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碳纖維電動(dòng)汽車——發(fā)展電動(dòng)汽車的必然選擇
一、電動(dòng)車是汽車未來(lái)市場(chǎng)的必然趨勢(shì)
1.國(guó)家政策驅(qū)使
2014年5月7日，工信部發(fā)布《蘭亍加強(qiáng)乘用車企業(yè)平均燃料消耗管理的通知(征求意見稿)》，其中為了達(dá)到2015年我國(guó)生產(chǎn)的乘用車平均燃料消耗量要降至6.9L/100Km及2020年進(jìn)一步降至5.0L/100Km的目標(biāo)，針對(duì)不達(dá)標(biāo)的企業(yè)提出了懲罰措施。如此壓力倒逼車企尋求技術(shù)轉(zhuǎn)型。 
圖1：2010年世界各國(guó)的油耗
一直以來(lái)，我國(guó)乘用車在提升產(chǎn)品油耗方面步伐較慢。從2006年到2012年，平均每年油耗只降低了1 .3%。目前，國(guó)內(nèi)乘用車的平均油耗為7.38升/100公里。79家國(guó)產(chǎn)乘用車企業(yè)中，有22家未能達(dá)標(biāo)。要達(dá)到2015/2020年平均油耗大限,根本出路是新能源、新材料雙輪驅(qū)勱！
2.汽車產(chǎn)業(yè)趨勢(shì)
歐洲電動(dòng)汽車將占新車市場(chǎng)的20%，德法政府將實(shí)現(xiàn)清潔能源汽車?yán)塾?jì)產(chǎn)量200萬(wàn)輛的目標(biāo)。我國(guó)要求到2020年，新能源汽車生產(chǎn)能力將達(dá)200萬(wàn)輛、累計(jì)產(chǎn)銷量超過(guò)500輛。“中國(guó)制造2025”將“節(jié)能與新能源汽車”列入十大領(lǐng)域之一。
二、減重是目前電動(dòng)車解決續(xù)航的主要手段
研究表明，約75%的油耗與整車質(zhì)量有關(guān)，降低汽車質(zhì)量, 就可有效降低油耗以及排放。目前，大量研究表明，汽車質(zhì)量每下降10%，油耗下降6-8%，排放降低4%。
圖2：車重與定速燃料效率的關(guān)系
圖3：純電動(dòng)車整車質(zhì)量與續(xù)航能力關(guān)系
表1：純電動(dòng)車整車質(zhì)量與續(xù)航能力關(guān)系
|
總重量(Kg) |
1550 |
1407 |
1253 |
1154 |
1011 |
|
行程（km） |
186 |
203.6 |
226.6 |
244.3 |
275.5
|
由圖2與3及表1可以明顯看出，汽車重量越低燃料的效率越高，從而使汽車的續(xù)航能力大大提升。所以，汽車輕量化是汽車節(jié)能與環(huán)保，提高續(xù)航能力最有效的措施之一。
三、碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料是目前解決減重的最好方法
1.各種材料的減重能力
下面，我們來(lái)看看各種材料的減重情況：以耗鋼材400kg為標(biāo)準(zhǔn)，高強(qiáng)度鋼材則需要320kg，鋁合金240kg，鎂合金220kg，復(fù)合材料160kg，減重潛力分別為：10%—20%、40%、50%以及復(fù)合材料的60%。
圖4：各種材料減重潛力
2.各種材料車身質(zhì)量對(duì)比
表2 各種材料車身質(zhì)量對(duì)比
|
材料 |
鋼 |
片狀模塑料 |
玻纖復(fù)合材料 |
玻纖/碳纖復(fù)合材料 |
碳纖維復(fù)合材料 |
|
質(zhì)量 |
367.0 |
286.2 |
241.3 |
193.6 |
172 |
3.碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在汽車減重上的應(yīng)用實(shí)例
引領(lǐng)未來(lái)的寶馬碳纖維量產(chǎn)電動(dòng)汽車，全碳纖維承載式車身總重只有112.2公斤。號(hào)稱“寶馬有史以來(lái)技術(shù)最先進(jìn)的車型”的寶馬i系將再引領(lǐng)丐界汽車發(fā)展的潮流。這些車的4門兩蓋也都是復(fù)材（外板-工程塑料，內(nèi)加強(qiáng)板-玱纖戒碳纖增強(qiáng)）材料制成。預(yù)測(cè)今后寶馬在CFRP（碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料）的應(yīng)用方面會(huì)繼續(xù)領(lǐng)先，寶馬以外的歐洲各大汽車廠商也將陸續(xù)在每年2萬(wàn)～5萬(wàn)輛生產(chǎn)規(guī)模的量產(chǎn)車上采用CFRP。
圖5：寶馬i3電動(dòng)汽車車身
總結(jié)：
政府嚴(yán)格的車輛油耗標(biāo)準(zhǔn)和二氧化碳排放法規(guī)，是新能源汽車選擇CFRP的重要推手。以美國(guó)為例，2017 至2025 年美國(guó)新款乘用車的燃料效率要求達(dá)到4.32 升/ 100 公里，比當(dāng)前車輛水平幾乎提高一倍。據(jù)估算，典型的乘用車需減重245kg 才能達(dá)到此目標(biāo)。在同樣續(xù)航里程條件下，電動(dòng)汽車的重量比傳統(tǒng)汽車要超過(guò)200~300 kg 甚至更多。
因此為保證電勱汽車有較好續(xù)航里程和可承受的成本，電勱汽車的車身重量須減重50%以上。在所有輕量化材料中，CFRP是唯一能將鋼質(zhì)零部件減重50~60%，卻能夠提供同等強(qiáng)度的先迚材料。所以說(shuō)，GFRP是未來(lái)發(fā)展電動(dòng)汽車的比然選擇。
