1、电动客车的镁合金轻量电动客车的镁合金轻量化化 周吉学（053188728308）山东省科学院新材料研究所山东省科学院新材料研究所汇报内容电动汽车镁合金轻量化背景与意义研究目标与主要内容关键技术产业化前景与经济效益分析研究基础与条件1.项目背景与意义传统汽车用油每年增长7%，2009年全球消耗约2亿吨。车辆排出的CO2占人类活动总排放量的20%以上，加剧 CO2温室效应新能源汽车：混合动力汽车(HEV)、燃料电池汽车(FCEV)、纯电动汽车(BEV)纯电动汽车被认为是新能源汽车最佳解决方案我国具有发展新能源纯电动汽车的优势，拥有自主产权的电动客车生产技术国务院在发布关于加强培育和发展战略性新兴产
2、业的决定，将新能源汽车列为七大战略新兴产业之一，为优先发展领域和国民经济的先导产业。汽车产业调整和振兴规划:到2011年要形成50万辆产能的新能源电动汽车，产量占乘用车产量的5%5%左右。财政部节能与新能源汽车示范推广财政补助资金管理暂行办法，对新能源客车每辆最高补贴60万元我国启动了“十城千辆”新能源汽车示范推广工程，目前试点城市25个，济南位列其中。公共服务用乘用车和轻型商用车示范推广补助标公共服务用乘用车和轻型商用车示范推广补助标准（单位：万元准（单位：万元/辆）辆）节能与新能源汽车类型节油率最大电功率比BSG车型10%-20%20%-30%30%-100%混合动力汽车5%-10%0.4
3、10%-20%2.83.220%-30%3.23.64.230%-40%4.24.540%以上5.0纯电动汽车100%6.0燃料电池汽车100%25.0十米以上城市公交客车示范推广补助标准十米以上城市公交客车示范推广补助标准（单位：万元（单位：万元/辆）辆）节能与新能源汽车类型节油率使用铅酸电池的混合动力系统使用镍氢电池、锂离子电池/超级电容器的混合动力系统最大电功率比20%-50%最大电功率比50%以上混合动力汽车10%-20%52020%-30%7253030%-40%8303640%以上3542纯电动汽车100%50燃料电池汽车100%60公共服务用乘用车和轻型商用车示范推广公共服务用乘
4、用车和轻型商用车示范推广补助标准（单位：万元补助标准（单位：万元/辆）辆）注：最大电功率比30%以上混合动力汽车补助标准均含plug-in。十米以上城市公交客车示范推广补助标准十米以上城市公交客车示范推广补助标准（单位：万元（单位：万元/辆）辆）注：注：最大电功率比最大电功率比50%以上混合动力汽车补以上混合动力汽车补助标准均含助标准均含plug-in。国内外部分车企电动汽车推出时间计划国内外部分车企电动汽车推出时间计划2001年:我国启动“863”计划电动汽车重大专项2006-2007:中国自主研制的纯电动、混合动力和燃料电池三类新能源汽车整车产品相继问世;2008年:新能源汽车在国内已呈全
5、面出击之势。国内已经有将十余家企业先后开发生产电动客车，其中山东省目前在电动客车研制与产业化方面处于国内前列。上汽电动大巴上汽研制成功纯电动大巴和燃料电池大巴，已投入试运行。2010年，上汽投入世博120辆电动大巴，整车重量13900kg，最高车速80km/h.比亚迪首辆电动大巴（代号K9）于09年底下线，车身长12米，重18000kg。深圳市已确定采购，首批交付1000辆比亚迪长沙生产基地，投资30亿元，总面积约4平方千米，生产电动大巴与客车底盘以及轿车等，年产量约40万辆。动力系统采用磷酸铁锂电池+超级电容最高时速可以达到100Km/h充电时间不到4个小时，一次充电行驶200300公里，空
6、调状态行驶180公里09年，30辆投入合肥公交线路，10辆交付大连宇通纯电动大巴ZK6126EGA9，车身总长11.6米，2010年2月在河南新乡运行研发方向：“整车轻量化、驱动系统的低能耗、复杂工况的适应性”2010年8月，江西萍乡安源客车制造有限公司研发出纯电动大巴一次充电可连续行驶300km左右，将用于宜春市客运2009年，山东沂星研发成功电动大巴，重约13.5吨，其中电机重0.5吨，用铝量2.5吨山东聊城中通电动大巴中通客车承担国家十一五863计划节能与新能源汽车重大项目“串联混合动力客车产品开发”与“奥运用纯电动客车整车研发”项目2008年生产电动客车提供奥运会使用，现已批量生产电动
7、客车轻量化意义电动客车轻量化意义降低运行耗电量、提高降低运行耗电量、提高续驶里程里程电动客车一次充电提供动力，提高续驶里程极其重要目前我国生产的电动大巴自重约13500kg，重量减轻10，能量消耗可降低6-9，行驶里程可相应提高。增加运营能力增加运营能力提高车辆行驶安全性与舒适性提高车辆行驶安全性与舒适性汽车产业发展契机：汽车产业发展契机：山东省是汽车消费大省，目前传统汽车产业不具备优势，将优先发展新能源汽车环境压力：环境压力：山东省为人口大省，城市交通与环境压力大，发展电动客车队解决省内公共交通以及尾气减排具有重要现实意义；技术优势：技术优势：我省在电动汽车尤其是客车领域位居全国前列，目前已
8、经有临沂沂星、聊城中通与时风以及潍坊北汽福田等企业先后投入研发与生产；镁资源优势：镁资源优势：山东省拥有丰富的镁资源；政策优势：政策优势：山东省政府在关于推进新能源汽车产业发展的若干意见中规定，到2011年山东省新能源汽车生产能力将达到5万辆，新能源汽车在当年新车中所占比重达到5%。电动客车轻量化的技术途径电动客车轻量化的技术途径轻量化途径轻量化结构设计新材料的应用优化设计结构创新轻量化材料轻量化材料 镁合金：最轻的金属结构材料镁合金：最轻的金属结构材料 高比强度、高比刚度高比强度、高比刚度 优异的阻尼性能优异的阻尼性能轻量化动力电池系统动力部分电机外壳：主电机，传动电机减重：替代铸铁，减重约
9、300kg镁合金在电动客车上集成应用镁合金在电动客车上集成应用车身框架镁合金挤压型材连接外装和内装镁合金板材减重：替代铝合金，减重约600kg轻量化效果用镁合金替代铸铁和铝合金，预计整车用镁合金500kg，减重900kg1,000kg2.目标开发镁合金大型复杂铸件、型材快速挤压、真空压铸、低成本板材、低成本表面处理、连接、等一批镁合金核心制备技术；实现大型电动客车镁合金部件产业化；通过镁合金部件的集成应用，实现电动客车的轻量化3.关键问题与技术大尺寸镁合金复杂铸件铸造技术车用镁合金型材的快速挤压技术镁合金搅拌摩擦焊连接技术和自冲铆接技术镁合金板材的低成本生产技术镁合金产品的表面处理与涂装一体化
10、技术镁合金材料在电动客车的集成应用技术3.1.3.1.镁合金型材制备技术镁合金型材制备技术镁合金型材力学性能镁合金型材力学性能连接工艺性能连接工艺性能建议使用氩弧焊接、铆接、胶粘连接等工艺；其中异型材连接可以采用铆接，镁合金型材连接可以采用氩弧焊接、板与骨架之间的连接采用点焊加胶粘焊缝性能测试分析焊缝性能测试分析样品抗拉强度/MPa延伸率/%AZ31母材280.021.4AZ31焊接接头225.013.8根据焊接经验，采用脉冲钨极氩弧焊机焊接工艺比较优异，焊接接口强度可到材料本体强度85%以上，可以进行板-板、板-管材、管材-管材之间的焊接，焊接厚度最小可达1mm。表面处理与涂装工艺表面处理与
11、涂装工艺微弧氧化后压铸件微弧氧化后压铸件电泳处理后压铸件电泳处理后压铸件镁合金挤压无缝管材镁合金挤压无缝管材 镁合金挤压无缝型材镁合金挤压无缝型材 3.4 3.4 型材弯曲工型材弯曲工艺艺车架部分管材需要弯曲，最大弯曲度出现在轮毂处，接近1m半圆。采用弯管机，可以多次弯曲，镁合金弯曲需要预热到150-200，可以采用电阻丝环预热、电阻加热（局部需要加热区通过电流）等方式。4.产业化前景和经济效益分析产业化前景产业化前景目前全国城市公交客车大约50万辆，按每辆用镁合金500kg计算，年需求镁合金25万吨。今后将达到80-100万辆，年需求镁合金4050万吨。根据我国汽车产业调整和振兴规划,到20
12、12年，我国新能源电动汽车要达到年产150万辆的规模。电动汽车（小型客车）以平均每车用镁合金70-120kg计，镁合金零部件的年消费量将达10.5-18万吨。研究成果可在城市轨道交通车辆和高速铁路客车中推广应用从材料成本计算，镁替代钢铁和部分铝，基本不增加电动客车成从材料成本计算，镁替代钢铁和部分铝，基本不增加电动客车成本。本。镁合金代替铸铁：铸铁铸件价格在6000-7000元/吨，镁合金铸件在2.4-2.6万元/吨，两者密度之比也在4:1左右，单件价格基本持平。镁合金管材、型材代替铝合金管材、型材：从材料成本计算也基本相当。镁合金管材、板材的矫直技术和表面处理成本比铝合金稍高。另一方面，由于
13、电动汽车减重另一方面，由于电动汽车减重1000kg1000kg，使客车每天节约能源，使客车每天节约能源8%-8%-10%10%，节约运行成本，节约运行成本60-10060-100元。元。推广应用后效益：按照推广应用后效益：按照6060万辆计算，每天可节约万辆计算，每天可节约36003600万万60006000万，万，每年节约每年节约130130220220亿亿 。经济效益分析经济效益分析山东省科学院新材料研究所山东省科学院新材料研究所v 负责人：杨院生，山东省轻质高强材料设计与制备泰山学者v 研究人员：中青年为主的研发团队18人（博士11人，硕士5人)v 与省内汽车生产企业以及镁合金生产加工企
14、业组成了紧密的合作关系v 与国内、美国、澳大利亚镁合金优势研究单位，建立了合作关系5.研究工作基础轻质高强材料研发平台山东省轻质高强材料设计与制备基础条件建设重大专项山东省镁产业自主创新战略联盟”理事长单位国家镁合金联盟理事单位国家镁合金材料工程研究中心山东转化中心山东省汽车行业协会汽车材料分会会员山东省汽车轻量化技术创新联盟理事单位镁合金熔炼与制备设备镁合金熔炼与制备设备设备与仪器条件设备与仪器条件630T镁合金压铸机镁合金压铸机 镁合金压铸机车用缸体镁合金压铸机车用缸体 80kg 熔炉熔炉&10kg 多功能熔炼装置多功能熔炼装置500kg 脉冲磁场连铸机脉冲磁场连铸机镁合金镁合金800T8
15、00T双向挤压机双向挤压机200200液压机液压机镁合金低压铸造设备镁合金低压铸造设备材料计算与模拟工作站材料计算与模拟工作站Thermo-Calc合金设计软件系统合金设计软件系统Anycasting成型模拟软件系统成型模拟软件系统V8进气管压铸过程温度场模拟图进气管压铸过程温度场模拟图 分析测试设备仪器分析测试设备仪器-组织分析仪器组织分析仪器德国蔡司扫描电子显微镜德国蔡司扫描电子显微镜（配备牛津（配备牛津EDS、EBSD）蔡司电子光学显微镜蔡司电子光学显微镜体视显微镜体视显微镜离子溅射仪离子溅射仪性能测试设备性能测试设备 2011年：疲劳试验、万能硬度分析仪高温电子万能试验机高温电子万能试验机低温冲击实验机低温冲击实验机表面处理设备：微弧氧化与表面涂装一体化设表面处理设备：微弧氧化与表面涂装一体化设备备微弧氧化后压铸件微弧氧化后压铸件电泳处理后压铸件电泳处理后压铸件请指正！请指正！
