輕量化技術是橫跨汽車變革發展的一項基礎性技術。目前已經成為國內各新能源車企的競爭新熱點。
汽車的輕量化，是指在保證汽車的強度和安全性能的前提下，盡可能地降低汽車的整備質量，從而提高汽車的動力性。在新能源領域，車身及電池的輕量化，能夠有效提升新能源汽車的續航里程及能量利用率。
相關研究表明，新能源汽車每減少100Kg重量，續航里程可提升10%-11%。還可以減少20%的電池成本以及20%的日常損耗成本。
高工電動車(微信號：weixin-gg-ev)獲悉，從國際上來看，包括寶馬i3、特斯拉Model3等車企的產品都已經開始實現了輕量化材料的規模化應用，而在國內，包括奇瑞、北汽、新特、領途等一大批自主品牌和新勢力車企都在輕量化之路上進行了一系列的積極探索。
盡管前景光明，但要實現真正的輕量化，道路依然曲折，高工產業研究院(GGII)分析認為，汽車輕量化要面臨標準建立、技術路線選擇、成本降低等一系列問題，這需要車企、供應商、政府等多個環節共同來推動協作完成。
車企可以從哪些途徑實現輕量化？輕量化材料市場又呈現什么特點？目前國內新能源企業在輕量化方面有哪些應用及布局？針對上述問題，高工電動車進行了系統的梳理與調研。
未來新能源汽車用材趨勢
目前從車身材料來看，鋼鐵約占整車重量的65%-70%，有色金屬占據10%-15%、非金屬材料占據20%。
“在未來10-15年之間，汽車的各類材料和用量將會平分秋色，普通鋼、高強鋼、聚合物、鋁合金、鎂合金都會達到20%的應用，這是汽車材料工業的大革命。” 北汽股份研究院副院長、總工程師曹渡在一次輕量化高峰論壇上這么指出。
據了解，這份數據預測來源于一份德國政府委托德國工程師協會做的汽車輕量化盤點報告，其中顯示，鋁合金應用以及復合材料的應用在2025年將大幅增加，到2035年各類材料將平分秋色。
而我國也對汽車的輕量化材料已經給出了詳細的發展要求與規劃(如下)：
事實上，鋁合金和鎂合金是目前汽車輕量化最優的選擇。據預測，鋁合金作為最常見的汽車輕量化材料，在汽車中用量可達540kg，能使汽車減重40%，被廣泛運用于車身等結構件。其中奧迪等車企已見全鋁車身付諸現實；蔚來也將在今年12月分推出國內第一輛完全自主全鋁車身7座大SUV純電動ES。
再以新能源汽車的動力電池托盤為例，以前多采用鋼材制造動力電池托盤，如今多以鋁合金型材為主。鋁合金型材的密度為2.7g/cm，無論在緊縮還是焊接等方面，鋁合金材質優勢明顯。而鎂合金的密度為1.8g/cm，碳纖維是1.5g/cm，用這些材料制造電池托盤可實現大幅減重。
“鎂或鎂合金在不可視的部分結構件，如轉向支撐、座椅骨架等方面也會有所應用；在變速器外殼、車身結構等方面逐步將在高端車上使用。新能源車身也將加大碳纖維材料的應用，會首先應用于車身、覆蓋加強件及剛性結構件(如堞形梁)等方面。”曹渡表示。
此外，在鋼材的應用上，有專業人士預測，到2025年，鋼材在汽車中的應用比例會達到在50%以上，但同樣行業人士預測，將來汽車用材增量上非金屬將會占到很大部分。
一汽高工田洪福在一次輕量化論壇上曾表示，“除了有色金屬要替代一些鋼鐵，剩下一部分就是重點非金屬。”但他同時也指出，現在有很多好的輕量化技術應用并不快，也沒有普及，最大原因還是由于成本，再好的技術如果成本太高，也會影響整個產品。
目前新能源汽車動力電池外殼用材種類眾多，既有鋼、鐵、鋁合金等金屬材料也有塑料、碳纖維等非金屬材料。田洪福指出，這一塊現在并沒有完全成熟，但未來這部分以及充電樁、插座等都是新能源汽車重要的零部件，而且用量會非常大，非金屬材料在這個領域具有非常好的應用優勢。
除了電池外，非金屬材料在電機上也有廣泛的應用，比如聚苯硫醚具有強度高、耐高溫、高阻燃、耐腐蝕的性能，可以代替部分金屬來制造新能源車關鍵的零部件。
什么才是真正的輕量化？
那么如何在實現輕量化的同時保證車身強度，以符合嚴苛的車輛碰撞測試和安全的要求？這成為主機廠考慮的重中之重。
通常，大家認為實現車身輕量化主要有三種途徑：結構、材料和工藝。輕量化車身結構的優化設計是前提，高強度輕質材料的應用是手段，先進輕量化成形和連接技術是保障。
比如動力電池，可以用增加動力電池正極活性物質來提升動力電池能量密度，從而減輕電池重量；減少電池組配件重量；電池箱體以及結構件選用當下先進輕質材料，這三種方式實現輕量化。
比如，結構件比如支架、框架、端板等通過材料改進來減輕重量；導熱墊片這樣的小零部件上，替換成導熱膠；等等。
對此，曹渡指出，“汽車輕量化現在僅僅停留在零部件減重低級的水平，這是不對的，太膚淺。”他認為，輕量化就是把最輕的材料以最少的成本用在最合適的地方。
他表示，對于做目標設計的技術人員而言，由此定義出發才能明確輕量化的具體內容，這通常包括了材料輕量化、結構優化、工藝輕量化，而大部分人都只是注意到輕量化的這點。
但實際上，按照輕量化的定義是不夠的。模塊化設計也是輕量化的一種，是符合輕量化定義的。還有裝配輕量化設計，比如激光拼焊，把不同密度鋼度聚集后做輕量化設計，都屬于輕量化。
綜合起來看，整車的輕量化是一發而動全身的正向設計，是各系統整體的減重而不是某個零部件的減重。
而當前，我國制定的輕量化技術路線仍然停滯在零部件輕量化技術路線的水平，并沒有一個完整的輕量化技術路線來談整車的輕量化。
輕量化材料及市場空間
目前,應用于新能源汽車的輕量化材料主要有高強度鋼、鋁合金、鎂合金、碳纖維等幾種。
其中高強度鋼在行業供應商方面，掌握第三代高強度鋼技術的寶鋼股份、撫順特鋼等鋼企巨頭將占據市場先機。我國是高強度鋼應用最普遍的國家,車身使用比例接近50%,預計未來可高達60-65%。
鋁合金，眾所周知，鋁代鋼的結構設計優化可以實現二次減重,效果可直接減重50%-100%。隨著汽車輕量化成趨勢，近年來，車用鋁合金項目多起來。
鎂合金，鎂密度小,甚至比鋁輕 1/3,其比強度較鋁合金高,導熱性好；另外,鎂合金具有尺寸穩定性好,易于回收等特點。預計在未來10年左右，鎂應用在高端車上能突破100公斤/每輛，在普通車上面能夠突破20公斤/每輛。目前各大汽車零部件制造商積極把握發展時機，紛紛投入到鎂合金汽車壓鑄件的生產研發中來。
而在碳纖維方面，碳纖維力學性能優異,密度不到鋼的1/4,抗拉強度卻是鋼的7-9倍。預計到2020年國內碳纖維的需求將25,000噸，年均增長速率約15.5%。國內目前的碳纖維供應商主要是中復神鷹、江蘇恒神、威海拓展等。但產能都在5000噸級別以下，沒有形成行業集中度，缺乏與國外巨頭競爭的優勢。
輕量化在我國需求充足，決定輕量化材料提升空間較大。但就現狀來看，與國外企業相比，還存在不少差距。“我國材料品種、數量、性能與國外還有很大差距”，工業和信息化部原材料工業司副司長潘愛華指出。
汽車輕量化的攔路虎
即便存在這樣的問題，新能源企業對此的探索一直在進行：
沃爾沃于2016年就宣布電動汽車、電池輕量化進入了實用化測試階段；去年12月中旬，北汽新能源與世界的輕量化技術團隊(胡芬巴赫院士團隊)合資共建北汽新能源德累斯頓輕量化技術中心；
吉利集團則在鋁合金、塑料運用和輕量化結構設計上已達到或接近歐美等汽車企業水平；奇瑞汽車也在大量應用輕量化材料和輕量化技術的結構優化，其車身骨架的四分之三材料皆應用了多種高強度鋼；前途K50，采用了大量碳纖維、鋁合金等輕量化材料。
長安汽車目前已經進入輕量化技術轉化應用階段，預計到2020年主力車型平均減重50kg；領途將推出的AOO級小型純電動車業也大量使用了輕量化材料；等等。
越來越多的企業把“輕量化”納入提升競爭力的考量，但是，這不意味著這條路就好走。
由于電池承重達數百公斤，新能源汽車需要針對車身的耐久性能做特殊設計；由于使用了額外的高壓電，對其安全性要求更高、更苛刻，包括整車的密封、車身的結構、更苛刻的防水要求等。所有這些要求都對新能源汽車的輕量化開發提出了巨大的挑戰。
潘愛華也認為我國在輕量化研究上除了輕量化材料品種、種類、性能與發達國家存在一定距離外，還有4個差距不容忽視：
1、國內汽車行業。特別是合資品牌有自成體系的供應商鏈，國產材料企業進入非常困難，導致國內材料企業明顯滯后于汽車產業發展。
2、材料和加工成本控制難度大。碳纖維這樣的復合材料，本身成本可能不是貴得多么離譜，但是由于加工效率低，導致了對汽車部件和汽車廠來說成本增加很大。
3、標準缺失。我國還沒有完整的汽車塑料零部件技術和產品標準，包括技術方面的測試標準，還存在缺失。
4、國內汽車企業和材料企業的融合不夠。
其中價格是汽車輕量化實現上的最大攔路虎。
比如，寶馬i3的總重是1224kg，比亞迪E6的總重是2295kg，整整多出一噸。兩者的差別是寶馬車身采用碳纖維，車架采用鋁合金，車身外覆蓋件基本采用工程塑料。i3的電池組總重量是233kg，E6配備96組200AH電池，總重超過500kg。
再如常用的輕量化材料，鋁合金制備工藝復雜，成本相對較高，較多使用鋁合金的車型往往是中高檔汽車；另外，使用更輕的配件來輕量化，如大單胎、空氣懸掛等相比傳統的要輕不少，不過價格高昂。
換一個角度看，高昂價格在讓企業難企及的同時，對消費者也意味著，后期維修換件更難、成本更高。
即便價格是一道坎，但在新能源和輕量化浪潮的推動下，各類材料不斷推陳出新，質優量輕的非金屬取代傳統金屬顯然將成為未來的一大趨勢。
但值得一提的是，要實現真正輕量化，是需要企業有技術、資金等做后盾支持，是各個系統的整體減重；企業要避免走入為了實現“輕”而盲目追求“覆蓋件的能薄就薄”、“零部件能輕就輕”的誤區，不然得不償失。
有專業人士提出，希望相關部門能在新能源企業的輕量化研究與探索上，出臺相應的輕量化技術路線，幫助企業應對挑戰。
