合，突破国产改性塑料进入汽车整车及关键零部件市场瓶颈，让一部分性能稳定、品质过硬的国产材料优先进入汽车产业链。

　　我们准备推动电动汽车行业和化工行业的骨干企业，联合起来成立一个轻量化新材料的产业基金，聚集更多的社会力量来推动汽车轻量化。

　　中国汽车工程学会副秘书长 张宁

　　不同的车型追求的性能点是不一样的，选材方案也是不一样的。

　　回到原来的课题上，轻量化不是一个点的突破，如果一个点的突破一定是一个空中楼阁，搁在那儿没法落地的，我们需要从前瞻研究掌握方法，构建模型到应用研究突破关键，典型应用到批量化、产业化形成体力，建立能力，再到共性技术平台与引导整个行业，从点到线再到面，服务未来，这是系统布局。

　　我们必须把这条路径描述清楚，如果不是这条路的话，可能到中间某一个环节，到汽车厂就受罪了，那个时候不是一个企业的损失了，是整个产业竞争力的损失了。

　　这是为产业链构建创新链，我们从实验室的样品到能够大批量生产的产品，再到能够卖得出去的商品，这一系列的技术必须要突破，刚才讲的技术链比较多，从原料级别到零件级别，如果我们的整车厂和零部件厂企业永远是每年降价多少的这种模式，这条利益链一定建不起来，一定要建立整车厂和零部件厂的合作圈。

　　清华大学教授 周青

　　只有小型化和轻量化做电动汽车才更有意义，尽管所有的车都应该做小型化和轻量化，但电动汽车还多了一层涵意。

　　我们的研究目标和设计目标就应该根据电池的碰撞损伤的准则和容限而定，承受多大的变形就不行了，承受多大的冲击就要着火了，这些都需要我们考虑。

　　现在我们有这个要求，认知还不充分，只能先做过保护。如果说设计到恰到好处，电池能承受冲击跟变形，给定的冲击变形可能发生破坏，也可能不发生破坏；内部材料破坏以后可能发生短路，也可能不发生短路；短路以后一定要放电生热，可能发生热失控，也可能不发生热失控；灭火或者是冷却做得好，不一定热失控。

　　湖南大学教授 成艾国

　　在全铝的车身制造商用得比较成功的就是铝挤压，铝挤压有一个特点，它的断面基本上多包结构的，我们利用拓扑优化办法对电动车的骨架做了一些优化。比如说，我们的铝型材大部分是方形或者六边形，什么样的形状是最好的？

　　不同结构可能在同等材料、同等重量下可以带来更好的性能，这个是我们一直在探索的。我们对于汽车的前防撞梁进行了优化，考虑到正碰、偏置碰、三点弯曲，最后我们做了拓扑优化。我们认为，经过多次的迭代，最理想的汽车防撞梁的断面具有较高的抗弯强度和吸收能力。

　　宝马（中国）服务有限公司高级副总裁 Martin Sautter

　　轻量化在电动出行时代是不是还具有吸引力？当我们有这样的能力去改造车里的电动、动能系统，能够达到最佳、最大的值。在这样的情况下，纯电动汽车是不是能够在未来从中获益，我们是不是还需要轻量化，虽然我们能够节省动能，能够实现更好的动力性，轻量化是不是能够一定减少我们对能量的消耗，还有包括对燃料的消耗。所以说车越来越大的话，这个能量的流动性就会越来越大。基于此，燃料消耗或者能量消耗，是不可以避免的。

　　宝马电动汽车设计概念包含了轻量化设计和可持续发展，我们用了新型的方案，必须非常注意它的可持续性，之前几位嘉宾也提到了，他们提到了回收的情况。与此同时还要看到碳排放和碳纤维，碳纤维是能量密集的材料，当我们使用这样能量的时候，我们一定要非常注意，包括铝合金、聚合物质，更多地采用可循环或者可回收的材料。

　　刚才提到了轻量化设计的材料，对于碳纤维和铝合金，有它的优势，也带来了一些挑战。对于核心的挑战还是在成本方面，所以我们一定要多加小心，一定要使用前端的技术，能够去降低我们的成本。

　　奇瑞新能源汽车技术有限公司副总经理兼研究院院长 倪绍勇

　　奇瑞共享纯电动车平台S51EV，到目前为止，平台累计在这个工厂下线了180多台整车，这个阶段是我们在工厂纳量和试生产的阶段。

　　目前，我们的技术创新主要是在全新的架构，总体布置都改变了，采用了新技术和新工艺，通过轻量化的车身、技术创新实现了首个大批量生产的全铝车身架构汽车产品，首次集成了以塑代钢的前端模块，前端模块采用FRT来实现的，前端模块的重量2.8公斤，采用了FRT的顶盖，FRT是纤维增强的发泡塑料，这个顶盖大概重量是2.7公斤。对于高强度的复合材料背门和前盖，尤其值得一提是它的背门没有用一点钢材，内部结构采用的是LFT的塑料。整车采用轻量化的高强度车门、电池包与车身结构一体化设计思想的结构。

来源：新能源汽车报

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