减重是刚需！那些让电动车变轻的黑科技

就现有商业化的电池技术而言，高比例电池的电动汽车续航里程与车重的关系似乎成了一个僵局:在电池能量密度短期内无法大幅提升的前提下，高续航依赖于大容量电池组，但负面效应是车重增加，功耗增加...因此，如何在保证电池容量的基础上进一步减轻车重成为各大汽车厂商的当务之急。在下面的文字中，我们可以看到大众、通用等老牌汽车厂商是如何利用新技术试图为车身减重的；以蔚来为代表的造车新势力选择以与知名零部件供应商合作的形式“享受”轻量化的好处；此外，美国能源部等“国家队”也参与了相关研究。大众/通用:生成式设计就在7月初，大众在其位于加州硅谷的创新与工程中心(IECC)展出了一款20型Microbus概念车，采用电力驱动和轻量化设计。在这辆外观复古的电动概念车中，人们惊讶地发现，车轮、方向盘、座椅支架、外后视镜支架等部件的形状和颜色看起来都相当奇怪。原来这些零件都是创成式设计生产的轻量化产品。创成式设计(也称为创成式设计)是一种自动化程度更高、依赖性更强的三维建模方法。在设计一个产品的过程中，设计者输入参数后，算法在设定的标准限制下自动调整判断，找到最优的设计方案。这项技术可以帮助设计师优化零件的强度重量比，最大限度地减少材料浪费。大众并未公布这些部件的具体选材，但从减重数据来看，创成式设计带来的减重效果无疑是值得肯定的。以轮圈为例，一套新的车轮比同样形状的金属轮圈减轻了18%-9kg左右。尤其是创成式设计的车身零件，不仅具有重量轻的特点，其强度和气动设计(外观件)也完全符合量产标准。目前大众对生成式设计的测试还在进行中。未来，大众很有可能将这项技术应用到车身的整体框架上——一旦实现，将从根本上改变汽车制造的方式。无独有偶，通用汽车在汽车零部件的设计上也采用了类似的技术。通过将传统3D打印技术与创成式设计相结合，设计出全新的汽车零部件，以满足更高的车辆性能要求和客户个性化需求。通用汽车的工程师在创成式设计软件中建立零部件的设计要求和标准(包括材料使用范围、制造工艺、成本等参数)，然后软件通过算法自动生成最佳方案。当这项技术应用到通用汽车的电动汽车上时，它将生产出设计更简单、重量更轻、强度更大的零件。传统铸造工艺生产的传统座椅支架需要由八个零件焊接组装而成，但创成式设计软件生成了150多个较好的备选方案，最终选择了单一不锈钢设计，重量大幅减轻，强度提升明显。不仅是座椅支架，车身的其他部分也可以通过采用该技术生成更好的设计，从而大大减轻电动汽车的重量，换取更低的功耗和更长的续航里程。对于制造商来说，由于创成式设计的应用，传统铸造工艺带来的局限性和高成本不再存在。蔚来-Sigri/阿贡国家实验室◆蔚来-Sigri炭素公司/美国能源部:老牌车企凭借雄厚的技术储备和人力物力，可以对一项新技术进行长时间的试验验证，而基础较浅的造车新势力则希望通过现有技术得到立竿见影的解决方案。蔚来选择与德国Sigri碳素公司(SGL碳素)合作，为其开发全新的碳纤维增强塑料(CFRP)电池外壳，以达到轻量化的目的。德国Sigri炭素公司(SGL炭素)成立于1992年，但其前身Gebr。西门子&；Co(西门子子公司)早在1878年就开始生产碳材料。目前公司生产的碳纤维复合材料供应给汽车、航空航天、太阳能风能、半导体、led、锂离子电池等多个领域和行业的制造企业。德国Sigri Carbon公司为蔚来打造的碳纤维增强塑料(CFRP)电池壳的内部结构具有多个织物状的碳纤维层。碳纤维原料在Sigri Carbon公司的Ord工厂Moses Lake和Muir生产，然后由Wackersdorf工厂加工成类似织物的材料层。此外，碳纤维增强塑料(CFRP)电池外壳的导热系数比铝合金低200倍左右，可以更好地保护电池免受高温和低温的影响。此外，它还具有拆卸更换简单的优点，这也符合蔚来汽车电站的运营理念。接下来推出的新技术不再是车企主导，而是美国能源部下属的阿贡国家实验室(ANL)的研究成果。阿贡国家实验室是美国最大的科学和工程研究实验室之一，也是著名的二战曼哈顿计划的一部分。这项新技术名为HyMag，由阿贡国家实验室发明，是一种全新的磁体技术，可以将磁体的磁通密度(磁感应强度)提高10%-30%，这意味着相同重量的新磁体可以产生更多的能量。对于电动汽车来说，采用新型磁体的永磁电机在保证相同功率输出的情况下，可以达到减重的效果。HyMag磁体技术的另一个优势是，它可以将一些昂贵的稀土元素(如镝和钆)的需求降低90%以上，这也可以显著降低电动汽车的成本(纯电动或插电式混合动力汽车的每个电机含有约100克的镝)。其实HyMag磁体技术在新能源汽车上的应用真的是大材小用，对于风力发电机这种对轻量化要求更高的大型设备贡献更大，不仅可以大幅提高其风电效率，而且由于HyMag磁体技术更耐高温(高温更稳定，不消磁)，风力发电机运行的峰值高温高达300摄氏度(相比电动车运行的最高温度只有150摄氏度)也不再是问题。结论:相对于已经发展了一百多年的柴油车，电动汽车的大规模推广时间太短，其技术不仅处于快速发展期，而且往往还受益于其他行业的科研成果。就本文涉及的轻量化技术而言，如创成式设计和碳纤维材料实际上已经或仍在柴油车等行业使用，而HyMag磁体技术对风电行业的贡献更为显著。因此，虽然新能源汽车在续航和安全性方面还存在种种不足，但其前景无疑是值得期待的。就现有商业化的电池技术而言，高比例电池的电动汽车续航里程与车重的关系似乎成了一个僵局:在电池能量密度短期内无法大幅提升的前提下，高续航依赖于大容量电池组，但负面效应是车重增加，功耗增加...因此，如何在保证电池容量的基础上进一步减轻车重成为各大汽车厂商的当务之急。在下面的文字中，我们可以看到大众、通用等老牌汽车厂商是如何利用新技术试图为车身减重的；以蔚来为代表的造车新势力选择以与知名零部件供应商合作的形式“享受”轻量化的好处；此外，美国能源部等“国家队”也参与了相关研究。大众/通用:生成式设计就在7月初，大众在其位于加州硅谷的创新与工程中心(IECC)展出了一款20型Microbus概念车，采用电力驱动和轻量化设计。在这辆外观复古的电动概念车中，人们惊讶地发现，车轮、方向盘、座椅支架、外后视镜支架等部件的形状和颜色看起来都相当奇怪。原来这些零件都是创成式设计生产的轻量化产品。创成式设计(也称为创成式设计)是一种自动化程度更高、依赖性更强的三维建模方法。在设计一个产品的过程中，设计者输入参数后，算法在设定的标准限制下自动调整判断，找到最优的设计方案。这项技术可以帮助设计师优化零件的强度重量比，最大限度地减少材料浪费。大众并未公布这些部件的具体选材，但从减重数据来看，创成式设计带来的减重效果无疑是值得肯定的。以轮圈为例，一套新的车轮比同样形状的金属轮圈减轻了18%-9kg左右。尤其是创成式设计的车身零件，不仅具有重量轻的特点，其强度和气动设计(外观件)也完全符合量产标准。目前大众对生成式设计的测试还在进行中。未来，大众很有可能将这项技术应用到车身的整体框架上——一旦实现，将从根本上改变汽车制造的方式。无独有偶，通用汽车在汽车零部件的设计上也采用了类似的技术。通过将传统3D打印技术与创成式设计相结合，设计出全新的汽车零部件，以满足更高的车辆性能要求和客户个性化需求。通用汽车的工程师在创成式设计软件中建立零部件的设计要求和标准(包括材料使用范围、制造工艺、成本等参数)，然后软件通过算法自动生成最佳方案。当这项技术应用到通用汽车的电动汽车上时，它将生产出设计更简单、重量更轻、强度更大的零件。传统铸造工艺生产的传统座椅支架需要由八个零件焊接组装而成，但创成式设计软件生成了150多个较好的备选方案，最终选择了单一不锈钢设计，重量大幅减轻，强度提升明显。不仅是座椅支架，车身的其他部分也可以通过采用该技术生成更好的设计，从而大大减轻电动汽车的重量，换取更低的功耗和更长的续航里程。对于制造商来说，由于创成式设计的应用，传统铸造工艺带来的局限性和高成本不再存在。蔚来-Sigri/阿贡国家实验室◆蔚来-Sigri炭素公司/美国能源部:老牌车企凭借雄厚的技术储备和人力物力，可以对一项新技术进行长时间的试验验证，而基础较浅的造车新势力则希望通过现有技术得到立竿见影的解决方案。蔚来选择与德国Sigri碳素公司(SGL碳素)合作，为其开发全新的碳纤维增强塑料(CFRP)电池外壳，以达到轻量化的目的。德国Sigri炭素公司(SGL炭素)成立于1992年，但其前身Gebr。西门子&；Co(西门子子公司)早在1878年就开始生产碳材料。目前公司生产的碳纤维复合材料供应给汽车、航空航天、太阳能风能、半导体、led、锂离子电池等多个领域和行业的制造企业。德国Sigri Carbon公司为蔚来打造的碳纤维增强塑料(CFRP)电池壳的内部结构具有多个织物状的碳纤维层。碳纤维原料在Sigri Carbon公司的Ord工厂Moses Lake和Muir生产，然后由Wackersdorf工厂加工成类似织物的材料层。此外，碳纤维增强塑料(CFRP)电池外壳的导热系数比铝合金低200倍左右，可以更好地保护电池免受高温和低温的影响。此外，它还具有拆卸更换简单的优点，这也符合蔚来汽车电站的运营理念。接下来推出的新技术不再是车企主导，而是美国能源部下属的阿贡国家实验室(ANL)的研究成果。阿贡国家实验室是美国最大的科学和工程研究实验室之一，也是著名的二战曼哈顿计划的一部分。这项新技术名为HyMag，由阿贡国家实验室发明，是一种全新的磁体技术，可以将磁体的磁通密度(磁感应强度)提高10%-30%，这意味着相同重量的新磁体可以产生更多的能量。对于电动汽车来说，采用新型磁体的永磁电机在保证相同功率输出的情况下，可以达到减重的效果。HyMag磁体技术的另一个优势是，它可以将一些昂贵的稀土元素(如镝和钆)的需求降低90%以上，这也可以显著降低电动汽车的成本(纯电动或插电式混合动力汽车的每个电机含有约100克的镝)。其实HyMag磁体技术在新能源汽车上的应用真的是大材小用，对于风力发电机这种对轻量化要求更高的大型设备贡献更大，不仅可以大幅提高其风电效率，而且由于HyMag磁体技术更耐高温(高温更稳定，不消磁)，风力发电机运行的峰值高温高达300摄氏度(相比电动车运行的最高温度只有150摄氏度)也不再是问题。结论:相对于已经发展了一百多年的柴油车，电动汽车的大规模推广时间太短，其技术不仅处于快速发展期，而且往往还受益于其他行业的科研成果。就本文涉及的轻量化技术而言，如创成式设计和碳纤维材料实际上已经或仍在柴油车等行业使用，而HyMag磁体技术对风电行业的贡献更为显著。因此，虽然新能源汽车在续航和安全性方面还存在种种不足，但其前景无疑是值得期待的。

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