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1、新能源汽车 汇报人：赵利亚指导老师：李又兵 新能源汽车 随着世界经济的快速发展,能源与环境已经成为人类发展和生存的重大问题。内燃机汽车使用的燃料均为一次性能源,开发使用后便不可再生。随着全球能源消耗的增加,地球的矿物能源已面临枯竭 环境问题也日益突出,在世界各地的大、中城市,大气污染物中约40%70%来自内燃机汽车的尾气排放。中国大城市的污染状况目前是全世界最为严重的,全世界空气污染最严重的20个城市中,有10个在中国。而中国华北、华东的大城市调査中,大气污染的70%来自于汽车的尾气排放。基于这些原因,新能源汽车就成为解决能源与环境问题的一个选择。新能源汽车的发展史能源能源危机危机环境环境污染
2、污染日益增长的汽车总量日益增长的汽车总量 矛盾矛盾汽汽车车发发展展趋趋势势未来未来1010年将迎来全球汽车产业转型升级年将迎来全球汽车产业转型升级节能汽车节能汽车指以内燃机为主要动力系统，综合工况燃料消耗量提前达到下一阶段目标值标准的汽车。轻量化新能源汽车新能源汽车指采用新型动力系统，完全或主要依靠新型能源驱动的汽车。插电式混合动力纯电动汽车燃料电池车轻量化是产业发展的必然趋势轻量化是产业发展的必然趋势 汽车发展的趋势汽车发展的趋势汽车发展的趋势汽车发展的趋势智能化智能化智能化智能化节能节能节能节能环环环环保保保保作为全球汽车产销第一大国，中国必须作为全球汽车产销第一大国，中国必须把握汽车未来
3、发展的趋势！把握汽车未来发展的趋势！城市化城市化人口人口增加增加成本成本压力压力宏观宏观经济经济为什么要做轻量化-理由一国家政策-节能惠民国家法规-严格油耗 国家战略-节能减排20152015年年CO2 CO2 排放排放155g/km155g/km，20202020年年CO2CO2排放排放 112g/km 112g/km。20152015年节能惠民年节能惠民5.9L/100km5.9L/100km，20202020年节能惠民年节能惠民4.5L/100km4.5L/100km。20152015年平均油耗年平均油耗6.9L/100km6.9L/100km，20202020年平均油耗年平均油耗5.0
4、L/100km5.0L/100km轻量化与油耗、性能的关系轻量化与油耗、性能的关系(逸动实际试验结果逸动实际试验结果)：1.1.实际油耗：实际油耗：整备质量每减重减重100kg100kg，油耗降低约0.4L/100km0.4L/100km；2.2.加速性能：加速性能：整备质量每减重减重100kg100kg，0-100km/h加速性提升提升8-10%8-10%；3.3.制动性能：制动性能：整备质量每减重减重100kg100kg，制动距离缩短缩短2 27m7m。整车轻量化是实现节能减排提升产品竞争力的重要途径为什么要做轻量化-理由二随着新能源汽车的发展，新的能源系统带来的车身重量增加，随着新能源汽
5、车的发展，新的能源系统带来的车身重量增加，汽车轻量化发展趋势事在必行！汽车轻量化发展趋势事在必行！以纯电动汽车电池系统的重量为例，普通电池系统以纯电动汽车电池系统的重量为例，普通电池系统净增加净增加整车重量整车重量250-400kg250-400kg！为什么要做轻量化-理由三空气阻力（对油耗贡献约25）与整备质量无关联。而大约油耗的75与整备质量有关(滚动阻力对油耗贡献约35，加速阻力和爬坡阻力对油耗贡献约40)。决定油耗的因素决定油耗的因素FWi-牵引力FR-滚动阻力FL-空气阻力FSt-爬坡阻力FB-加速阻力FWi=FR+FL+FSt+FB 减重与油耗的关系减重与油耗的关系汽车整备质量每减
6、少100Kg，百公里油耗降低0.3-0.6L；车重减小10，可降低68的油耗，降低56%的排放。p轻量化是实现汽车节能减排最有效的技术手段之一轻量化是实现汽车节能减排最有效的技术手段之一p 轻量化是实现汽车节能减排最有效的技术手段之一轻量化是实现汽车节能减排最有效的技术手段之一降低整车油耗的标准途径降低整车油耗的标准途径1）改善发动机性能，提高燃烧效率(动力更新换代技术难度大、耗资多，对汽车产业链带动不明显)；2）减轻汽车自重，进行汽车的轻量化设计（节能效果排第二位，涉及面广，可减轻汽车自重，进行汽车的轻量化设计（节能效果排第二位，涉及面广，可以带动原材料和零部件等汽车产业的的发展，最容易实现
7、）以带动原材料和零部件等汽车产业的的发展，最容易实现）；3）提升汽车的空气动力学性能，降低滚动阻力；（风阻系数主要由造型决定，不可能所有车都像赛车一样风阻系数降得很低）4）提高动力传动效率，减小功或动力传递损失；（能量传递总是有损失的）纵观汽车重量的变化历史，因对汽车安全性、功能性要求的增加，整车重量逐渐增加。但进入21世纪后，越来越严格的环保和排放法规要求，目前整车重量呈明显现下降的趋势。奥迪A6七代车型重量的变化历程汽车重量的变化历程安全性提高、舒适性和功能的增加导致重量增加。油耗与排放的要求使汽车轻量化成为必然趋势1160Kg1230Kg1545Kg1790Kg1990Kg2050Kg1
8、980Kg2012汽车轻量化轻质材料l高强钢l轻合金l复合材料l结构优化设计l等强度设计l形状拓扑优化l集成化设计l先进制造工艺l激光拼焊板l连续变截面板l空心连续变截钢管l自冲铆接l复合材料的使用时整车轻量化的主要途径之一。整车轻量化的途径整车轻量化的途径国内外新能源汽车的主要政策复合材料在汽车上的应用历程复合材料在汽车上的应用历程 在塑料及其复合材料在汽车上的应用历程上，中航复合材料有限责任公司李宏远副总经理的“复合材料在汽车领域的应用”报告认为：（1）成熟的第一步：通用改性塑料，比如PP、PVC、ABS及PA等耐热热增强改性，主要应用在汽车内外装饰件上。（2）进行的第二步：长/短玻璃纤维
9、增强复合材料，主要应用于汽车部分结构件和功能件上，是目前广泛应用于汽车上的重要复合材料。u纤维热塑性塑料：SMC/BMC;u纤维热塑性塑料：GMT、LFT。（3）关键的第三步：汽车用复合材料关键性的第三步，碳纤维增强复合材料（CFRP），主要应用于车身承载结构件。（4）追求的第四步：追求绿色的第四步，天然植物纤维增强复合材料，主要应用于汽车内外装饰件，有机回收，环保。HLUSMCRTMLFTBMCGMTR/S-RIMFW汽车用复合材料成型工艺汽车用复合材料成型工艺玻璃纤维增强型热塑性塑料（GMT）；手糊成型（HLU）；缠绕成型（FW）；块状成型（BMC）；片状成型（SMC）；树脂传递模塑（RT
10、M）复合材料在汽车上的运用趋势2008年450Kg2012年400Kg2016年350Kg2020年290Kg 高分子复合材料具有比强度、比模量大,耐疲劳性能好,阻尼减震性好，破损安全性高和耐腐蚀性能优越等特点，因此高分子复合材料的使用能够在使得汽车在节能减重的同时更具安全和舒适性。典型乘用车所用材料基体材料环氧树脂聚氨酯聚丙烯尼龙纤维碳纤维玻璃纤维天然纤维高分子复合材料 典型乘用车所用材料典型乘用车所用材料中国自主品牌碳纤维轻量化技术应用中国自主品牌碳纤维轻量化技术应用现状及碳纤材料轻量化现状及碳纤材料轻量化国内CFRP使用情况 节能与新能源汽车产业发展规划2015年产销量50万輛 油耗当量
11、提升为14.5KM/L2020年产销量超过500万輌 油耗当量提升为20KM/L新能源汽车、动力电池及关键零部件技术整体上达到国际先进水平。CFRP在气车工业中,年用量比例还不大,应用较为成熟的技术大部分仅集中在非连续纤维复合材料成型工艺上。在连续纤维快速成型方面,只重点突破了以热塑性复合材料快速热压成型和快速树脂流動成型为代表的低成本复合材料部件制造关键技术。实现了部分连续化自动化生产,及连续破纤维复合材料片材.板材及部分部件的连续自动化制备,初步建立了车用复合材料部件生产示范线。合材料汽车部件的自动化设备。效率达到56件/天。分别采用阴离子聚酰胺6(APA6)及聚环状对苯二甲酸丁二醇酯(P
12、CBT)热塑性单体,经原位聚合成型制备出大尺寸复合材料气车底板。突破了碳纤维增强热塑性复合材料结构件成型关键技术。在热压成型工艺、液态成型工艺、设计技术、连接技术以及关装备等方面取得重要进展。中科院宁波材料技术与工程研究所、化学研究所等单位联合研制出连续碳纤维复合材料快速热压成型成套装备，及连续碳纤维复 上汽荣威E50三明治结构碳纤维引擎盖8kg降重3kg 奇瑞某新车型碳纤维复合材料前罩 长城、上汽、奇瑞、北汽、东风、比亚迪长城、上汽、奇瑞、北汽、东风、比亚迪等汽车主机厂都在开展碳纤维复合材料在汽车等汽车主机厂都在开展碳纤维复合材料在汽车上的应用研究，但都基本停滞在外覆盖件样件展示。上的应用研
13、究，但都基本停滞在外覆盖件样件展示。奇瑞碳纤维“小蚂蚁”概念车亮相2012年北京车展 北汽concept 900”轿跑型概念车碳纤维鸥翼式车门2013年上海车展 哈弗H6碳纤维改装车（前罩、前后保险杠）中国自主品牌的碳纤维轻量化技术零部件现状中国自主品牌的碳纤维轻量化技术零部件现状 奇瑞碳纤外覆盖件（含侧围和地板）正在开发的碳纤维零部件：正在开发的碳纤维零部件：S301碳纤维传动轴传动轴,钣金1725kg，其中中间轴管重量4.825，预计可以实现减重2.7kg，目前正在与陕西新思维，哈玻院等进行样件开发工作。碳纤维碳纤维长安汽车复合材料轻量化技术应用工作及其思路长安汽车复合材料轻量化技术应用工
14、作及其思路总成替代设计装配分析CAE验证摆臂摆臂材料演变及减重效果示意目的：技术积累和实验验证目的：技术积累和实验验证碳纤维地板碳纤维地板&顶盖顶盖开发与中科院宁波所、湖南大学等单位合作，拟在2017年入门级EV纯电动车上搭载开发碳纤维地板和顶棚，进行实车实验验证，进行碳纤车身开发技术积累。长安汽车复合材料轻量化技术应用工作及其思路长安汽车复合材料轻量化技术应用工作及其思路汽车顶盖BMW I3BMW I3对标与解析对标与解析长安提前组建了项目团队，制定了长安提前组建了项目团队，制定了对标解析工作计划，预计对标解析工作计划，预计2015年年4月完成各项性能测试，与合作伙伴月完成各项性能测试，与合
15、作伙伴一道开始系统性地解析对标。一道开始系统性地解析对标。长安汽车复合材料轻量化技术应用工作及其思路长安汽车复合材料轻量化技术应用工作及其思路碳纤维碳纤维“黑车身黑车身”及复合材料汽车开发及复合材料汽车开发对标BMW I3 整车结构布置、性能、电池控制系统，研究材料-成型工艺-连接技术-涂装工艺技术-维护维修-回收再利用技术，开发碳纤维“黑车身”，打造全新材料和结构轻量化汽车。长安汽车复合材料轻量化技术应用工作及其思路长安汽车复合材料轻量化技术应用工作及其思路对标BMW I3 整车结构布置、性能、电池控制系统，研究材料-成型工艺-连接技术-涂装工艺技术-维护维修-回收再利用技术，开发碳纤维“黑
16、车身”，打造全新材料和结构轻量化汽车。碳纤维“黑车身”应用研究和开发-是自主品牌汽车行业轻量化的“中国梦”目标与挑战：掌握碳纤维复合材料整车仿真技本及应用关键技本,研究材料性能对零件CAE/整车CAE/碰撞/NVH/疲劳耐久和车内空气质量等的影响；突破碳纤维整车结构设计技术,连接装配技术、表面涂装工艺技术和快速成型工艺技术瓶颈；完成碳纤维黑车身(包括覆盖件)结构设计和性能分析,及实验验证。开发思路：单件开发思路：单件系统系统整车，试验通过后层层推进整车，试验通过后层层推进碳纤维碳纤维黑车身黑车身复合材料汽车复合材料汽车 中科院深圳先进技术研究院汽车电子研究中心等单位研制的国内首部碳纤维电动汽车
17、。整车大量使用碳纤维部件,大大降低了车身重量,仅有1.1吨;轮毂减重29%,阻尼系数提高15倍，且达到良好的减压性能。通过复合材料体系研究、复合材料结构件设计、快速成型工艺研究以及复合材料结构件性能验证与评估,基本突破了汽车结构件用复合材料的关键技术,对国产碳纤维复合材料汽车结构件的设计和快速制造提供了有利的支撑。中国科学院宁波材料技术与工程研究所与奇瑞气车联合打造的碳纤维插电式混合动力车“艾瑞泽7”车型。车身采用CFRP,外売重量減轻10%,油耗降低7%;车身总体減重达40%60%后,整体可操控性强,带来更为出色的加速感受。长碳纤维增强热塑性复合材料汽车轮毂 北京航空航天大学、北京纳盛通新材
18、料科技有限公司、北京中材汽车复合材料有限公司自主设计研发的长碳纤维增强热塑性(尼龙)复合材料（LCFT）轮毂,比汽车铝轮毂可大幅减重40-60wt%,尺寸精度更局,抗疲芳、抗蠕变、耐热、耐环境性能等性能更加优异,生产效率更高、成本更低,且可回收循不使用,该注塑工艺已在保险紅、发动机罩盖等非承力件大量使用。国产CFRP电动车中科院宁波材料所奇瑞CFRP电动车奥迪A3 CFRP电动车东风CFRP内装饰电动车I-car莲花CFRP车身电动车北汽CFRP车身电动车国产CFRP大车及零件中联重科CIFACFRP超长臂架泵车中集碳纤维箱体车CFRP进气套件CFRP中控台轿车CFRP底盘CFRP后视镜国内外
19、汽车行业轻量化差距数据显示，中国乘用车重量平均比欧洲汽车重5%10%，商用车的数字则是17%。三、碳纤维增强复合材料在汽车工业中的应用前景1、碳纤维复合材料在汽车工业中应用的方向 车身内、外装饰部件 新能源汽车整体车身和部件 结构承载部件 商用货车车厢、传动轴、碳纤维车轮、防撞溃缩系能结构部件38市场：碳纤维材质音箱 碳纤维这种材料虽然强度超高，但自身的色彩非常单一。不过技术公司Hypetex已经率先研发出了彩色碳纤维材料。最近，这家原本为F1赛车服务的公司又进一步拓宽了自己的业务范围，他们联合高端音频厂商Wilson Benesch开发了一部碳纤维材质的扬声器。A.C.T.One Evolu
20、tion P1的外型风格和F1赛车相得益彰，它拥有4个驱动单元，外壳采用红色碳纤维，在目前的音频市场可谓是独一无二的存在。它的重量达到50千克，机身结构完全由碳纤维和合金所制作，同时也维持了Wilson Benesch一贯的音频质量。2、碳纤维复合材料在汽车工业中应用需要解决的问题 首先要解决的是理念问题，复合材料不应作为金属材料的替代材料，重点在于碳纤维复合材料在汽车上应用的系统解决方案 复合材料供应商与汽车制造企业的合作模式战略合作 发展低成本材料：大丝束碳纤维及其织物 有吸引力的价格：70元100/公斤（5/lb）碳纤维三维立体织物制造技术 高效率低成本的制造工艺技术 高效率RTM工艺、LFT-D工艺技术、碳纤维SMC工艺技术、热塑性连续碳纤维预浸技术 复合材料与金属材料的连接技术40 由于价格高昂，碳纤维材料一般在高性能车型以及赛道超跑车上比较常见，成本因素导致其很难进入主流汽车市场。照目前趋势来看，20152020年期间，碳纤维增强复合材料CFRP会大量出现在一些主流汽车品牌的长青车型上，而处于整个价值链上的公司都应该找准自己的位置，以便在接下来的车身材料“变革”中获利。近日，知名咨询调研机构Lux Research发布最新报告称，随着材料技术的飞速发展，到2025年，碳纤维增强复合材料（CFRP）将有望成为全球汽车市场的主流配置。展望