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诺贝丽斯总经理刘清——铝合金·白车身·轻量化解决方案

   日期:2019-06-14     来源:太阳城娱乐集团    评论:0       [ 进入汽车材料社区 ] [ 汽车材料馆 ]
核心提示:在新能源汽车的发展中,除了铝板材在覆盖件以及白车身的广泛应用外,其在电池包的解决方案也具有很大的应用潜力。大家都知道,对于新能源汽车领域,尤其是电动汽车,近年来工信部推出的双积分,包括碳排放交易等都是作为国家战略政策来推广的。而任何一个主机厂,想到达到合格的要求都需要多方面的技术创新。同时,在造车过程中,汽车轻量化技术和材料的选择及应用可以说起到很大的作用。
   由中国汽车材料网主办的“2019(首届)车身新材料新工艺应用解决方案高峰论坛”于5月23-24日成功召开,现场邀请了诺贝丽斯总经理刘清针对诺贝丽斯铝合金白车身轻量化解决方案做报告分享,以下为小编现场报告内容整理。(内容未经专家审核)
  
  演讲人:刘清 总经理 诺贝丽斯中国
  
  演讲主题:铝合金·白车身·轻量化解决方案
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  大家好,我是刘清,我此次报告的主题为铝合金·白车身·轻量化解决方案。我的报告内容主要分为两个部分,第一部分向大家简单的介绍汽车轻量化的一些做法,第二部分来向大家介绍诺贝丽斯全铝车身的解决方案!
  
  在新能源汽车的发展中,除了铝板材在覆盖件以及白车身的广泛应用外,其在电池包的解决方案也具有很大的应用潜力。大家都知道,对于新能源汽车领域,尤其是电动汽车,近年来工信部推出的双积分,包括碳排放交易等都是作为国家战略政策来推广的。而任何一个主机厂,想到达到合格的要求都需要多方面的技术创新。同时,在造车过程中,汽车轻量化技术和材料的选择及应用可以说起到很大的作用。
  
  我们都知道从轻量化材料的选用方面,我们可以看到,新材料的选用对轻量化起到的作用是有效的,同时其相对增加的成本是可控的。目前市场上,轻量化的材料多种多样,很多材料都可以达到轻量化的这种效果。不管是高强钢、超高强钢、热成形钢的快速发展,铝合金材料在汽车白车身覆盖件上的逐渐应用,还是镁合金、碳纤维增强复合材料等的应用,都使得材料的选择逐渐趋向多元化。但是我们知道,为什么在近几年来,轻量化材料的主要路径还是以高强钢,超高强钢和铝合金为主,其他材料为辅?其中最重要的因素之一在于材料本身的选择与主机厂在使用材料时的成本是紧密相关的。
  
  从上面示意图中,我们发现,横坐标上的区间越大,代表它所起到的轻量化的作用越大;纵坐标代表跟钢相比在减掉每公斤重量所增加的成本。从这个图中大家就可以清晰的得出,钢是最具竞争力的,但是由于钢的比重比较大,其轻量化效果是有限的,所以目前铝合金的应用是非常广泛的。尤其是近些年来,铝得到了长足的发展,无论是欧美市场还是亚洲市场,都可以预见出铝合金的迅猛发展。当然无论是镁合金也好,碳纤维复合材料也好都有自身应用特点和适用的范围。
  
  铝的发展既然有这么多的潜力,铝在汽车车身和新能源汽车的发展中来看,从材料的角度来说,我们重点考虑如下几个方向:第一,铝自身的碰撞性(Crash Management);其次,高强度(High Strength)和超高强度(Ultra High Strength)铝合金的开发,尤其是其在白车身结构件上的应用,也是一个清晰的发展方向。当然铝还存在延展性不足的问题,所以在冲压过程中如何做到好的冲压性,甚至是高冲压性(high forming),又是铝合金应用发展的另一个重要的方向。
  
  铝合金之所以在汽车车身领域得到了较好的发展,也是因为它自身的材料特性所决定的。我们从上图的横坐标(强度)与纵坐标(延伸率)可以看到,铝合金通过适当的处理,通过时效强化、加工硬化能做到很高的强度,甚至达到超过钢的强度。
  
  同时,我们也知道轻量化对燃油车和电动车的贡献也是非常大的,采用铝合金材料的轻量化解决方案证明可以提高燃油车的燃油效率为:每减轻10%的车身重量可以降低6-7%的燃油消耗。这是一个全球的共识,同样轻量化对新能源汽车的作用也是十分明显的。那么如何运用铝合金材料,提高在电动车及新能源汽车领域的广泛应用显得尤其重要。
  
  车身轻量化的应用可以体现在很多方面,每个汽车主机厂的策略也有不同。
  
  图中为三个典型的案例,左边上下图为沃尔沃XC90,中间的上下图为奥迪Q7,右图为捷豹路虎,我列举了一些数字,大家可以看到三个品牌的轻量化技术路径是不同的。
  
  沃尔沃采用的是典型的钢铝混合结构,铝主要应用在覆盖件,XC90主要是在发罩内外板。奥迪Q7白车身主要是用钢来制造,全覆盖件是用铝来制造的。大家知道,对于路虎来说,用的是全铝的车身技术。三种车型的比较可以看到车身的重量也是不一样的,铝用的越多,车身重量越轻。事实上,从静态扭转刚度上来看,这三个车身是在同一个水平上的。在中国的一个全铝车身的案例就是蔚来汽车的ES8,它的静态扭转刚度也已达到44,140Nm/°左右,这个数据可以说是做的非常不错的。当然还有很多的汽车主机厂在覆盖件上下了跟多功夫,由于各种各样条件的限制,和本身定位的考虑,而不做全铝车身。但是在欧洲和美国,铝合金板在覆盖件的应用份额在逐年的递增。比如说发罩,目前国内也有一些主机厂开始使用铝合金发罩。在欧洲,2025年铝合金发罩的应用率将达到50%;而在美国,这一比例将达到85%。
  
  任何一个轻量化技术都是有成本与代价的。因此,在传统车领域上,我们关注两点:轻量化带来的燃油效率的提升;以及单位油耗的降低带来的成本降低。
  
  我们可以看到,在白车身和覆盖件的轻量化技术是始终是绕不过的话题。对于电动汽车来说,车身轻量化更为重要。下面的数据是选择市场上已投放的车型中实测而来,蓝色是按照70120km/h速度开的耗电量,绿色是用更高的速度120km/h测试的耗电量??梢钥吹剑撼瞪碓街?,耗电量越大;速度越快,耗电量越大。所以对于电动汽车来说,车身的轻量化更为重要。
  
  接下来,我通过车门和电池壳两个实际应用的案例来向大家展示诺贝丽斯铝合金的应用和开发在中国市场上的最新动态。
  
  我们来看一下一款C级车的钢车门替换成铝制车门后的效果:我们选择一款紧凑型SUV为研究对象,设计了方案A和方案B两种解决方案。方案A采用的是经济的铝合金设计,主要是选择5系、6系铝合金和热处理与非热处理搭配设计。另外一种方案B是采用全6系铝合金设计。
  
  首先,从材料选择到材料的连接方式(包括各种连接的数量和重量),我们都进行了统计。然后进行CAE的静态分析,包括静态刚度、车门的下垂、过开、腰线和门框的刚度等方面。对比设计规范的要求、钢制车门的表现、以及A方案铝合金车门的表现,可以看到,在达到规范要求的条件下,铝制车门和钢车门的性能表现相当。从碰撞性能方面来看(包括侧碰和偏置碰),虽然钢车门的偏置碰表现更好一点,但从实际应用角度来说,铝车门也达到了规范要求。重量方面,A方案车门的重量做到10.6公斤,而B方案的全6系铝合金车门,由于其材料强度更高,可以做到更薄、更轻,减重后可以做到9.42公斤。两种方案每减重1公斤带来的成本分别为3.35和3.55€。以上的一研究我们得出了结论就是:铝带钢在车门上的应用是非常具有前景的。
  
  接下来,我给大家介绍下电池包的铝板应用解决方案。诺贝丽斯为此做了一个统计,把目前市场上主要热销的电动汽车的电池情况做了一个对比。其中特斯拉Model3的电池电量密度是最高的,为163kwh/kg。根据这个情况,诺贝丽斯设计了一个电池组,总重量555公斤,密度162kWh/kg。它有30块电池可提供90 kWh电量,每块电池下部提供液态冷却系统,从结构内部来看,全部是采用铝板材制造,当然这个设计可以跟电池汽车主机厂进行进一步的优化。
  
  从电池包的剖面图来看,这里给出了每个部件所使用的铝合金材料。通过适当的铝材选择,可以达到最安全的电池?;?,从而使得电动汽车的使用更具安全性。此外,碰撞吸能性也是考虑的重点。通过更高强度铝合金的选用和支架的设计来提升电池包的吸能和?;ば?。这里给出了一些电池包的碰撞测试动态图,可以看到电池包在侧碰时的一些情况。当然,对于碰撞时候的能量吸收,电池包本身加在一起所吸收的能量占17%左右,它最主要的安全保证还是白车身本身结构,电池包的设计可以起到一定的辅助作用。
  
  总结:铝合金板材在车身轻量化起到越来越重要的作用;通过合适材料及连接技术的使用,铝制车门可以达到汽车主机厂对减重及成本的设计要求,这是非常具有发展潜能的。当然,新能源汽车的飞速发展对于铝材提出了更多的要求,最终铝的应用不仅仅局限在白车身方面,同时在电池包领域的应用同样具有发展潜力。
  
  诺贝丽斯:
  
  诺贝丽斯作为领先的铝压延产品生产商和世界上最大的铝回收商,与客户一起工作,为饮料罐、汽车和高端特种产品市场提供创新型解决方案。
  
  诺贝丽斯的压延和回收工厂横跨北美、南美、欧洲和亚洲,在运营中采用先进技术,利用其遍及全球的制造和回收网络在世界各地始终如一地提供优质产品??沙中⒄钩信凳且滴裨擞暮诵?,也影响着诺贝丽斯与整个铝价值链中诸多利益相关者的合作方式。

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