1、新能源汽車 匯報人 ：趙利亞指導老師：李又兵 新能源汽車 隨著世界經濟的快速發展, 能源與環境已經成為人類發展和生存的重大問題。 內燃機汽車使用的燃料均為一次性能源, 開發使用后便不可再生。 隨著全球能源消耗的增加, 地球的礦物能源已面臨枯竭 環境問題也日益突出,在世界各地的大、中城市,大氣污染物中約40% 70%來自內燃機汽車的尾氣排放 。 中國大城市的污染狀況目前是全世界最為嚴重的, 全世界空氣污染最嚴重的20個城市中,有10個在中國。而中國華北、華東的大城市調査中, 大氣污染的70%來自于汽車的尾氣排放。 基于這些原因, 新能源汽車就成為解決能源與環境問題的一個選擇 。新能源汽車的發展史

2、能源能源危機危機環境環境污染污染日益增長的汽車總量日益增長的汽車總量 矛盾矛盾汽汽車車發發展展趨趨勢勢未來未來1010年將迎來全球汽車產業轉型升級年將迎來全球汽車產業轉型升級節能汽車節能汽車指以內燃機為主要動力系統，綜合工況燃料消耗量提前達到下一階段目標值標準的汽車。輕量化新能源汽車新能源汽車指采用新型動力系統，完全或主要依靠新型能源驅動的汽車。插電式混合動力純電動汽車燃料電池車輕量化是產業發展的必然趨勢輕量化是產業發展的必然趨勢 作為全球汽車產銷第一大國，中國必須作為全球汽車產銷第一大國，中國必須把握汽車未來發展的趨勢！把握汽車未來發展的趨勢！城市化城市化人口人口增加增加成本成本壓力壓力宏觀

3、宏觀經濟經濟為什么要做輕量化-理由一國家政策-節能惠民國家法規-嚴格油耗 國家戰略-節能減排2015年CO2 排放155g/km，2020年CO2排放 112g/km。2015年節能惠民5.9L/100km，2020年節能惠民4.5L/100km。2015年平均油耗6.9L/100km，2020年平均油耗5.0L/100km輕量化與油耗、性能的關系輕量化與油耗、性能的關系( (逸動實際試驗結果逸動實際試驗結果) ) ：1.1.實際油耗：實際油耗：整備質量每減重減重100kg100kg，油耗降低約0.4L/100km0.4L/100km；2.2.加速性能：加速性能：整備質量每減重減重100kg1

4、00kg，0-100km/h加速性提升提升8-10%8-10%；3.3.制動性能：制動性能：整備質量每減重減重100kg100kg，制動距離縮短縮短2 27m7m。整車輕量化是實現節能減排提升產品競爭力的重要途徑為什么要做輕量化-理由二隨著新能源汽車的發展，新的能源系統帶來的車身重量增加，隨著新能源汽車的發展，新的能源系統帶來的車身重量增加，汽車輕量化發展趨勢事在必行！汽車輕量化發展趨勢事在必行！以純電動汽車電池系統的重量為例，普通電池系統以純電動汽車電池系統的重量為例，普通電池系統凈增加凈增加整車重量整車重量250-400kg250-400kg！為什么要做輕量化-理由三空氣阻力（對油耗貢獻約

5、25）與整備質量無關聯。而大約油耗的75與整備質量有關(滾動阻力對油耗貢獻約35，加速阻力和爬坡阻力對油耗貢獻約40)。決定油耗的因素決定油耗的因素FWi- 牽引力FR-滾動阻力FL -空氣阻力FSt-爬坡阻力FB -加速阻力FWi=FR+FL+FSt+FB 10/15 Mode Fuel Efficiency (km/l)0510152025305001000150020002500Direct Injection GasolineNormal Gasoline35HybridVehicle Weight (kg)CO2: 140g/km40減重與油耗的關系減重與油耗的關系汽車整備質量每減少

6、100Kg，百公里油耗降低0.3-0.6L；車重減小10，可降低68的油耗，降低56%的排放。p輕量化是實現汽車節能減排最有效的技術手段之一輕量化是實現汽車節能減排最有效的技術手段之一p 輕量化是實現汽車節能減排最有效的技術手段之一輕量化是實現汽車節能減排最有效的技術手段之一降低整車油耗的標準途徑降低整車油耗的標準途徑1）改善發動機性能，提高燃燒效率(動力更新換代技術難度大、耗資多，對汽車產業鏈帶動不明顯)；2）減輕汽車自重，進行汽車的輕量化設計（節能效果排第二位，涉及面廣，可減輕汽車自重，進行汽車的輕量化設計（節能效果排第二位，涉及面廣，可以帶動原材料和零部件等汽車產業的的發展，最容易實現）

7、以帶動原材料和零部件等汽車產業的的發展，最容易實現）；3）提升汽車的空氣動力學性能，降低滾動阻力；（風阻系數主要由造型決定，不可能所有車都像賽車一樣風阻系數降得很低）4）提高動力傳動效率，減小功或動力傳遞損失；（能量傳遞總是有損失的）縱觀汽車重量的變化歷史，因對汽車安全性、功能性要求的增加，整車重量逐漸增加。但進入21世紀后，越來越嚴格的環保和排放法規要求，目前整車重量呈明顯現下降的趨勢。奧迪A6七代車型重量的變化歷程汽車重量的變化歷程安全性提高、舒適性和功能的增加導致重量增加。油耗與排放的要求使汽車輕量化成為必然趨勢1160Kg1230Kg1545Kg1790Kg1990Kg2050Kg19

8、80Kg2012汽車輕量化輕質材料l 高強鋼l 輕合金l 復合材料l 結構優化設計l 等強度設計l 形狀拓撲優化l 集成化設計l 先進制造工藝l 激光拼焊板l 連續變截面板l 空心連續變截鋼管l 自沖鉚接l 復合材料的使用時整車輕量化的主要途徑之一。整車輕量化的途徑整車輕量化的途徑國內外新能源汽車的主要政策復合材料在汽車上的應用歷程復合材料在汽車上的應用歷程 在塑料及其復合材料在汽車上的應用歷程上，中航復合材料有限責任公司李宏遠副總經理的“復合材料在汽車領域的應用”報告認為：（1）成熟的第一步：通用改性塑料，比如PP、PVC、ABS及PA等耐熱熱增強改性，主要應用在汽車內外裝飾件上。（2）進行

9、的第二步：長/短玻璃纖維增強復合材料，主要應用于汽車部分結構件和功能件上，是目前廣泛應用于汽車上的重要復合材料。u 纖維熱塑性塑料：SMC/BMC;u 纖維熱塑性塑料：GMT、LFT。（3）關鍵的第三步：汽車用復合材料關鍵性的第三步，碳纖維增強復合材料（CFRP），主要應用于車身承載結構件。（4）追求的第四步：追求綠色的第四步，天然植物纖維增強復合材料，主要應用于汽車內外裝飾件，有機回收，環保。成型成型技術技術FWBMCSMCRTMGMTR/S-RIMLFTHLUHLUSMCRTMLFTBMCGMTR/S-RIMFW汽車用復合材料成型工藝汽車用復合材料成型工藝玻璃纖維增強型熱塑性塑料（GMT）

10、；手糊成型（HLU）；纏繞成型（FW）；塊狀成型 （BMC）；片狀成型（SMC）；樹脂傳遞模塑（RTM）復合材料在汽車上的運用趨勢2008年450Kg2012年400Kg2016年350Kg2020年290Kg 高分子復合材料具有比強度、比模量大,耐疲勞性能好,阻尼減震性好，破損安全性高和耐腐蝕性能優越等特點，因此高分子復合材料的使用能夠在使得汽車在節能減重的同時更具安全和舒適性。 典型乘用車所用材料基體材料環氧樹脂聚氨酯聚丙烯尼龍纖維碳纖維玻璃纖維天然纖維高分子復合材料 典型乘用車所用材料典型乘用車所用材料中國自主品牌碳纖維輕量化技術應用中國自主品牌碳纖維輕量化技術應用現狀及碳纖材料輕量化現

11、狀及碳纖材料輕量化國內CFRP使用情況 節能與新能源汽車產業發展規劃2015年產銷量50萬輛 油耗當量提升為14.5KM/L2020年產銷量超過500萬輌 油耗當量提升為20KM/L新能源汽車、動力電池及關鍵零部件技術整體上達到國際先進水平。 CFRP在氣車工業中,年用量比例還不大,應用較為成熟的技術大部分僅集中在非連續纖維復合材料成型工藝上。在連續纖維快速成型方面,只重點突破了以熱塑性復合材料快速熱壓成型和快速樹脂流動成型為代表的低成本復合材料部件制造關鍵技術。 實現了部分連續化自動化生產 ,及連續破纖維復合材料片材.板材及部分部件的連續自動化制備,初步建立了車用復合材料部件生產示范線。合材

12、料汽車部件的自動化設備。 效率達到56件/天。 分別采用陰離子聚酰胺6(APA6)及聚環狀對苯二甲酸丁二醇酯(PCBT)熱塑性單體,經原位聚合成型制備出大尺寸復合材料氣車底板。突破了碳纖維增強熱塑性復合材料結構件成型關鍵技術。在熱壓成型工藝、液態成型工藝、 設計技術、連接技術以及關裝備等方面取得重要進展。中科院寧波材料技術與工程研究所、化學研究所等單位聯合研制出連續碳纖維復合材料快速熱壓成型成套裝備，及連續碳纖維復上汽榮威E50三明治結構碳纖維引擎蓋8kg降重3kg奇瑞某新車型碳纖維復合材料前罩長城、上汽、奇瑞、北汽、東風、比亞迪長城、上汽、奇瑞、北汽、東風、比亞迪等汽車主機廠都在開展碳纖維復

13、合材料在汽等汽車主機廠都在開展碳纖維復合材料在汽車上的應用研究，但都基本停滯在外覆蓋件樣件展示。車上的應用研究，但都基本停滯在外覆蓋件樣件展示。奇瑞碳纖維“小螞蟻”概念車亮相2012年北京車展北汽concept 900”轎跑型概念車碳纖維鷗翼式車門2013年上海車展哈弗H6碳纖維改裝車（前罩、前后保險杠）中國自主品牌的碳纖維輕量化技術零部件現狀中國自主品牌的碳纖維輕量化技術零部件現狀奇瑞碳纖外覆蓋件（含側圍和地板）正在開發的碳纖維零部件：正在開發的碳纖維零部件：S301碳纖維傳動軸傳動軸, 鈑金1725kg，其中中間軸管重量4.825，預計可以實現減重2.7kg，目前正在與陜西新思維，哈玻院等

14、進行樣件開發工作。碳纖維碳纖維長安汽車復合材料輕量化技術應用工作及其思路長安汽車復合材料輕量化技術應用工作及其思路總成替代設計裝配分析CAE驗證擺臂擺臂材料演變及減重效果示意目的：技術積累和實驗驗證目的：技術積累和實驗驗證碳纖維地板碳纖維地板&頂蓋頂蓋開發與中科院寧波所、湖南大學等單位合作，擬在2017年入門級EV純電動車上搭載開發碳纖維地板和頂棚，進行實車實驗驗證，進行碳纖車身開發技術積累。長安汽車復合材料輕量化技術應用工作及其思路長安汽車復合材料輕量化技術應用工作及其思路汽車頂蓋BMW I3BMW I3對標與解析對標與解析長安提前組建了項目團隊，制定長安提前組建了項目團隊，制定了對

15、標解析工作計劃，預計了對標解析工作計劃，預計2015年年4月完成各項性能測試，與合作月完成各項性能測試，與合作伙伴一道開始系統性地解析對標。伙伴一道開始系統性地解析對標。長安汽車復合材料輕量化技術應用工作及其思路長安汽車復合材料輕量化技術應用工作及其思路碳纖維碳纖維“黑車身黑車身”及復合材料汽車開發及復合材料汽車開發對標BMW I3 整車結構布置、性能、電池控制系統，研究材料-成型工藝-連接技術-涂裝工藝技術-維護維修-回收再利用技術，開發碳纖維“黑車身”，打造全新材料和結構輕量化汽車。長安汽車復合材料輕量化技術應用工作及其思路長安汽車復合材料輕量化技術應用工作及其思路對標BMW I3 整車結

16、構布置、性能、電池控制系統，研究材料-成型工藝-連接技術-涂裝工藝技術-維護維修-回收再利用技術，開發碳纖維“黑車身”，打造全新材料和結構輕量化汽車。碳纖維“黑車身”應用研究和開發-是自主品牌汽車行業輕量化的“中國夢”目標與挑戰：掌握碳纖維復合材料整車仿真技本及應用關鍵技本,研究材料性能對零件CAE/整車CAE/碰撞/NVH/疲勞耐久和車內空氣質量等的影響；突破碳纖維整車結構設計技術,連接裝配技術、表面涂裝工藝技術和快速成型工藝技術瓶頸；完成碳纖維黑車身(包括覆蓋件)結構設計和性能分析,及實驗驗證。背門后側門四門兩蓋開發思路：單件開發思路：單件系統系統整車，試驗通過后層層推進整車，試驗通過后層

17、層推進頂蓋車身覆蓋件側圍車身框架前擺臂扭力梁底盤結構件驅動軸傳動軸底盤軸類桿狀件碳纖維碳纖維黑車身黑車身復合材料汽車復合材料汽車 中科院深圳先進技術研究院汽車電子研究中心等單位研制的國內首部碳纖維電動汽車。 整車大量使用碳纖維部件,大大降低了車身重量,僅有1.1噸;輪轂減重29% ,阻尼系數提高15倍，且達到良好的減壓性能。 通過復合材料體系研究、復合材料結構件設計、快速成型工藝研究以及復合材料結構件性能驗證與評估,基本突破了汽車結構件用復合材料的關鍵技術,對國產碳纖維復合材料汽車結構件的設計和快速制造提供了有利的支撐。 中國科學院寧波材料技術與工程研究所與奇瑞氣車聯合打造的碳纖維插電式混合動

18、力車“艾瑞澤7”車型。車身采用CFRP,外売重量減輕10% ,油耗降低7% ;車身總體減重達40%60%后,整體可操控性強,帶來更為出色的加速感受。長碳纖維增強熱塑性復合材料汽車輪轂 北京航空航天大學、北京納盛通新材料科技有限公司、北京中材汽車復合材料有限公司自主設計研發的長碳纖維增強熱塑性(尼龍)復合材料（LCFT）輪轂,比汽車鋁輪轂可大幅減重40-60wt%,尺寸精度更局 ,抗疲芳、抗蠕變、耐熱、耐環境性能等性能更加優異,生產效率更高、成本更低,且可回收循不使用,該注塑工藝已在保險紅、發動機罩蓋等非承力件大量使用。國產CFRP電動車中科院寧波材料所奇瑞CFRP電動車奧迪A3 CFRP電動車

19、東風CFRP內裝飾電動車I-car蓮花CFRP車身電動車北汽CFRP車身電動車國產CFRP大車及零件中聯重科CIFACFRP超長臂架泵車中集碳纖維箱體車CFRP進氣套件CFRP中控臺轎車CFRP底盤CFRP后視鏡國內外汽車行業輕量化差距數據顯示，中國乘用車重量平均比歐洲汽車重5%10%，商用車的數字則是17%。Page38三、碳纖維增強復合材料在汽車工業中的應用前景1、碳纖維復合材料在汽車工業中應用的方向 車身內、外裝飾部件 新能源汽車整體車身和部件 結構承載部件 商用貨車車廂、傳動軸、碳纖維車輪、防撞潰縮系能結構部件市場：碳纖維材質音箱 碳纖維這種材料雖然強度超高，但自身的色彩非常單一。不過技術公司Hypetex已經率先研發出了彩色碳纖維材料。最近，這家原本為F1賽車服務的公司又進一步拓寬了自己的業務范圍，他們聯合高端