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寶鋼新能源汽車材料解決方案——寶山鋼鐵股份有限公司 楊智輝

   日期:2019-08-20     來源:汽車材料網    評論:0       [ 進入汽車材料社區 ] [ 汽車材料館 ]
中國國際膠粘劑及密封劑展
核心提示:由中國汽車材料網主辦的“2019(第四屆)新能源汽車輕量化技術研討會”于7月25—26日在南京圓滿召開,現場邀請寶山鋼鐵股份有限公司 楊智輝 針對寶鋼新能源汽車材料解決方案做報告分享。
   【中國汽車材料網】由中國汽車材料網主辦的“2019(第四屆)新能源汽車輕量化技術研討會”于7月25—26日在南京圓滿召開,現場邀請寶山鋼鐵股份有限公司  楊智輝 針對寶鋼新能源汽車材料解決方案做報告分享。(以下文章為小編現場速記內容整理,未經本人審核)
  
  演講人:寶山鋼鐵股份有限公司 楊智輝
  
  演講主題:寶鋼新能源汽車材料解決方案
  微信圖片_20190820090833
  我的報告內容主要分成三部分,第一部分,新能源汽車發展對材料的需求,第二部分寶鋼新能源汽車用材實踐,最后一部分是關于未來新能源汽車領域的展望。
  
  中國的新能源汽車市場規模在全球上的占比一直是非常大的,從2009年開始起步,2018年銷售124萬輛,連續四年產銷量居世界第一,累計推廣接近300萬輛,占全球市場保有量50%以上。2018年中國新能源產品結構中,純電動乘用車銷量占據64%,純電動汽車總計占據78%,在中國新能源車領域占據主流地位,其中經濟型汽車占比較大。
  
  我們歸納電池包主要面臨的三個問題,成本,安全以及輕量化。電池包的成本不僅要考慮材料和工藝,還需考慮模具和補貼等因素。電池包的安全不僅要通過國標要求,而且要考慮整車環境下的安全性防護要求。電池包輕量化可以提高續航,但對續航的影響力不如電池和平臺。
  
  在電池包用材上,目前制約鋼應用的主要原因在于國家補貼及新能源車銷量較低帶來的模具攤銷問題。擠壓鋁由于模具便宜,材料密度低容易滿足電池系統能量密度補貼要求,目前用量較大。鋼的材料成本和工藝成本均低于鋁,且強度高、產線成熟度高、效率高。通過鋼與鋁強度、輕量化、成本對比,我們發現超高強度鋼比6系鋁合金在強度延伸率方面好,在連接工藝上,鋼的連接工藝是相對成熟的,鋁的成本高,連接技術的應用在國內還不夠成熟。
  
  2019年新能源汽車的財政補貼政策進一步退坡,2019年的補貼比2018年減半。2019年正式考核乘用車“雙積分”,國家新能源政策由鼓勵向強制轉變,在補貼取消及電動車銷量上升后,鋼材的競爭力將逐步體現。
  
  隨著現在汽車增加的電池包,它的整個重量相對于傳統的燃油車來說增加了300到500公斤左右,重量增加之后剎車的距離增大,這個也要求我們對電池包的保護要求比較高。通過鋁合金、普通高強鋼及先進高強鋼的抗拉強度對比,7系鋁合金的抗拉強度明顯不如普通高強鋼,對于鋼來說,沖壓高強鋼最高的的長度達到1500MPA熱成形材料可以達到1800Mpa。
  
  在安全方面,國標對電池包安全性能評價項目有16項,這些項目標準,經過多次的修改,現在已經變成強制標準,所以我們從這個方面來看高強鋼在安全性能方面跟其他材料相比有較大的優勢。
  
  其次是輕量化,我們認為對續航里程影響最大的就是電池,其次是平臺,最后是輕量化,然而輕量化對于續航里程的影響,我們認為并沒有想象中那么大,我們的競爭對手蒂森克虜伯做過一個研究,也在他們的官網上也發布出來了,他們研究認為新能源汽車每減重100公斤,續航里程的提升8KM左右,但是這個數值是否正確,我們不做爭議。我們對電池的重量變化對續航里程提升的結論,是認同的。為什么電池對續航里程的提升影響最大?我們來看幾個例子:
  
  日產聆風,它整個電池包的這個外形沒有變化,但是電池的種類換了,通過電芯將錳酸鋰改為鎳鈷錳,使得新款聆風帶電量提升,續航里程增加了接近50KM。老款聆風與新款相比因為材料選材的不同,新款聆風的重量反而增加,但是在續航里程上,卻超出老款聆風,由此可見電池對續航里程的重要性。
  
  第二個是Bolt車型與SPARK車型在同一平臺下,通過底盤優化設計,Bolt獲得比SPARK大的多的電池包空間,電動車全新平臺能獲得相對更大的電池包空間。其次輕量化,剛剛也提到Bolt這個車型,鋁的用量達到14%左右,除了鋁以外整個白車身采用都是鋼,它的電池包是鋼材。雪佛蘭Bolt車型白車身86%為鋼,電池包為上復合材料,下高強鋼結構,它的續航里程高達383Km,所以我們認為輕量化并不是提升續航里程最關鍵的因素。
  
  我們可以總結出:鋼的材料和工藝成本均低于鋁,強度高、產線成熟度高、效率高;國家補貼及新能源車銷量較低導致的模具攤銷較大是制約鋼材應用的主要原因;在補貼取消、新能源車銷量上升后,鋼材的成本優勢將愈發凸顯;高強鋼是兼顧成本、安全、輕量化的材料,在汽車新能源化后仍是適合用在汽車上的材料。
  
  接下來我向大家簡單介紹寶鋼在新能源汽車上的用材實踐,寶鋼所提供產品、工藝和服務一攬子解決方案包括:白車身、繼電器、電機、電池包、模組框架等。
  
  在介紹材料之前,我們先說一下新能源汽車和傳統燃油車在總成上的差異。與燃油車相比,純電新能源汽車淘汰了發動機、變速箱、傳動系統、油箱、排氣系統,新增電機及電池冷卻/加熱系統。整體裝備量增大,減重壓力更大。所以這些變化就會導致最后重量的變化。我們在分析新能源汽車與傳統燃油車的結構方面的差異時,傳統燃油車型中間部位有一個典型中通道,它的結構后板往下延伸,這些對于新能源汽車來說是不可能存在的,因為這個部位的延伸會導致電池包安裝空間變小。
  
  與傳統燃油車相比,新能源汽車白車身結構設計變化主要集中在下車體前板區域。受側面碰撞擠壓工況下安全特性要求,新能源車前地板及電池包框架超高強鋼應用將進一步增加。
  
  下面先介紹寶鋼汽車板材料,大家也比較熟悉,有25年汽車板、20年高強鋼以及15年超高強鋼的車用材料開發經驗,包含熱軋酸洗、冷軋、熱鍍鋅、熱鍍鋅鐵、電鍍鋅等,是國內唯一全品種車用材料企業。材料等級上也包括普冷1500MPa,熱鍍鋅1200MPa,電鍍鋅980Mpa。在能力上寶鋼是國內首家能同時批量生產第一、二、三代先進超高強鋼的企業。
  
  目前DP鋼、TRIP鋼、CP鋼、QP鋼等都是寶鋼研發的先進鋼材料。其中熱成形鋼開發主要用在車身結構件,尤其是防止侵入的安全結構件。能有效提高零件的抗碰撞性能且實現車身輕量化,與傳統方案相比能減重20-30%。寶鋼的熱成形鋼的開發,也經過多年研究實現了自己的能力,例如典型熱沖壓和先進熱沖壓開發等。
  
  寶鋼還開發VRB變厚板與激光拼焊,激光拼焊是將兩張以上不同厚度、不同材質、不同表面狀態的鋼板通過激光焊接成一塊整體板再成形,但是我們要注意的是,激光焊縫處有性能突變,它主要應用在前縱梁內板和B柱加強板;變厚板好處在于鋼板直接軋制成沿軋制方向上按預先定制的厚度連續變化的板材。但是它容易產生無焊縫和性能突變,只能變厚度,不能變材質和表面,它主要應用于前縱梁內板、車頂后橫梁、后縱梁和B柱內板等。
  
  除了這些先進的材料以外,我們還開發匹配了先進的成型技術作為材料的支撐,例如液壓成形、熱沖壓成形、輥壓成形等,目前已經有產線支撐,可以供貨的先進工藝。以及包括正在新開發的工藝包括熱輥彎成形、輥沖成形、氣脹成形等。
  
  除此以外還有表面技術,從鍍鋅板、熱鍍鋅、電鍍鋅以外寶鋼也開發了鋅鋁鎂鍍層(ZM),它在熱鍍鋅(GI)材料的基礎上增加Al、Mg含量以獲得全新的組織和更好的性能。寶鋼在電池殼用鋼材料上,經過14年的開發、生產與市場應用,專用鋼種成分,先進的組織和表面控制技術,確保材質純凈、性能穩定,無夾雜,無砂眼。以18650電池為代表的鋰電池鋼殼是其目前的典型應用,滿足高減薄輕量化的使用要求。除此之外寶鋼還開發了汽車繼電器用鋼-冷軋電磁純鐵,它主要用在新能源車和直流充電樁上的繼電器中,包括外殼、軛鐵和銜鐵等結構件,有效提高外殼件的抗電磁屏蔽性能,以及內部結構的電磁響應性能。目前可供的品種包括DT4E、DT4B、DT4H、DT4C全系列產品。寶鋼電磁純鐵產品具有高效,節能,環保,低成本的優勢。
  
  其次是電工鋼,主要應用于汽車驅動電機,寶鋼新能源汽車驅動電機用鋼研發與新能源汽車發展同步,從2010年開始批量供貨以來,市場占有率逐年提高,近三年維持在50%以上,已成為市場主流優選品牌。寶鋼已開發普通AV,高效AHV和高磁感APV三代新能源汽車驅動電機用鋼產品,厚度涵蓋從0.35mm到極薄0.20mm,涂層有H(含Cr)、M(無Cr環保)和Z(自粘接)三類,并已經實現了批量供應,適應低轉速到高轉速的新能源商用車和乘用車電機的發展需求。
  
  在電池包模組框架用鋼方面,寶鋼開發針對新能源電池組框架特點,開發了定制化專用牌號超高強鋼(DP-P),目前已通過國際用戶認證并批量供貨。寶鋼近期在做的鋁制與鋼制電池包方案,利用輥壓、熱輥彎工藝電池包進行對比。電池包框架梁應用擠壓鋁型材,形成封閉截面,在受到擠壓時,型腔結構提高抗侵入能力,且提高整體剛度;薄規格超高強鋼輥壓工藝,實現封閉截面的同時進一步提升結構安全性,通過厚度減薄重量接近鋁;應用熱成形鋼熱輥彎工藝,實現整圈邊梁一次輥彎成形。進一步提升安全性、節省焊裝工序及成本、解決焊接失效導致電池包進水問題,平臺化推廣方便。
  
  最后一部分給大家介紹一下,未來新能源汽車用材展望,主要分為三點,第一個是成本可控、二是多元材料復合,三是整車平臺化,未來汽車輕量化用材:鋁、鎂、碳纖維增強復合材料等多材料的技術路線。綜合考慮鋼材與鋁材的輕量化成本、制造技術(成形、連接)、強度重量比、全生命周期LCA,先進高強鋼(特別超高強鋼及熱成形用鋼)應用實現車身輕量化仍具有強勁競爭力。
  
  寶鋼目前在做BCB EV 純電動白車身,目的是希望將先進的材料和成熟的工藝應用在白車身上為用戶做展示,從2015年的第一代的白色身BCB到2018年基于白車身BCB我們改良開發的BCB plus,預計在明年10月份左右,我們會發布基于新能源汽車全新平臺,發布新一代BCB EV車身。
 
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