镁合金差厚板在纯电动汽车中的应用研究

时间:2017-09-26 11:46:03 材料毕业论文 我要投稿

镁合金差厚板在纯电动汽车中的应用研究

  摘要:从整车轻量化及电池与能量管理技术角度分析纯电动汽车的关键技术,重点介绍镁合金及差厚板在车身轻量化中的应用现状与成效,指出镁合金差厚板将成为纯电动汽车中必须选择的材料。

镁合金差厚板在纯电动汽车中的应用研究

  关键词:镁合金;纯电动汽车;差厚板

  近年来,大气污染不断严重、能源危机日益凸显,快节奏的生活使得人们对汽车的依赖性增强,新能源汽车便义无反顾的出现在人们的生活中。所谓新能源汽车,就是采用新型燃料作为动力,综合车辆的驱动及动力控制等先进技术,形成具有新技术、新结构、原理先进的汽车[1]。纯电动汽车是新能源汽车的一种重要形式,相比燃料电池电动汽车及混合动力电动汽车,其研发成本更加低廉,更能有效利用空闲时段的电量,是缓解环境及资源问题,替代内燃机汽车的最优选择。在相关政策的扶持下,各大企业、高校、科研院所正积极投身纯电动汽车的研发当中。

  一、纯电动汽车的关键技术

  1.整车轻量化技术

  对新能源汽车进行轻量化设计,可以降低能源消耗,增加其续航里程,提高整车的动力性能。主要从结构、材料和先进制造技术入手进行轻量化设计:优化整车结构,采用轻量化材料,使用液压成形、激光焊接等技术,对车身横梁、防撞杆、覆盖件、电池箱、前后地板总成等进行减薄,同时必须保证整车的安全、舒适等性能要求。

  目前,国内研发纯电动汽车大量是在内燃机汽车车身平台上进行开发:SMART汽车公司基于Smart-Fortwo车身平台采用复合材料开发出纯电动版新型车身,丰田汽车公司基于IQ车身平台基础上设计了IQ-FTEV纯电动车,力帆汽车公司基于330汽油车车身平台基础上研发出了330EV纯电动车等[2]。

  2.电池与能量管理技术

  电池作为纯电动汽车的动力之源,纯电动汽车的续驶里程在很大程度上取决于车载动力电池容量的大小。比较成熟的电池有铅酸蓄电池、锂电池、镍氢电池等,同质量的锂电池其能量是铅酸电池的4~6倍,是镍氢电池的2~3倍。但锂电池的价格昂贵、大功率时的安全性不能保证[3]。

  电池的能量管理系统,针对电池的电压、电流、温度等信号进行采集传输,进行充放电均衡与保护、剩余电量估计等,从而影响整车的控制效果[4]。

  二、镁合金差厚板

  镁合金在我国的储量占世界第一,具有密度低、比强度高、重复利用率高、减震及散热性好等特点,镁合金在车身轻量化中的应用一直被人们所重视。

  据“十二五”发展规划显示,到2015年,生产高强度镁合金板材、型材的能力将达到15万吨。国内对镁合金车身强量化的的研究也将继续保持稳步增长,主要从镁合金材料的轧制成型、快速成型等方面深入研究,欧洲正在研制和使用的镁合金汽车零部件达到60多种,大众汽车也成功设计制造出了防撞杆、横梁、保险杠等。

  镁合金车身的`强度、刚度、模态和安全性满足使用要求,主要用于车门、外板、车身框架、车门窗框架等,具有很大的潜力[5]。

  差厚板是等厚度板、激光拼焊板之后的又一新兴板材,主要体现在其轧制过程中是采用连续变截面柔性轧制的方法,其厚度可以在0.2mm内连续自由变化。具有表面质量好、强度高、成本低、轻量化程度高等特点。减重上,相比激光拼焊板可以减重40%,效果明显。

  对差厚板的研究也非常多,主要从柔性轧制技术及工艺、应力应变、回弹等方面进行探讨,奔驰B车上用了8块差厚板,车身减重6kg。德国Mubea公司每年生产1.5千万件差厚板,供应给宝马、奥迪等厂家[6]。

  应用柔性制造技术,结合结构优化,将镁合金等厚度板加工成镁合金差厚板,理论上具有一定的可行性,技术上还有许多有待攻克的难题,如:镁合金塑性超差,难以保证强度要求;镁元素异常活泼,容易与氧发生反应进而被氧化,需在加工时及时对其进行表面保护。

  结论

  车身作为纯电动汽车的重要部件,在保证整车安全性的前提下进行轻量化设计意义重大。重量减轻,既可以提高车辆指定的加速性能、爬坡性能等,也可以保证电池蓄能满足更长的续驶里程。但减轻重量并不是以牺牲整车的安全性能为代价,反而要更加注重整车的安全性、舒适性、美观性。全铝车身、镁合金板材广泛运用于高档轿车中。

  车身轻量化是纯电动汽车的一项重要研发项目,单纯的进行结构优化或者单纯的变更材料,虽然可以满足减重的目的,但并不是最佳的选择。镁合金及差厚板都有诸多优点,采用镁合金差厚板作为车身材料,强化结构优化及工艺制造技术,可以制造出弹塑性好、质量轻的纯电动汽车车身。其理论研究及制造加工工艺正在日趋完善,镁合金差厚板将成为未来纯电1动汽车中必须选择的轻量化材料。

  参考文献

  [1]工信部.新能源汽车生产企业及产品准入管理规则[S].

  [2]陈家瑞.汽车构造.北京:机械工业出版社,2001.

  [3]宋永华,阳岳希等.纯电动汽车电池的现状及发展趋势.电网技术,2011,35(04).

  [4]王佳.纯纯电动汽车能量管理关键技术及高压安全策略研究[D].北京:北京理工大学,2014.

  [5]李华伦.镁合金锻造轮毂和镁合金板材在汽车上的应用.中国有色金属报,2015,007.

  [6]姜银方,方雷,李志飞,唐振洲.连续变截面板及其应用中存在的关键问题.制造技术与机床.2011.