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電動車减肥三部曲-虎嗅網

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發表於 2022-5-25 14:59:03 | 只看該作者 回帖獎勵 |倒序瀏覽 |閱讀模式
在F1的名流堂里,柯林·查普曼固然名望不如恩佐·法拉利,但也是一個绕不開的風云人物,20岁就建立了超跑品牌“路特斯”,名下的車队曾七夺F1年度总冠军,在上世纪六七十年月堪称是所向無敌。

和恩佐·法拉利分歧,查普曼不喜好以马力论英雄,而是将工程學和開战役機的履历用在車身设计上,并大获乐成。用他的话说就是:“大马力能讓你在直线上很快,但轻量化能讓你在哪兒都快!”。翻译成現代汉语:“宁少十马力,未几一千克”。

但很惋惜,查普曼在1982年因病归天,路特斯這個品牌也从此流离失所,前後展轉于美國人、意大利人和马来西亚人之手,而谁都不會想到,路特斯會成為特斯拉Roadster的“缪斯”,不是由于它的電動化成就,而是轻量化设计。

固然電動車去掉了發念头和變速箱,但却增长了電池這個大块头,反而更重了,對轻量化需求非分特别急迫。

以第一代Roadster為例,為了到達近400千米的续航能力,它背上了6831颗小圆柱電池,单這些就320千克,再加之线束、冷却體系、BMS、托盘和上壳體,電池包总重量到達500千克,要晓得,一台發念头加之變速箱和冷却體系也只有300千克摆布。

為了讓Roadster跑得更远更快,工程师们从路特斯上找到了很多灵感,好比调解了車身架谈判利用碳纤维质料,终极做到了百千米3.6秒的加快度,一扫人们對電動車“非丑即差”的呆板印象。

在汽車行業,减肥能带来吹糠見米的結果:車身重量每低落10%,油耗可以削减6-8%,加快時候削减8%,排放量削减10%,制動間隔削减5%。但價格也不菲,必要同時對质料、布局和工艺做出扭轉,并且牵一策動全身。

在燃油車期間,只有奢華品牌或機能車才有本錢寻求“妖怪身段”,像是在答复一道奥数加分题。而到了電動期間,因為身段平空增重了上百千克,减肥成為了摆在車企眼前的一道必答题。

1、車身:抽脂塑身

1985年,在德國汉诺威展會上,两名身段修长的女子绝不费劲地举起了奥迪100的全铝車身,推開了車身轻量化的第一道肆意門。

在此以前,铝合金主如果用在航空范畴,它的成份一度被德國視為國度秘密,以後才渐渐走入了汽車范畴。比拟于傳统的低碳铁,铝合金要轻三分之一,伸缩性和可塑性更好,可以或许在產生碰撞的時辰更好地吸取溃缩(即經由過程變形分离碰撞動能)。

但是,一種新材猜想要被量產車所采取,只是機能超卓還不敷,换了新的质料就必要新的工艺或布局,只有三者共同默契才能實現“质量—本錢—機能”之間的均衡。

八年以後,奥迪在汉诺威展會上正式推出了ASF(Audi Space Frame)觀点車,這款没有颠末涂装处置的車闪着刺眼的银光,它也是A8的雏形。1994年,采纳了全铝車身的第一代奥迪A8正式量產,它的重量比上一代旗舰車轻了248千克。

這重要得益于ASF的布局设计,焦点逻辑就是把符合的质料放在符合的位置。好比支票借錢,在A柱、B柱和纵梁等位置,用高强度质料,在其他处所選擇本錢较低的钢材,从而在知足碰撞请求和整車機能不受影响的条件下,尽可能减轻零部件的重量。

有了全铝車身和ASF布局设计,就差工艺了。

傳统的低碳钢主如果采纳電阻焊接,本錢低,速率快,但和铝合金不匹配。直到1999年,奥迪A2這款車第一次用到了激光焊接,大大解决了铝合金材质的毗连坚苦问题,鞭策了全铝車身的利用。

跟着時候的推移,愈来愈多的轻型质料也陸续上車,包含高强度钢、镁合金、钛合金和碳纤维复合质料等。對車企来讲,車身上的质料越丰硕,工艺上的毗连就越坚苦,布局设计就越繁杂。

好比最新一代的奥迪A8已再也不是全铝車身,而是用了包含碳纤维、镁合金在内的4種质料,铝合金占比只有58%,乃至重量都比上一代重了约50千克。但這其實不代表轻量化再也不首要,而是還有其因。

一方面是由于像碳纤维如许的质料仍然有些攀附不起,每千克约為120到200元,至關于铝合金的4倍,并且用在出產上效力也比冲压低很多。另外一方面,車企在布局和毗连工艺上不竭获得冲破,可以将分歧质料用到极致,加强刚度和平安性的同時也能低落本錢,从而得到一個“完善身段”,算下来,比全铝更劃算。

新一代奥迪A8車身段料组成

换句话说,工艺可以經由過程组合加工的方法,补充质料自己的缺点。

跟着電動車起头普及,車企不克不及只寻求极致的機能,也要斟酌赚錢问题。是以,质料也呈現“降级”,好比,2018年宝马推出了新款i3,為了扩展销量,車身从碳纤维酿成了铝合金;特斯拉Model 3的車身也从以前的全铝酿成了钢铝夹杂(铝占比约為20%)。

這時候就轮到工艺阐扬感化了。

2、压铸:八块腹肌

2020年9月22日,马斯克颁布發表Model Y将采纳一體式压铸後地板总成,零部件从80個酿成2個,焊点从以前的700—800個削减到50個,原料收受接管操纵率可以到達95%以上。一顿操作下来,車體总重量低落了30%。

某種水平上,特斯拉選擇一體化压铸技能既是一種無奈之举,也是一種冒险。

压铸工艺在汽車制造中早已有之,其道理简略来讲雷同于将熔融的金属注入磨具,期待冷却後就获得一個成型的金属铸件。但由于在成型进程中的热胀冷缩轻易呈現偏差,利用范畴比力有限,傳统車企的压铸件常常替换的长短布局件,在大型布局件上试水一體化压铸,這仍是第一次。

特斯拉此次工艺进级,至關于把一個圆鼓鼓的肚子直接压出了八块腹肌,免却了健身跑步這個环節。

一體化压铸将冲压和焊接两個工艺归并,简化了白車身的制造进程,并且零部件数目骤减也低落了模具開辟和组装本錢,而且大幅削减了呆板人的利用。同時,一台压铸機占地仅100平方米。按照马斯克所述,采纳大型压铸機後特斯拉工場的占地面积削减了30%,算下来制造本錢降低了40%。

這类做法不但對冲了Model 3車身从全铝酿成钢铝夹杂以後增重所带来的晦气影响,并且能进一步晋升出產效力,扩展销量。

固然一體化压铸是新技能,装备、质料、工艺和本錢都存在不肯定性和挑战,但這其實不故障汽車行業曩昔两年刮起了一股压铸風暴,包含蔚来、小鹏、華人运通如许的新权势,也包含電動化轉型比力激进的沃尔沃,都在自動拥抱這类新技能。

总的来讲,一體化压铸是對傳统汽車制造工艺的一次庞大變化。它的感化其實不限于给車身减重,而是對汽車出產效力的一次系统化进级。

3、三電:优化骨架

在一辆電動車中,電池、機電和電控占了总重量的20—40%,跟着减重需求的急迫,這头“房間里的大象”来到了台前。

依照傳统思绪,第一反响就是换质料。好比将電池Pack壳體从钢材酿成铝材。早在2019年,宁德期間就声称将航空级此外“7系铝”用在電池包下箱體,如许做能讓整車质量削减250千克,電池體系能量密度晋升50%[12]。

其次是布局设计,化零為整。好比比亚迪的“八合一”電驱體系經由過程将分歧模块集成化,可以實如今不异世界盃投注,功率下,零部件體积减小20%,重量低落15%。别的,通用的奥特能(Ultium)纯電動平台經由過程無线BMS體系,也可以或许削减90%的线束安插。

但這些并無涉及電池包减重的焦点。電池包有两個显著的特色:一是電芯重量盘踞了六成以上;二则是它的层级繁杂,不但包含成百上千的電芯打包成的模组,另有BMS、冷却體系、高压线束和外壳等。

是以,最有用的减肥是有的放矢。比拟于在壳體和BMS上的邊际改良,扭轉電芯外形和全部pack的成组方法才能优化骨架。此外,想要晋升體系能量密度,最简略有用的法子就是去中介,削减中心布局件的数目。

2020年,比亚迪推出刀片電池,又长又薄的单體電芯形如刀片,直接跳過了模组环節,将電芯集成電池包(Pack),這就是所谓的CTP(Cell To Pack)。宁德期間、蜂巢能源等其他同業也采纳了一样的设计思绪。

固然CTP免却了模组,但上百千克重的外壳却仍然存在,這時辰業内呈現了一種更斗胆的思绪:既然電池是平铺在車辆底部,為什麼不爽性把車身地板看成電池壳,把車身、電池和底盘集成一個总體,将電池直接做成整車布局件。

這类设法几多有些“第一性道理”的意思,至關于把電池看做是汽油,把車身和底盘中心的空間看做是油箱。用马斯克的话来讲就是:“没需要在盒子内里再装一個盒子。”

2020年,特斯拉官宣了CTC技能。马斯克暗示,采纳了這項技能以後,可以免却370個零部件,能為車身减重10%,每瓦時電池本錢也将降低7%。客岁10月的柏林超等工場公布會上,特斯拉對外表态了4680的電池组,它可以直接作為車身布局的一部門。

比拟于CTP,CTC不但可以将體系能量密度晋升了一個条理,更首要的是它的呈現可讓電池厂冲破電池包的范围,直接将技能延长到底盘開辟,而這是整車最關头的零部件。

海内最先提出這個设法的则是曾毓群。2021年年头,宁德期間颁布發表将于2025年先後推出CTC(Cell To Chassis)技能,将電芯和底盘集成在一块兒,能讓電動車续航里程到達800千米以上。

若是把换质料和布局设计比作是想法子讓一小我的衣服變得更轻,那末已量產的CTP和為期不远的CTC则是在想法子低落人自己的體脂率。

4、尾声

知乎上有人提過一個问题美國黑金,:“100 米短跑提高 0.1 秒有多灾?”

海内最有資历复兴這個问题的苏炳添亲身作答:“那太难了。0.1秒可利害啦,提高0.01秒都有点难。我从9.99到9.91(提高0.08秒)用了3年時候吧。”

一样的事理也能够合用于電動車體系能量密度和减重问题上,续航从300千米到600千米相對于轻易,但越日後技能冲破难度就越大,邊际改良的本錢也就越高。

但這不料味着就不消再啃這根硬骨头了,相反,越难的事越要去做,由于新能源車革命从不成能一挥而就,而是在一点一滴中从量變實現质變的。

参考資料:

[1] 汽車轻量化及一體化压铸件行業阐發,东方证券

[2] 一個不少人都關切的问题:纯電動車和汽油車開起来到底有啥區分?,纯電車EV

[3]【拆車】讲真,铝制車身是新技能?你可以去打脸了,拆車坊

[4] 奥迪A8牛叉的轻量化技能,严说一点

[5] 特斯拉扭轉汽車行業的“一體化压铸”是甚麼 ,睿格資產

[6] 中鼎股分深度陈述:智能底盘营業發力,橡胶件龙头迎全新成持久,西部证券

[7] 滑板底盘太火,拓普團體也欲入局,盖世汽車社區

[8] Tesla Model S Weight Distribution,Teslarati

[9] 汽車行業一體化压铸專题铝压铸向大型化一體化成长,國信证券

[10] 冲產量?不!「铸」產量才性感!42号車库

[11] 制娛樂城推薦,造是第一出產力,一體压铸是本錢暗码,你把握了嗎?汽車之心

[12] Pack轻量化 宁德期間選擇“7系战役铝”,高工锂電
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