热成形钢在新能源汽车上的应用历程(HEV/EV/PHEV/FCV)

放大  缩小 日期:2021-09-01     来源:汽车材料网 SaaS    评论:0       [ 进入汽车材料社区 ] [ 汽车材料馆 ]
核心提示:【汽车材料网】热成形钢通常是碳锰硼合金钢。它们通常也被称为:压力硬化钢(PHS,Press Hardening Steels)热压成形钢(HPF,Hot Press Forming Steels),是成形,而非成型。主要是与非金属材料的热成型工艺相区别。一
【汽车材料网】热成形钢通常是碳锰硼合金钢。 它们通常也被称为:
压力硬化钢 (PHS,Press Hardening Steels)
热压成形钢 (HPF, Hot Press Forming Steels),是成形,而非成型。主要是与非金属材料的热成型工艺相区别。一个在亚洲更常见的术语。
硼钢:虽然该名称也可能指其他钢,但在汽车工业中硼钢通常用于PHS
热成形钢 (HF,Hot Formed Steel),一个在欧洲更常见的术语。
 
热成形钢不仅应用于传统燃油车,在新能源汽车(HEV/EV/PHEV/FCV)上也有大量的应用。本期作者带你一起梳理国外新能源汽车热成形钢的应用历程。
第一款商业化混合动力电动汽车(Hybrid Electric Vehicle,HEV)是丰田普锐斯(第一代:1997-2003)。第二代普锐斯(2003-2009)的冲压硬化组件非常少,如图中A中的红色所示。这也是丰田汽车第一次使用热冲压成形汽车零部件。第三代普锐斯(2009-2015)车身热成形钢大约有3%。在2015年发布的第4代普锐斯中,>980MPa钢的份额已上升至19%。U-图 1中B 显示了这款最新款普锐斯的压力硬化部件。
 
图 1:丰田普锐斯的 PHS 使用情况:(A)第二代(2003-2009)和(B)第四代(2015 年至今)
特斯拉于2008年开始生产纯电动汽车(BEV),其中包括特斯拉Roadster。这是一款采用铝和碳纤维车身的小体积汽车。相对较尺寸的车辆,ModelS和Model X具有铝制车身,支柱和保险杠中带有PHS加强件。众所周知,Model S具有滚压成型的PHS保险杠横梁。
注:辊压成型热成形也称为在线硬化,此过程用于制造具有恒定横截面和线性形状的型材。通过在生产线上添加激光焊接,还可以使用这种技术获得封闭的型材(管子和类似物)。该工艺已成功应用于许多汽车车身。典型用途有:横梁、车顶弓、侧防撞门梁、保险杠(无后掠)、前碰撞部件和类似物。
 
图2 热成形滚压焊管制造工艺示意图
已经大批量量产的Model 3和 Model Y车型的车身中有大量的热成形部件。其中Model 3的车身热成形钢比例达到8.4%。
 
 
图 3特斯拉Model 3车身热成形应用(红色)
2011年,通用汽车开始生产其首款插电式混合动力电动汽车(Plug-in hybrid electric vehicle,PHEV),即雪佛兰Volt(在欧盟称为欧宝AmPEra,在英国称为沃克斯豪尔Ampera)。这辆车有六个热冲压部件,包括A和B柱,占白车身质量的5%以上。
2013年,雪佛兰将其超小型汽车Spark改装为BEV(Battery Electric vehicle,纯电动)版本。配备内燃机的Spark重约1040公斤,在所有IIHS测试中都取得了良好的结果。在车顶挤压测试中,该车的上半身总共能够承载4615公斤,约为其重量的4.4倍。另一方面,EV版本必须承受电池的重量,重量约为1350公斤。车身底部经过改装,以保护电池免受撞击。必须修改上半身以提高屋顶在屋顶强度测试中可以承受的载荷。PHS用于上身和下身,占BIW的14%(图 4)。
 
图 4:雪佛兰 Spark 和 Spark EV 中不同钢种的分布
近年来,在北美、欧盟和中国市场开发和销售了许多BEV。表 1 显示了其中一些车辆中 PHS 的使用情况。
表 1:全球几种纯电动汽车 (BEV) 中 PHS 的使用情况。
 
列出的车身中,只有日产聆风没有任何由PHS制成的部件。捷豹I-PACE采用铝密集型车身,具有创新的PQS-PHS拼焊B柱。大多数其他人的PHS使用量超过其BIW质量的10%。雷诺ZOE、雪佛兰Bolt和欧宝Corsa-e都是具有钢铁密集型车身的超小型汽车(欧盟B级)。雪佛兰Bolt具有铝制车门和封闭件。Nissan Leaf和VW ID.3是紧凑型汽车(C级),两者都具有钢密集型车身。第一代日产聆风采用铝制车门和封闭件,大众ID.3使用挤压铝材来保护电池免受侧面撞击。Audi e-tron、Jaguar I-PACE和Aiways U5是使用大量铝的中型SUV,但它们的体内都含有一定比例的PHS。Polestar 1是一款插电式混合动力跑车,在中国制造,并以沃尔沃汽车性能品牌Polestar销售。汽车的上半身几乎完全是碳纤维增强聚合物(CFRP),而下半身是93%的钢,包括大量的PHS。由长城生产ORA R1是一款小型城市汽车(A 级)。2020年10月中国电动汽车销量排名第三。东风汽车新品牌Voyah即将发布一款名为iFree.的SUV。
2020年12月,现代宣布了他们的新电动平台E-GMP。该平台将利用热成形钢部件来固定电池。
图片1 
图5 现代汽车新电动平台E-GMP
另一种新能源汽车是燃料电池电动汽车(FCEV),它使用氢作为燃料来发电。最早的FCEV汽车之一是2009年的本田FCX Clarity。这辆车并没有出售,而是以有限的数量出租。在美国租赁的汽车不到 50辆。
自2015年以来,丰田一直在销售其Mirai FCEV。汽车必须携带高压氢气罐(第一代2个,第二代3个)、电池和电动机。该车的尺寸与凯美瑞相似,但重约350公斤(770磅)。第一代Mirai只有B柱、cantrails和侧地板构件热成形钢。第二代在车身底部也有许多带有PHS的零件。
第二代本田Clarity FCV于2016年推出。这款BIW的部件重量约为14%。2018年,现代Nexo成为第一辆通过EuroNCAP测试的燃料电池汽车,并获得5颗星。该车有A柱和B柱、摇臂加强件和几个由PHS制成的车身底部部件,如图6。
 
图 6:现代 Nexo 燃料电池汽车中冲压硬化钢的使用:(A)侧视图和(B)顶视图(在 Citation 后重新创建)
 
 
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