中國壓鑄雜志
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一肖中特是否骗人:電動汽車對德國鑄造行業的影響

作者:admin 來源:原創 發表時間:2018-11-15

 
自1886年德國發明家卡爾•奔馳的奔馳專利汽車1號問世以來,汽車就成為我們社會的基石。目前,傳統的內燃機仍然在車輛中占據主導地位。但是摒棄了內燃機之后,具有廣泛而深遠發展趨勢的電動汽車正日益為德國汽車工業及其供應商帶來新的挑戰。德國鑄造行業作為汽車行業的主要供應商,直接受其波動和趨勢的影響。與任何發展趨勢一樣,電動化同樣帶來了機遇和風險。
鑄造行業正面臨著深遠的變化。到目前為止最大的變化是汽車電動化趨勢。電動汽車發展的推動因素很多, 除了氣候變化帶來的不可預見后果,資源稀缺和價格波動,還有城市化以及社會責任的承擔。重要的是,作為城市生活方式的一部分,年輕一代越來越關注可持續的交通方式。此外,歐洲委員會和歐洲議會于2009年4月23日起正式通過了減少小型汽車二氧化碳排放量的法規(圖1),這為電動汽車打開了發展之門,同時給汽車行業及其供應商帶來了相當大的壓力。該法規規定,到2021年,二氧化碳排放量必須減少到平均95克/公里。二氧化碳排放量95克,相當于每100公里消耗4.1升汽油或3.6升柴油。如果不銷售電動汽車,專家們認為這些目標值是無法實現的。


汽車動力分析
電動汽車的發展伴隨著驅動技術的巨大變化,這將對鑄造行業產生重大影響。其原因在于,根據驅動技術的不同,一些動力總成系統中的組件被取代?;旌隙ζ凳侵煨幸翟齔さ耐貧?,因為兩種推動技術-內燃機和電動機-同時應用在混合動力汽車中。由于空間的原因,增加的電動機僅僅作為附加部件嵌在變速箱和聯軸器之間。
圖2為不同驅動技術一覽圖 - 從傳統的動力總成系統,到混合驅動,直至純電動汽車。
 

 
汽車部件使用情況分析
盡管內燃機極其可能在未來數年將繼續被作用驅動器使用,并將持續進行優化,但其作為產生驅動能量唯一解決方案的重要性將會降低。
圖3展示了與電池電力驅動相比,傳統動力驅動系統中所使用的鑄件情況。與傳統動力系統相對,電池電力驅動系統組件數量顯著減少。
 


 
傳統驅動裝置中的鑄件
內燃機汽車驅動系統中最重要的部件是發動機和變速器。車輛中大部分的鑄件都被組裝在這兩大部件中。
對于發動機本身,輔助機組以及變速箱的各種組件都是通過鑄造進行生產的。這包括驅動裝置中最大的兩個組件,曲軸箱和變速箱。總的來說,根據發動機和變速器的不同設計,所組裝的鑄件超過30個(圖3)。對于內燃機,可以減少以下部件(圖4):
>帶集成閥驅動??櫚鈉漬指?;
>冷卻液泵???;
>氣缸蓋;
> 進氣集成???;
>曲柄連桿機構;
>油槽???;
>排氣集成???;
>氣缸體曲軸箱;
> 控制和輔助驅動???。
 



 
 
電力驅動裝置中的鑄件
與帶內燃機的車輛相比,電池電力汽車取消了易磨損和/或成本密集型部件,如發動機缸體,變速箱和燃料箱。這不僅帶來了成本優勢,而且至少部分抵消了電池的較大重量。帶電動機的動力總成系統在最多情況下包含以下鑄件(圖5):
>用于連接電力電子設備的插槽;
>變速箱;
>蓋板;
>外殼;
> 轉子;
> 角形連接器;
> 定子, 磁活性元件;
> 帶冷卻系統的內殼。
電池外殼:
電池是一輛電力驅動車輛的最大部件。盡管在BEV(電池電動車輛)中取消了大量部件,但是也存在新的應用和挑戰。圖6展示了薄壁電池外殼,通過冷卻流道局部實現了電池調溫。
 

 
電力電子部件:
在電力電子部件中裝有為發動機提供電池能量所需的元件(圖7)。在所有電動汽車中,敏感的電子元件被安裝在堅固的外殼中。這一外殼根據不同的結構設計,由鑄件,金屬板以及部分塑料組成。通常,需設計冷卻結構以冷卻電力電子部件時,需要使用鑄件。
 

 
變速器:
變速器是內燃機中最復雜的部件之一,在電動汽車中的尺寸要小許多,也簡單很多(圖8)。在電動汽車中,變速器僅用作減速器,即,發動機相對高的速度被轉換為較低的速度。這種轉換通常是持久性的,因此沒有切換操作,從而不再需要離合器。

 

 
不同驅動技術下的鑄件應用
本章節比較了與鑄造部件相關的驅動技術。其目的是,通過取消或增加的組件來直接比較鑄造部件的重量,從而展現對于鑄造行業的可能影響。
圖9中的比較情況表明,通過電動化,鑄件重量預計減少約35%。不同驅動方式下,鑄件重量的直接比較顯示,經典內燃機到緊湊型轎車全混合動力的改變,使得鑄件重量增加了約27%。
 



 
通過完全電動化,重量減少將達到52%(圖10)。圖11展示了對中級轎車中鑄件的分析情況。通過電動化,鑄件重量發生了很大改變。在混合動力汽車中,除了傳統的內燃機之外,增加的一些部件,比如電池外殼,電力電子部件外殼和電動機,使得鑄件重量平均增加了約21%。在完全電力驅動的情況下,內燃機的取消使得動力總成系統中鑄件重量平均減少約44%(圖12)。

 
 




 
車身輕量化鑄件的應用
結構件是壓鑄工藝的最新應用領域。早先通過壓鑄來生產結構部件是不可想象的。通常,車身幾乎完全由鋼板組成,鋼板通過各種成形和連接工藝組裝成一體。而如今,材料和制造工藝的多樣性都有所增加。
圖13顯示了車輛結構中各種潛在的鑄造部件都比較大。為了在2021年之前將車輛的二氧化碳排放量減少到95克/公里,原始設備制造商必須減輕車輛重量。
 


 
輕量化的車身鑄件示例如下:
>內門板;
>縱梁;
>減震塔;
>通風裝置外殼,
>底盤橫梁,
>敞篷車支架,
>敞篷車頂蓋和
>輪轂。.
 
2025德國汽車行業預測
在不發生全球政治變化的情況下,考察德國境內電動汽車領域的變化,原始設備制造商將在2021年之前, 通過相應數量電動汽車的投放,來實現聯邦政府要求的95克/公里二氧化碳排放量。傳統汽車將與電動汽車并行地被保留在市場上,并進一步予以優化。
在圖14中可以看到對全球發動機產量所進行的預測。這一預測以IHS(埃士信)公司所進行的調查和AVL(李斯特)公司的內部分析作為基礎。根據分析,2025年全球范圍內用于不同類型車輛的內燃機產量將達到1億臺。根據這一預測,可以估計,到2025年,汽車鑄件的市場增長率約為23%。不同類型車輛中,例如插電式混合動力車和全混合動力車,所增加的鑄造部件將使得對鑄造產品的需求增加。
 

 
結論
對于輕量化的結論
到目前為止,盡可能多地采用輕量化部件,會是電動汽車達到理想行駛里程的關鍵。
較高的電池重量意味著可能較高的車輛重量,也就意味著在碰撞模擬試驗中較高的車輛負載。更高的電池系統重量會對軸向載荷和有效載荷產生額外的負面影響。為此可以采用最高比例的車身輕量化解決方案。
因此,輕量化這一課題以及利用新材料開發新的輕量化概念將成為汽車工業中越來越重要的分支。
 
對于德國鑄造業的分析
關于對德國鑄造業的影響,可以說無論未來情況如何,產品類型早已發生變化。縮小尺寸和材料復合如今已影響到了那些經典的鑄造部件,并成為電動汽車的先行部件。不管是電動汽車,還是混合動力汽車都必須變得更輕,以補償電池所增加的重量,并延長行使里程。除了電動汽車不再需要的部件外,壓鑄工藝還提供了作為鑄造工藝滿足輕量化這一趨勢要求的可能性。由于可以實現極小的壁厚,通過部分復雜冷卻流道實現電池調溫的薄壁電池外殼和支架,顯示了鑄件的未來潛力。另外電動機本身也具有相應的潛力,因為這里也同樣能夠集成冷卻流道和其它一些功能。鑄造工藝為部件輕質化設計提供了多種可能性。它允許高度的設計自由度,以便將合適的材料放置在合適的位置,并有助于將多個功能集成到一個部件中。對于德國鑄造業來說,一些部件確實會在電動汽車中消失。但是盡管如此,通過相應的外形調整,在電動汽車中的需求仍將存在。
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