世界汽车结构材料及新能源汽车发展趋势.doc

本文由DAAODA贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 第35卷 第6期 2010年12月 高科技纤维与应用 Hi-Tech Fiber & Application Vol.35 No.6 Dec. 2010 世界汽车结构材料及新能源汽车发展趋势 罗益锋 （全国特种合成纤维信息中心，北京 100028） 摘 要:介绍了全球主要国家和地区全碳纤维复合材料电动汽车的发展概况及趋势，以及为促进其发展所制订的政策、法规 等，最后提出了对我国发展这类汽车的看法和建议。 关键词:汽车；电动汽车；汽车结构材料；政策；发展趋势 中图分类号: U465.6；U469.7 文献标识码: A 文章编号: 1007-9815（2010）06-0006-04 Development Trends of Global Automotive Structural Materials & New Energy Cars LUO Yi-feng (National Specialty Synthetic Fiber Information Center, Beijing 100028 China) Abstract: The general conditions & trends of all carbon fiber reinforced plastic electric cars in main countries and regions are illustrated, and the policies & laws for promoting their development are also introduced. Finally, the opinions and suggestions for developing these new cars are put forward. Key words: car; electric car; new energy car; automotive structural material; policy; trend 进入本世纪后，美国率先制定“20022011 年汽车轻量化、节能化和环保化计划”，带动了 欧亚主要汽车生产国及生产厂家纷纷效仿，制定 出应对的政府优惠政策及发展规划。 目前高档的全碳纤维复合材料（C F R P）轿 车及跑车已少量上市，预期到20122015年，国 外主要汽车厂家、碳纤维厂家和有关动力电池生 产厂家所联手共同开发的CFRP混合动力及电动汽 车将陆续小批量投产。而我国目前已成为世界最 大的汽车生产国和消费国，有十几家汽车厂商开 始研发混合动力和电动汽车，有关锂离子电池厂 家也纷纷跟紧。然而，迄今为止，这些厂家未与 碳纤维及CFRP企业同步联手研发CFRP汽车轻量 结构件，这将决定我国的电动汽车今后将落后发 达国家至少10年。 以下就主要国家的发展战略作简要介绍。 1 美国 在美国2011年到期的10 年汽车发展计划中， 其验收指标是标准车每消耗1 L汽油的行驶里程数， 要从2002年的26 km延长到2011年的42.5 km。据美方 报道，若现有的汽车都能减重25%，美国每天可节 省7.5105桶燃油，每年可减排CO2 1.01亿 t。 要实现汽车减重30%50%，选材是关键， 而且其车体、底盘等主要结构件要达到高强度、 高刚性和高冲击吸收能，才能确保司机和乘客的 安全，同时成本又不能过高，这方面CFRP可满足 这些性能要求，今后其成本也有望逐步下降。 随着历次全球气候大会的召开，节能减排的 大趋势迫使美国进一步出台有关CFRP电动汽车的 法规与政策，以确保其汽车在全球的领先地位。 美国的第一辆全CFRP电动跑车，售价为10.9万 美 收稿日期: 2010-12-17 作者简介: 罗益锋（1937-），男，浙江宁波人，教授级高工，中心主任，高科技纤维与应用杂志主编，长期从事 高科技纤维的信息和技术研究，(电话电子信箱)。 第6期 罗益锋:世界汽车结构材料及新能源汽车发展趋势 -7- 元，充一次电为4 美元，可跑321.9 km，它是Tesla 汽车公司开发的，也是首辆装备经美国和欧盟认 证的锂离子动力汽车。接着该公司开发了5 座的 全电动CFRP轿车，售价为4.99万 美元/辆，2011 年起每年将生产2 000 辆。 目前小丝束聚丙烯腈基碳纤维（PA N-C F） 的价格还较贵，因此美国有两种选择：一是选择 大丝束（5080k）PAN-CF。为满足美国汽车行 业的需求，Zoltek公司成立了汽车子公司，其任 务就是利用该公司经改进的碳纤维生产工艺和技 术，为客户提供较廉价的产品；二是选用橡树岭 国家实验室（O R N L）正研发的-纤维素基碳纤 维，最近该室获得了美国能源部3 470万 美元的资 助，用于建设碳纤维中心，并建成80 t/a的低成本 碳纤维装置，以鉴定原丝和碳化技术，并检验低 成本CFRP的设计、制造能力等。其原料-纤维素 来自牛皮纸的生产废液，成本较低，而且可通过 熔融纺丝生产原丝，无溶剂回收及污染问题。此 外，美国十分重视天然纤维增强塑料在汽车的应 用。 在政策方面，美国主要发展插电式车载锂 离子电池，并列支4亿 美元的预算建设充电站， 以满足2015年市场上有100万 辆油电混合车的需 求。能源部也制订了20亿 美元的补助计划，以促 进车用电池及相关零部件的发展，特别是用于提 升油电混合动力汽车及锂离子电池的技术。 2 日本和欧盟 根据日本的调研分析，汽车每减重10%，可 降低油耗6%8%；若减重20%30%，每辆车 每年可减少C O 2的排放量约0.5 t，若电动汽车减 轻33%，在同样的电池容量下可延长行驶距离约 33%，今后每辆车在寿命周期内可减排CO2 50 t。 日本新能源、产业技术综合开发机构 （NEDO）在其“防止地球暖化的新技术开发计 划”中，选择东丽和日产汽车共同研发C F R P汽 车，目标是使车体比钢制品减重50%，反映安全 性的抗冲击吸收能提高1.5倍，而CFRP车体成型 周期为10 min以内。现帝人、东丽和三菱丽阳的 CFRP汽车构件成型时间各为1.3 min和5 min。 欧盟开发新能源汽车的特点是知名汽车厂商 与日本三大碳纤维厂家及一家德国大丝束碳纤维 厂家合作开发全CFRP汽车，如表1所示。 为配合汽车工业日益增多的各式碳纤维的 需求，东丽开发了面向汽车的短切碳纤维树脂粒 料，供作挤出成型部件，而东邦Tenax开发了燃料 电池用碳纤维织物的扩散层。日本积水化成品工 业公司则开发了聚苯乙烯和聚烯烃的复合树脂发 泡体，其抗冲击性、耐磨性和耐药品性均比发泡 聚苯乙烯有大幅改善，而抗压缩强度比发泡聚烯 烃高20%，现已用于日本8 家的93 种车型。 在政策方面，欧盟规划在未来6 年内投资 表1 汽车公司 德国奔驰 碳纤维公司 日本东丽 欧日汽车和碳纤维厂家联合开发CFRP汽车计划 投资及碳纤维用量预测与效果 东丽与Daimler集团合作将于2012年生产CFRP SL车系，每年使用600 t碳纤维，以达到欧盟最新车 辆的气体排放法规。 合作开发CFRP汽车零部件，首发车减重10%，以后逐步升级。 初期投资1亿 美元，每年使用2 000 t碳纤维，最终达到6 000 t/a的用量，实现超低废气排放。 开发两座L1小汽车，质量只有380 kg，车身为CFRP，燃油耗量1.38 L/100 km，每千米排放的CO2 仅为36 g。 开发12缸的CFRP新款运动跑车等。 德国克莱斯勒 德国宝马 德国大众汽车 日本东丽 德国SGL（三菱丽阳原丝） 德国奥迪和Murcielogo 英国Mclaren 日本丰田 日本日产和本田 日本东丽 日本帝人（东邦Tenax） 东丽、三菱丽阳 两家与Carbon-Tec公司合作将于2014年起年均生产4 000 辆MP4-12C车型，碳纤维用量400 t/a，合 作总金额1.5亿 欧元，实现节能减排并提升安全性。 两家合作成立复合材料创新中心，使其新款Lexus跑车LFA的CFRP用量达到65%，初期碳纤维用 量约300 t/a。 4家公司与日本政府合作投资20亿 日元共同成立汽车研发中心，目标是减轻车体质量、提高燃油 效率和降低温室气体排放量。 -8- 高科技纤维与应用 第35卷 10 亿欧元，用于研发燃料电池和氢能源，希望到 2020年有100万 辆电动汽车，并达到120 g/km的 CO2排放标准。英国在未来5 年计划投入1亿 英镑 支持环保汽车开发，自2011年起凡购买电动汽车 者，补助1 000 英镑。德国计划5 年内免征电动 汽车税，以期到2020年市场上有100万 辆电动汽 车。法国也对电动车厂提供赋税优惠政策，并提 供购车补助每辆5 000 欧元。日本的税赋减免方式 为凡购买纯电动汽车、油电混合汽车、天然气车 和柴油车者，可减免50%汽车税（约3万 日元）， 并设立“低排放车认证制度”，只要通过认证标 准，可享有税赋减免优惠，目标为2050年时，电 动车占总车数的50%。 博园内就有120 辆电动公交车和36 辆超级电容客 车，上汽集团还展出了荣威E1单厢3 门4 座A00级 概念电动汽车，最高时速为120 km/h，最大续行 里程为135 km，0100 km/h的加速时间为16 s， 30 min内可充电80%，计划于2012年正式实现量 产。从全国看，到2012年新生产汽车中将有10% 是节能与新能源汽车，后者产值有望达到5 000 亿 元，但遗憾的是未能与汽车结构材料的减重结合 起来，目前只有个别高校研制过CFRP的电动车样 车。最近莱茵河科技发展（北京）有限公司开发 了一种新型的电动车，最高时速120150 km/h， 时速60 km/h时续行里程200 km，若今后采用全 CFRP材料而减重50%时，续行距离将350 km。 表2示出了中国大陆于2009年所颁布的新能源汽车 主要政策。 中国台湾经济部也制订了“传统产业技术 整合推动计划”，拟在今后23 年内开发CFRP 汽车。为配合这一计划的实施，台湾尖端材料科 技协会近期召开了“2010年C F R P车辆应用研讨 会”，目的是推动这方面的技术开发，尽快建立 自主的材料、制备工程、结构分析与检测等关键 技术。 3 韩国 韩国首尔市与韩国纤维公司共同开发全 C F R P制的城市电动大巴，2010年秋在首尔南国 旅行社的观光线路上投入了15 辆车。这种车所搭 载的大容量电池在20 min内就可快速充电，充一 次电可行驶120 km，最高时速100 km/h。该国计 划从2011年2020年的10 年间，仅首尔市的所有 3 800 辆大巴中，有50%都要换用这类车。 结束语 4 中国 我国到2010年底PAN-CF的总产能约为5.4103 目前大陆有十几家汽车公司正研发电动汽车 或混合动力汽车，不久前召开的上海世博会，世 t/a，预期2011年和2012年将各达到2.2104 t/a和 4.6104 t/a，而2013年约为6104 t/a，虽然产量 表2 时 间 1月4日 1月23日 3月20日 3月21日 5月6日 6月25日 我国2009年发布的新能源汽车主要政策 政 策 内 容 国务院原则通过汽车产业振兴规划，提出新能源汽车发展战略并安排100亿 元支持资金，包括关键零部件产业化。 出台“新能源汽车示范推广通知”和“十城千辆”计划对13 个城市公共服务领域购买混合动力车最高补助5万45万 元。 出台“汽车产业调整和振兴规划”，在未来3 年新能源汽车形成50万 辆产能，占乘用车销量的5%，并推动关键零部件产业化。 首个新能源汽车产业联盟产业化基地在京开建，以加速整车和关键零部件的研发和产业化。 国务院以贷款贴息方式安排200亿元支持开发新能源汽车及其关键技术。 工信部发布“新能源汽车生产企业及产业准入管理规则”，规定到2010年12月31日前只能小批量生产，并至少对20%销售产品的运行状 态实施监控。 新能源推广试点城市由13 个扩大至20 个，并选择对5 个城市私人购买新能源汽车给予补贴。 12月9日 第6期 罗益锋:世界汽车结构材料及新能源汽车发展趋势 -9- 小得多，但会快速增长，而且产品品种将实现系 列化，综合性能水平虽不及国外产品，但价格便 宜，而CFRP产业已有一定水平，因此为今后研发 全CFRP车打下基础。不过据国外报道，CFRP汽 车要想普及，需具备几个条件： 碳纤维价格须 降至10 美元/kg以下； CFRP汽车构件的成型周 期须10 min，这方面我国尚未达到； 要制定 相应的标准等。据国外报道，全球能达到全CFRP 电动汽车的普及时间约为2030年左右，到时候废 弃CFRP部件的回收再利用应实现大规模产业化。 “十二五”期间，我国碳纤维界研发CFRP汽车结 构部件的积极性很高，希望早日与汽车厂商合作 开发CFRP电动汽车。 总之，按照全球知名咨询公司Frost & Sullivan 的预测，未来10 年是中国汽车产业由石化燃料驱 动向电力驱动动力转变的关键时期，中国将面临 重大的发展机遇。为了加速我国CFRP电动车的发 展，建议应走自主研发与同国外有关企业合作推 进两条腿走路的方式，才能迅速跟上世界的先进 水平，同时还要促进车载大容量锂离子电池或其 它新型电池的同步发展，目前我国的新型锂离子 电池的一次充电行驶里程，已达到500 km的世界 先进水平，但要大规模产业化尚有待时日。 10 BMW M-series carbon fiber foofs are made with Hexcel reinforcementsJ. The textile Journal, 2010, 127(2): 18. 11 CFRP芯材使车体轻量化N. 石油化学新闻, 2010, (4692): 5. 12 森本尚夫. FRP一体成型体电动巴士J. 强化塑料, 2010, 56(10): 1819. 13 东丽在汽车领域的业务扩大N. 石油化学新闻, 2010, (4704): 2. 14 帝人面向汽车的碳纤维N. 日本经济新闻, 2010-0621. 15 全CFRP制的电动大巴N. 塑料产业资材新闻, 2010, (953): 1. 16 猪原伸. 介绍Torayca树脂N. 工程塑料新闻, 2010, (300): 2. 17 SGL, BMW落户美国碳纤维厂J. Reinforced Plastics, 2010, 29(5-6): 12. 18 Toray sign supply agreement with EADSJ. Reinforced Plastics, 2010, 29(5-6): 12. 19 Daimler, Toray develop carbon fiber partsJ. Reinforced Plastics, 2010, 29(5-6): 13. 20 东丽与ADS公司缔结碳纤维预浸料长期供应合同N. 塑料产业资材新闻, 2010, (950): 1. 21 三菱丽阳与SGL公司成立制造和销售碳纤维原料的 合资公司N. 塑料产业资材新闻, 2010, (950): 1. 22 东邦Tenax的碳纤维短切纤维于2012年面向汽车等的 销售将倍增N. 化学工业日报, 2010, (21968): 3. 23 三菱丽阳开发成型时间减半的碳纤维预浸料“Toughgure”N. 不织布情报, 2010, (427): 41. 24 东丽新设尖端材料研究所N. 工程塑料新闻, 2010, (299): 5. 25 东丽再起动碳纤维事业成长战略N. 化学工业日报, 2010, (21878): 2. 26 日本复合材料公司大幅度缩短成型周期N. 化学工 业日报, 2010, (21877): 3. 27 周中洋. 碳纤维应用于汽车产业的趋势发展N. 尖端 材料科技协会, 2010, (21): 6. 28 罗子森, 郭文雄. N. 尖端材料科技协会, 2010, (21): 45. 29 何毅夫. 2010年碳纤维复合材料车辆应用研讨会R. 尖端材料科技协会, 2010, (21): 3. 30 SAMPE TAIWAN CHAPTER. 台湾碳纤复合材料技 术应用于汽车产业的思维N. 尖端材料科技协会, 2010, (21): 7. 31 和田原英辅, 北野彰彦. 通过碳纤维增强塑料实现汽 车轻量化J. 纤维学会志, 2010, 64(9):