电动+数字化+铝材 话说未来的汽车与铝

　　燃油汽车尾气是健康杀手

　　美国近期的一项研究指出，2015年全世界约有38.5万人因汽车尾气排放造成的空气污染过早死亡，其中柴油车的排放是头号杀手。研究人员说，交通污染造成的医疗负担在2015年达到了1万亿美元。美国有2.2万人死于交通运输装备排放污染，其中43%与柴油车有关；印度因汽车尾气而过早死亡的人数为7.4万、德国为1.3万、意大利为0.78万、法国为0.64万、中国为11.4万。由此可见，改善环境，延长人类寿命，杜绝汽车尾气导致一部分人的过早死亡是一件多么重要的大事。

　　电动汽车将逐步替代化石燃料车

　　减少温室气体CO2排放或杜绝其排放的最佳办法，就是淘汰燃油车改用新能源车即电动车。现在已有多个城市和国家宣布即将出台禁止销售新的汽油和柴油汽车的规定，许多地方设定的期限是2030年之前，如柏林、巴黎、伦敦等，甚至有些国家的军队都准备将逐步淘汰燃油车。

　　据外电报道，英国陆军参谋长今年9月在一次会上说，陆军可能逐步淘汰汽油和柴油车辆，以吸引环保人士应召入伍；英国陆军上将说：“我们目前的装备计划可能是最后一批依赖化石燃料的计划。”他说，“淘汰燃油车会给英军带来相当大的作战好处，比如减少了我们的后勤拖累，也让陆军在环境问题上站在了正确的一边，尤其是在下一代新兵眼中，因为他们越来越多地根据雇主在环境问题上的信誉做出职业决定。”

　　全世界都在奋力发展电动车

　　目前全世界都在奋力发展新能源/电动汽车，将对世界能源格局变化产生深远的影响。2016年，中国电动汽车销量突破50万辆，2020年的产量可达260万辆，产销量都约占世界的50%。中国原则上不再核准新建燃油汽车项目，当然个别的例外，特别是外资企业，欧盟的产量可超过90万辆。随着制造商为避免排放新规的严格苛刻罚款而增加电动车产量，大众汽车公司、戴姆汽车公司和本田汽车公司都在2019年法兰克福车展上亮出它们的新版电动车。据欧洲运输和环境组织称，2019年上半年欧盟销售了约20万辆电动汽车和以电动为主的插电式混合动力汽车。根据新规，汽车制造商必须将其所有车型的平均CO2排放量降至95g/km以下，否则将面临罚款，每超标1g/km的罚款额为95欧元乘以该公司在欧盟的该车型销量。

　　现在全球出现在市场上的电动汽车和混合动力汽车有四五十种，尤以中国的居多。著名品牌的国外电动车：

　　保时捷新款电动车

　　保时捷汽车公司（Porsche）是一家德国企业，也有把它译为波尔舍公司的，在发展电动汽车方面是走在前面的公司之一。早在2015年法兰克福车展上因亮出Mission E概念车大出风头，四年后的今天，该公司又于今年9月4日对外宣称，将推出新版的被称为Taycan电动车，可于今年12月交付。这是一款令人印象深刻的电动车，是公司的德国楚芬豪森汽车厂生产的，它能够在短时间连续承受26次在2.6秒内从0到96km/h的加速，可以在7分42秒的时间内跑完纽博格林赛道，而不会给锂电池组造成过重的负担。

　　Taycan（泰康）电动车的系统电压为800V，而全球其他电动车的电压几乎全是400V。电压高的好处之一是充电时间更短--目前充电功率可高达270kW，但保时捷公司认为应该能达到400kW~500kW；另外，由于电线更细，也减轻了质量，改进了封装。

　　泰康电动车的电池组位于常规位置--汽车的前后轴之间。电池组总功率93.4kWh，有396个64.6A.h锂离子软包电池，标称电压723V，最大输出功率620kW。电池组总质量620kg,被置于单层托盘上，因而便于装配和维护。这种电池有自己的低温液体冷却电路，同时也可以冷却汽车的直流变换器和升压器。

　　Tesla（特斯拉）系列电动汽车

　　在今年8月29日开幕的世界人工智能大会上，特斯拉汽车公司首席执行官E·马斯克说，世界上大概50%的电动车都是在中国制造的，他对在上海建设超级工厂一事感到非常高兴。

　　特斯拉汽车公司在上海郊区建的电动汽车制造厂可于2019年12月投产，是外商在中国建的首个这类工厂，将批量生产价位较低的小型电动轿车Model 3，还可计划在2020年生产小型多功能运动车（SUV）Model Y，其售价仅为高级版SUV Model X的一半，肩负着开拓中国电动汽车市场的重任。特斯拉公司目前在中国的销售势头良好，2019年上半年销售电动汽车2.1万辆，比去年同期上升一倍有余，越来越多的中国消费者开始对特斯拉的产品感兴趣。在中美贸易摩擦激化的背景下，美国特斯拉汽车公司在中国建首个外资企业有着不同凡响的意义，展现了中国在汽车领域的开放姿态。另一方面也在通过国有企业的重组为未来更加激烈的竞争做准备。中国政府将于2022年撤销针对汽车领域外资企业的限制，并于2018年在电动汽车等新能源汽车行业率先施行。德国宝马汽车公司也已与中方合作伙伴达成共识，将在中国的合资企业出资比例提高到7.5%。

　　另外，前途K50是中国首款纯电动超级跑车，其中不少铝材与零件是辽宁忠旺集团提供的。前途汽车公司正在美国建K50跑车生产厂，2020年投产。伦敦商品研究所预测，2030年全世界电动汽车及混合动力汽车的用铝量将为2018年的10倍达到1000万吨。

　　其他外资汽车企业也在通过合并等方式加强在中国的业务，预计2020年投放30款以上新能源车型，2025年实现40款车型的本地生产。各外资公司电动车销量也在上升：日本丰田汽车公司2019年上半年同比增加了9000辆，从2019年春季开始，在中国开卖插电式混合电动汽车，并将于2020年推出量产型电动力汽车，还计划在2025年前总共推出10款以上的新能源汽车。

　　GFG STYLE Kangroo电动超级SUV车

　　在2019年3月7日于瑞士日内瓦举行的第89届车展（GMS）上，电动超级SUV（electric-hyper-SUV）车GFC STYLE Kangaroo备受关注，它具有电动车的节能效果、赛车的性能、可在不平坦路面上奔跑，可在3.5s时间内由0加速到100km/h，最高速度250km/h，结构骨架由铝合金型材打造，车身用碳纤维增强复合材料制造，车轮距离558.8mm，车内仅可乘坐2人。液压悬挂系统可升降，离地面高度可从139.7mm提升到259mm。

　　中国车企前后受夹击，陷入苦战

　　中国新能源车的产销量分别占全世界的50%以上，据粗略调查与估算，生产新能源汽车的企业超80家，其中新兴电动汽车制造公司就有近60家。他们日子不好过，苦苦挣扎的原因不外乎三点：外资企业纷纷登陆大陆，奋力加强攻势，抢占市场，他们的技术成熟，可在很短时间内拿出产品，占领有利的市场地位，中国企业很难取胜，例如在新能源车市场排名第三的上汽集团，2019年上半年的销售增幅仅7%，排在第二位的北汽集团的增幅也没有超过15%。销售低迷导致资金短缺，据有关部门公布的统计，2019年1月~6月中旬，中国电动汽车制造业的融资总额约为7.8亿美元，同比减少近90%。新兴车企中的上海蔚来汽车公司的电动车在行驶中接连发生几起自燃事故，不得不召回约4800辆车，裁员1000人，相当于员工总数的10%。百度等出资的威马汽车公司也因为行驶过程中突然失控等质量问题，不断遭到客户投诉，麻烦不断。第二个原因是补贴阶段性下调，且将在2020年年初彻底停发。第三是政府调整了政策，2018年中国执行了新的政策，要求汽车制造公司生产的新车中必须包含一定比例的新能源汽车。虽然允许未达标企业可以从超额完成目标的企业购买“积分”，但是由于新政策推迟到2019年执行等原因，很多新兴企业就无法指望依靠出卖“积分”增加收入了。由于这些原因，新能源汽车制造公司掉进了供给过剩的陷阱，经营能力较差的企业很可能被淘汰，而真正有实力的企业就会越来越强，形成气候。

　　未来的汽车

　　由于在2019年9月12日~22日在德国法兰克福车展上可以看出未来汽车的发展端倪，电动与数字化是汽车的未来，我们也可粗浅地认为，它是用电机驱动的；全自动无人驾驶的，只要你以数字形式输入目的地，就会走最短的路线以最合适的速度准确地平安到达，如果中途有什么更改，只要输入指令，就会按指令办，丝毫不差；电由蓄电池供给，车身就是电池的一部分，充一次电就可以行驶半年以上，充电方便极了，马路上的灯杆就是充电桩，甚至马路也有充电功能，一边行驶，一边充电，2023年以后，使用电动汽车的成本将低于拥有汽油动力汽车的成本；为了节约电，电动车宜在保证安全与各项性能均符合所有标准及规范条件下尽量轻些。

　　自动无人驾驶

　　一批汽车制造企业包括优步、特斯拉及谷歌隶属的“出行新方式”公司在内的公司都在开发这项技术。优步和“出行新方式”公司已经开始向经过选拔的乘客服务，尽管作为额外的安全措施，在司机座位上还坐着一个人。其他多家公司也计划今后5年内将商用自动驾驶汽车推向市场。

　　铝材与复合材料助推自动无人驾驶汽车上路

　　现在的电动汽车的主要结构都是全铝打造的，或是用的材料中80%以上为铝，其余的不到20%为复合材料，当然钢材与其他材料也是不可或缺的。所谓全铝打造就是在现有技术、确保安全与乘坐舒适的条件下，凡是可用铝合金制造的零部件都用上了铝。目前，铝是制造电动车性价比最佳的材料，当然还有复合材料，不过当下复合材料价格高昂，废料回收与再生利用问题还没有完全解决，不利于材料循环利用。因此，在未来汽车的用材中，2030年以前铝材无疑唱主角，2031年~2035年，铝材与复合材料平分秋色，2035年以后复合材料很可能会成为主角。

　　上海将率先让无人驾驶汽车满街跑

　　据国外媒体英国《金融时报》网站2019年9月17日报道，上海将是中国首个发放牌照允许自动驾驶汽车在该市街道上运送货物和乘客的城市。新华社报道称，中国上海汽车制造公司、德国宝马汽车公司和网约车公司滴滴出行是首批获颁智能网络汽车“示范应用”牌照的企业。

　　近年来，全球一些汽车制造公司投巨资开发自动驾驶技术，看来该技术将引领全球汽车运输业。美国已有六七个城市如菲尼克斯、旧金山、底特律、匹兹堡和帕洛阿尔托等都已经发放了牌照。

　　永磁电机将被淘汰

　　当今的电动车都是用永磁电机，它的主要缺点之一是有反电动势，阻碍导体中的电流，导致车无法达到高的速度，想要提速就必须减小磁场，以降低反电动势，但这需要电能，结果电机效率下降，蓄电池用的时间缩短；第二大缺点是永磁体会因电机发热而消磁，因此需要强大的冷却系统，当电动车开始突然降速，意味着磁体过热，无法正常提供运转，测试结果表明，俄罗斯2018年发明一种电动车用的新电机在150℃时仍维持良好的运转性能，而现用的永磁电机在100℃时就停止运转。它的优点如下：该电机为产生运转的磁场不用永磁体，而是铜线圈；汽车的续航能力提高15%；不会因过热而突然停车，不需要复杂的昂贵的冷却系统；价格低，仅为传统永磁电机的1/3~1/4，新电机的售价约为8600元/台，而传统永磁电机的售价约为32260元/台。俄罗斯的新型电机是莫斯科鲍曼理工大学工业电气工程教研室发明的。

　　车身将成为电池的一部分

　　现在的电动车中，电池的托盘是一个最大与最重的结构件，约占车总质量的1/5~1/4，如果没有单独的电池组件，那该多好多省事。瑞典查默斯理工学院的科学家真的提出一种奇思妙想理念，他们认为，让车身成为电池一部分是很可能的。这样车身不仅仅是一个承重部件，还将充当电池的一个重要部件，可以大大减轻车的净质量，这可是一大跨越，最多减重可达50%。

　　飞行汽车与水上“飞的”即将到来

　　在今后几年中，技术进步或许足以把一部分日常交通搬到天上或河面。现在美国一些公司如特斯拉汽车公司等正打造所谓的“城市空中交通（UAM）”方案，其中的运载工具可快捷地从空中将乘客安全地送到目的地，这种飞行电动汽车在地面是出租汽车，在空中是运送乘客的飞行器。据称，目前美国有100多种可向人们提供传统交通工具之外的替代飞行器正在研发中。

　　2019年8月以来，巴黎正在测试一种“飞行的”水面出租电动车，名为“海上泡泡（Sea Bubbles）”的交通工具，2020年春季将在巴黎开始正式运营，在水上是一种银白色的小艇，在路面是一辆电动出租车，装上无人驾驶软件，就可以自动行驶。“海上泡泡”可容纳司机与4名乘客，在水上行驶时犹如在高出水面处“漂浮”，最大速度30km/h，没有噪声没有污染，据说日内瓦与鹿特丹等地也将建设这种“海上泡泡”运输系统。

　　外观与内饰啥样

　　无论外表还是内饰，未来无人驾驶电动车都会与现在马路上跑的车有所不同。当今的汽车与2030年的第一个重大差别是它们的名字，未来认可度最高的汽车品牌可能是特斯拉、苹果、戴森与谷歌。怎么看起来它们也会与现在的不太一样，外表上，空气进入系统和为发动机降温的前格栅没有了，摄像头与传感器取代了后视镜，车窗也可以更大了，让坐在原驾驶室内的乘客可以大饱眼福，欣赏车外风景，也可以为保护隐私将车窗设计得小而不能再小。梅赛德斯公司推出的Vision URBANETIC概念车就体现了这些外观形貌，它是一种模块化车辆，为适应运送货物和人员的不同需要可以方便地变换车身。

　　车的内部随心所欲地变动，有些车可以一键定制颜色、光线、隐私元素和布局。沃尔沃公司新近面世的360C概念车的车内空间可变化多样，可成为起居室、办公室，甚至卧室。遮阳板没有必要了，因为玻璃智能化，可以一键调整车内的光照量。奔驰F015概念车的车门上装有显示屏，既是窗户，又是娱乐系统。有些车可把计算机的图像投放到挡风玻璃或其他合适的显示区。司机能够通过语音或手势指令与汽车沟通。在高级车中会有某种早期版本的脑机接口，将大脑活动态式与操控汽车或招待乘客指令联系起来，这可不是神话，而是现实。

　　我们可以预计，2030年电动汽车至少会成为广大司机的一个切实可行的选择。纯电动汽车2018年只占全世界市场的2%，不过不要担心，2025年前后它们的价格会低于燃油车，它们的市场份额肯定会大幅上升。一些国家和城市即将出台禁止销售新的燃油车的规定，但是大多数地方规定的时间期限是在2030年之前。不过老式燃油车仍可以上路，因此在这一时间到来时，加油站仍会存在。不过，汽车制造公司已经越来越多地关注使用未来非化石燃料汽车。

　　电动汽车的大发展必须有动力电池的大发展作后盾，首先应高能化，从现在的200Wh/kg、300Wh/kg向500Wh/kg、800Wh/kg发展，甚至更大些；其次是安全性，电解液从液态、凝胶向全固态发展；充电时间越短越好，宜从目前的几十分钟缩短到几分钟。看来，这些目标的实现为期不远了，美好的未来就快来了。

　　铝助推电动汽车快快跑

　　虽然不能说没有铝就没有电动汽车，但是铝对电动汽车的面世与发展确实起了很大的催化和助推作用，电动汽车跑起来得有电，电从哪里来？畜电池供给的，用的锂离子电池主要是用铝制造的，放置电池的托盘是用铝合金制造的，车身骨架与覆盖件是铝合金的，车轮是用铝合金压铸或锻压的，由此可见，电动汽车浑身都是铝，没有铝它就不会跑得这么轻快，也不会跑得这么省电。

　　车轮

　　电动车有4个铝合金车轮，家用与公用车的车轮是低压铸造的，多用ZLXXX系铸造铝合金铸造，中国是铸造铝合金车轮生产大国，占世界总产量的60%以上，车轮是重要的保安件，对其安全性要求很高，铝车轮具有质轻、散热性好、尺寸精度高等优点，尺寸精度高对降低纵向和横向振动很有利；大型公交车、跑车、高级轿车、一些特种车的铝车轮是用6系合金锻造的。

　　电池系统

　　本文所指的电池系统不含电池本身，是指电池包、电池包框架、水冷板三大件，辽宁忠旺集团有限公司制造的这三大件，都是用挤压铝材制成的，钢电池包框架质量110kg~140kg，而铝合金框架仅40kg~50kg，电池包零件由框架横梁、纵梁、支架、定位销等组成；江苏和胜新能源汽车配件有限公司是生产电池下箱体托盘领跑者。

　　覆盖件

　　所有乘人汽车覆盖件都大体相同，由前后盖板、顶板、左右板等钣金件组件，所有铝板也基本一致，通称汽车车身薄板（ABS，Auto-Body-Sheet），都是用6系合金轧制的，但在此需指出，目前不管是ABS还是其他民品用铝板材都在向着低碳即绿色方向发展，换句话说就是合金的熔炼配料中，旧废料的含量越多，材料“碳含量就越少”。诺贝丽斯铝业公司与海德鲁铝业公司就是此领域的领跑者。诺贝丽斯铝业公司的AdvanzTM合金板材的旧废料含量已超过85%，2018年全世界已有180多家汽车制造厂用此系列合金板材制造汽车钣金件，不但在汽车轻量化方面取得了很好的效果，而且汽车制造企业在提高汽车性能的同时，也降低了材料成本。

　　挪威海德鲁铝业公司研发成功CIRCAL75R与REDUXA合金系列，它们废铝含量都>75%，最大碳足迹为4.0kg CO2/kg铝。

　　型材骨架

　　全铝车的车身骨架是全铝的，用挤压铝型材打造。骨架的连接现在多用焊接法，也可以用粘接工艺等，对电动汽车来说并无特别之处。

　　物联网起关键作用

　　自动驾驶汽车如何把人们带到目的地并与外界沟通，物联网起着关键作用，用来识别升级后的路标、标识、摄像头网络、行人及其他车辆并与其沟通的传感器会让汽车的移动实现同步，从而将电耗降至最低并改善交通状况，还能帮助管理部门掌控路基，因为车轮传感器会将路况告诉他们。电动车上的热传感器会让汽车“看到”远比大灯照射范围更远的地方，这些技术的全面应用，使人们的出行将变得轻松愉快，交通事故会大大减少，不过在初期交通事故也许会有些上升。

　　结束语

　　中国在发展电动汽车方面有了一个很好的开端，跑在了别人的前面，产量已占世界总量的50%以上，技术也不比别人的低，但是进入的企业太多，今后几年是优胜劣汰时期，可能有一半企业会被淘汰。铝工业一定要抓住这个大好机会扩大铝的应用，2018年铝的总用量约450kt，今后10年的复合增长率可达16%以上，宜发展几种成形性能好，抗拉强度>60N/mm2的合金，以保持与复合材料的竞争优势，并大力发展铝基复合材料。