電動客車鎂合金輕量化

1、電動客車的鎂合金輕量電動客車的鎂合金輕量化化 周吉學(xué)（053188728308）山東省科學(xué)院新材料研究所山東省科學(xué)院新材料研究所匯報(bào)內(nèi)容電動汽車鎂合金輕量化背景與意義研究目標(biāo)與主要內(nèi)容關(guān)鍵技術(shù)產(chǎn)業(yè)化前景與經(jīng)濟(jì)效益分析研究基礎(chǔ)與條件1. 項(xiàng)目背景與意義傳統(tǒng)汽車用油每年增長7%，2009年全球消耗約2億噸。車輛排出的CO2占人類活動總排放量的20%以上，加劇 CO2溫室效應(yīng)新能源汽車：混合動力汽車(HEV)、燃料電池汽車(FCEV)、純電動汽車(BEV) 純電動汽車被認(rèn)為是新能源汽車最佳解決方案我國具有發(fā)展新能源純電動汽車的優(yōu)勢，擁有自主產(chǎn)權(quán)的電動客車生產(chǎn)技術(shù)國務(wù)院在發(fā)布關(guān)于加強(qiáng)培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新

2、興產(chǎn)業(yè)的決定，將新能源汽車列為七大戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)之一，為優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域和國民經(jīng)濟(jì)的先導(dǎo)產(chǎn)業(yè)。汽車產(chǎn)業(yè)調(diào)整和振興規(guī)劃: 到2011年要形成50萬輛產(chǎn)能的新能源電動汽車，產(chǎn)量占乘用車產(chǎn)量的5%5%左右 。財(cái)政部節(jié)能與新能源汽車示范推廣財(cái)政補(bǔ)助資金管理暫行辦法，對新能源客車每輛最高補(bǔ)貼60萬元我國啟動了“十城千輛” 新能源汽車示范推廣工程，目前試點(diǎn)城市25個(gè)，濟(jì)南位列其中。公共服務(wù)用乘用車和輕型商用車示范推廣補(bǔ)助標(biāo)公共服務(wù)用乘用車和輕型商用車示范推廣補(bǔ)助標(biāo)準(zhǔn)（單位：萬元準(zhǔn)（單位：萬元/輛）輛）節(jié)能與新能源汽車類型節(jié)油率最大電功率比BSG車型10%-20%20%-30%30%-100%混合動力汽車5%-1

3、0%0.410%-20%2.83.220%-30%3.23.64.230%-40%4.24.540%以上5.0純電動汽車100%6.0燃料電池汽車100%25.0十米以上城市公交客車示范推廣補(bǔ)助標(biāo)準(zhǔn)十米以上城市公交客車示范推廣補(bǔ)助標(biāo)準(zhǔn)（單位：萬元（單位：萬元/輛）輛）節(jié)能與新能源汽車類型節(jié)油率使用鉛酸電池的混合動力系統(tǒng)使用鎳氫電池、鋰離子電池/超級電容器的混合動力系統(tǒng)最大電功率比20%-50%最大電功率比50%以上混合動力汽車10%-20%52020%-30%7253030%-40%8303640%以上3542純電動汽車100%50燃料電池汽車100%60公共服務(wù)用乘用車和輕型商用車示范推廣公

4、共服務(wù)用乘用車和輕型商用車示范推廣補(bǔ)助標(biāo)準(zhǔn)（單位：萬元補(bǔ)助標(biāo)準(zhǔn)（單位：萬元/輛）輛） 注：最大電功率比30%以上混合動力汽車補(bǔ)助標(biāo)準(zhǔn)均含plug-in。 十米以上城市公交客車示范推廣補(bǔ)助標(biāo)準(zhǔn)十米以上城市公交客車示范推廣補(bǔ)助標(biāo)準(zhǔn)（單位：萬元（單位：萬元/輛）輛） 注：注： 最大電功率比最大電功率比50%以上混合動力汽車補(bǔ)以上混合動力汽車補(bǔ)助標(biāo)準(zhǔn)均含助標(biāo)準(zhǔn)均含plug-in。國內(nèi)外部分車企電動汽車推出時(shí)間計(jì)劃國內(nèi)外部分車企電動汽車推出時(shí)間計(jì)劃2001年: 我國啟動“863”計(jì)劃電動汽車重大專項(xiàng)2006-2007: 中國自主研制的純電動、混合動力和燃料電池三類新能源汽車整車產(chǎn)品相繼問世; 2008年

5、: 新能源汽車在國內(nèi)已呈全面出擊之勢。國內(nèi)已經(jīng)有將十余家企業(yè)先后開發(fā)生產(chǎn)電動客車，其中山東省目前在電動客車研制與產(chǎn)業(yè)化方面處于國內(nèi)前列。上汽電動大巴上汽研制成功純電動大巴和燃料電池大巴，已投入試運(yùn)行。2010年，上汽投入世博120輛電動大巴，整車重量13900kg，最高車速80km/h.比亞迪首輛電動大巴（代號K9）于09年底下線，車身長12米，重18000kg。深圳市已確定采購，首批交付1000輛比亞迪長沙生產(chǎn)基地，投資30億元，總面積約4平方千米，生產(chǎn)電動大巴與客車底盤以及轎車等，年產(chǎn)量約40萬輛。動力系統(tǒng)采用磷酸鐵鋰電池+超級電容最高時(shí)速可以達(dá)到100Km/h充電時(shí)間不到4個(gè)小時(shí)，一次充

6、電行駛200300公里，空調(diào)狀態(tài)行駛180公里09年，30輛投入合肥公交線路，10輛交付大連宇通純電動大巴ZK6126EGA9，車身總長11.6米，2010年2月在河南新鄉(xiāng)運(yùn)行研發(fā)方向：“整車輕量化、驅(qū)動系統(tǒng)的低能耗、復(fù)雜工況的適應(yīng)性”2010年8月，江西萍鄉(xiāng)安源客車制造有限公司研發(fā)出純電動大巴一次充電可連續(xù)行駛300km左右，將用于宜春市客運(yùn)2009年，山東沂星研發(fā)成功電動大巴，重約13.5噸，其中電機(jī)重0.5噸，用鋁量2.5噸山東聊城中通電動大巴中通客車承擔(dān)國家十一五863計(jì)劃節(jié)能與新能源汽車重大項(xiàng)目“串聯(lián)混合動力客車產(chǎn)品開發(fā)”與“奧運(yùn)用純電動客車整車研發(fā)”項(xiàng)目2008年生產(chǎn)電動客車提供奧

7、運(yùn)會使用，現(xiàn)已批量生產(chǎn)電動客車輕量化意義電動客車輕量化意義降低運(yùn)行耗電量、提高降低運(yùn)行耗電量、提高續(xù)駛里程里程電動客車一次充電提供動力，提高續(xù)駛里程極其重要目前我國生產(chǎn)的電動大巴自重約13500kg，重量減輕10，能量消耗可降低6-9，行駛里程可相應(yīng)提高 。增加運(yùn)營能力增加運(yùn)營能力提高車輛行駛安全性與舒適性提高車輛行駛安全性與舒適性汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展契機(jī)：汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展契機(jī)：山東省是汽車消費(fèi)大省，目前傳統(tǒng)汽車產(chǎn)業(yè)不具備優(yōu)勢，將優(yōu)先發(fā)展新能源汽車環(huán)境壓力：環(huán)境壓力：山東省為人口大省，城市交通與環(huán)境壓力大，發(fā)展電動客車隊(duì)解決省內(nèi)公共交通以及尾氣減排具有重要現(xiàn)實(shí)意義；技術(shù)優(yōu)勢：技術(shù)優(yōu)勢：我省在電動汽車尤其是

8、客車領(lǐng)域位居全國前列，目前已經(jīng)有臨沂沂星、聊城中通與時(shí)風(fēng)以及濰坊北汽福田等企業(yè)先后投入研發(fā)與生產(chǎn)；鎂資源優(yōu)勢：鎂資源優(yōu)勢：山東省擁有豐富的鎂資源；政策優(yōu)勢：政策優(yōu)勢：山東省政府在關(guān)于推進(jìn)新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的若干意見中規(guī)定，到2011年山東省新能源汽車生產(chǎn)能力將達(dá)到5萬輛，新能源汽車在當(dāng)年新車中所占比重達(dá)到5%。電動客車輕量化的技術(shù)途徑電動客車輕量化的技術(shù)途徑輕量化途徑輕量化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)新材料的應(yīng)用優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)創(chuàng)新輕量化材料輕量化材料 鎂合金：最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料鎂合金：最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料 高比強(qiáng)度、高比剛度高比強(qiáng)度、高比剛度 優(yōu)異的阻尼性能優(yōu)異的阻尼性能輕量化動力電池系統(tǒng)動力部分電機(jī)外殼：主電機(jī)，傳

9、動電機(jī)減重 ：替代鑄鐵，減重約300kg鎂合金在電動客車上集成應(yīng)用鎂合金在電動客車上集成應(yīng)用車身框架鎂合金擠壓型材連接外裝和內(nèi)裝鎂合金板材減重：替代鋁合金，減重約600kg輕量化效果用鎂合金替代鑄鐵和鋁合金，預(yù)計(jì)整車用鎂合金500kg，減重900kg1,000kg2. 目標(biāo)開發(fā)鎂合金大型復(fù)雜鑄件、型材快速擠壓、真空壓鑄、低成本板材、低成本表面處理、連接、等一批鎂合金核心制備技術(shù)；實(shí)現(xiàn)大型電動客車鎂合金部件產(chǎn)業(yè)化；通過鎂合金部件的集成應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)電動客車的輕量化3. 關(guān)鍵問題與技術(shù)大尺寸鎂合金復(fù)雜鑄件鑄造技術(shù)車用鎂合金型材的快速擠壓技術(shù)鎂合金攪拌摩擦焊連接技術(shù)和自沖鉚接技術(shù)鎂合金板材的低成本生產(chǎn)技

10、術(shù)鎂合金產(chǎn)品的表面處理與涂裝一體化技術(shù)鎂合金材料在電動客車的集成應(yīng)用技術(shù)3.1. 3.1. 鎂合金型材制備技術(shù)鎂合金型材制備技術(shù)鎂合金型材力學(xué)性能鎂合金型材力學(xué)性能連接工藝性能連接工藝性能建議使用氬弧焊接、鉚接、膠粘連接等工藝；其中異型材連接可以采用鉚接，鎂合金型材連接可以采用氬弧焊接、板與骨架之間的連接采用點(diǎn)焊加膠粘焊縫性能測試分析焊縫性能測試分析樣品抗拉強(qiáng)度/MPa延伸率/%AZ31母材280.021.4AZ31焊接接頭225.013.8根據(jù)焊接經(jīng)驗(yàn)，采用脈沖鎢極氬弧焊機(jī)焊接工藝比較優(yōu)異，焊接接口強(qiáng)度可到材料本體強(qiáng)度85%以上，可以進(jìn)行板-板、板-管材、管材-管材之間的焊接，焊接厚度最小可

11、達(dá)1mm。表面處理與涂裝工藝表面處理與涂裝工藝微弧氧化后壓鑄件微弧氧化后壓鑄件電泳處理后壓鑄件電泳處理后壓鑄件鎂合金擠壓無縫管材鎂合金擠壓無縫管材 鎂合金擠壓無縫型材鎂合金擠壓無縫型材 3.4 3.4 型材彎曲工型材彎曲工藝藝車架部分管材需要彎曲，最大彎曲度出現(xiàn)在輪轂處，接近1m半圓。采用彎管機(jī)，可以多次彎曲，鎂合金彎曲需要預(yù)熱到150-200，可以采用電阻絲環(huán)預(yù)熱、電阻加熱（局部需要加熱區(qū)通過電流）等方式。4. 產(chǎn)業(yè)化前景和經(jīng)濟(jì)效益分析產(chǎn)業(yè)化前景產(chǎn)業(yè)化前景目前全國城市公交客車大約50萬輛，按每輛用鎂合金500kg計(jì)算，年需求鎂合金25萬噸。今后將達(dá)到80-100萬輛，年需求鎂合金4050萬噸

12、。 。根據(jù)我國汽車產(chǎn)業(yè)調(diào)整和振興規(guī)劃,到2012年，我國新能源電動汽車要達(dá)到年產(chǎn)150萬輛的規(guī)模。電動汽車（小型客車）以平均每車用鎂合金70-120kg計(jì)，鎂合金零部件的年消費(fèi)量將達(dá)10.5-18萬噸。研究成果可在城市軌道交通車輛和高速鐵路客車中推廣應(yīng)用從材料成本計(jì)算，鎂替代鋼鐵和部分鋁，基本不增加電動客車成從材料成本計(jì)算，鎂替代鋼鐵和部分鋁，基本不增加電動客車成本。本。 鎂合金代替鑄鐵：鑄鐵鑄件價(jià)格在6000-7000元/噸，鎂合金鑄件在2.4-2.6萬元/噸，兩者密度之比也在4:1左右，單件價(jià)格基本持平。 鎂合金管材、型材代替鋁合金管材、型材：從材料成本計(jì)算也基本相當(dāng)。鎂合金管材、板材的矯

13、直技術(shù)和表面處理成本比鋁合金稍高。 另一方面，由于電動汽車減重另一方面，由于電動汽車減重1000kg1000kg，使客車每天節(jié)約能源，使客車每天節(jié)約能源8%-8%-10%10%，節(jié)約運(yùn)行成本，節(jié)約運(yùn)行成本60-10060-100元。元。 推廣應(yīng)用后效益：按照推廣應(yīng)用后效益：按照6060萬輛計(jì)算，每天可節(jié)約萬輛計(jì)算，每天可節(jié)約36003600萬萬60006000萬，萬，每年節(jié)約每年節(jié)約130130220220億億 。經(jīng)濟(jì)效益分析經(jīng)濟(jì)效益分析山東省科學(xué)院新材料研究所山東省科學(xué)院新材料研究所v 負(fù)責(zé)人：楊院生，山東省輕質(zhì)高強(qiáng)材料設(shè)計(jì)與制備泰山學(xué)者v 研究人員：中青年為主的研發(fā)團(tuán)隊(duì)18人（博士11人，

14、碩士5人)v 與省內(nèi)汽車生產(chǎn)企業(yè)以及鎂合金生產(chǎn)加工企業(yè)組成了緊密的合作關(guān)系v 與國內(nèi)、美國、澳大利亞鎂合金優(yōu)勢研究單位，建立了合作關(guān)系5. 研究工作基礎(chǔ)輕質(zhì)高強(qiáng)材料研發(fā)平臺山東省輕質(zhì)高強(qiáng)材料設(shè)計(jì)與制備基礎(chǔ)條件建設(shè)重大專項(xiàng)山東省鎂產(chǎn)業(yè)自主創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟”理事長單位國家鎂合金聯(lián)盟理事單位國家鎂合金材料工程研究中心山東轉(zhuǎn)化中心山東省汽車行業(yè)協(xié)會汽車材料分會會員山東省汽車輕量化技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟理事單位鎂合金熔煉與制備設(shè)備鎂合金熔煉與制備設(shè)備設(shè)備與儀器條件設(shè)備與儀器條件630T鎂合金壓鑄機(jī)鎂合金壓鑄機(jī) 鎂合金壓鑄機(jī)車用缸體鎂合金壓鑄機(jī)車用缸體 80kg 熔爐熔爐 & 10kg 多功能熔煉裝置多功能熔煉裝置500kg 脈沖磁場連鑄機(jī)脈沖磁場連鑄機(jī)鎂合金鎂合金800T800T雙向擠壓機(jī)雙向擠壓機(jī)200200液壓機(jī)液壓機(jī)鎂合金低壓鑄造設(shè)備鎂合金低壓鑄造設(shè)備材料計(jì)算與模擬工作站材料計(jì)算與模擬工作站Thermo-Calc合金設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)合金設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)Anycasting成型模擬軟件系統(tǒng)成型模擬軟件系統(tǒng)V8進(jìn)氣管壓鑄過程溫度場模擬圖進(jìn)氣管壓鑄過程溫度場模擬圖 分析測試設(shè)備儀器分析測試設(shè)備儀器-組織分析儀器