电动汽车:用铝合金制造更轻、更安全、更高效的电动汽车

2016年签署的《巴黎气候协议》旨在到2050年建立一个碳中和社会。汽车排放的温室气体在实现协议的总体目标方面发挥着重要作用。

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目前，汽车贡献了12%的二氧化碳₂占欧盟总排放量的比例。这一全球性挑战要求对车辆一氧化碳制定严格的指导方针₂排放。从2021年开始，新的平均目标排放量将从130克CO减少₂/km至95 g CO₂/km，横跨整个欧盟。¹

包括英国在内的主要经济体计划到2035年禁止所有污染车辆，德国计划到2050年将温室气体排放量减少95%。^2、3

电动汽车时代

电动汽车与传统的内燃机汽车相比，电动汽车的碳足迹要低得多。

随着越来越多的道路用户开始购买符合政府气候友好措施的电动汽车，这已经启动了电动汽车革命。领先的汽车制造商在汽车电气化方面取得了重大进展。

电动汽车的年销量从2010年的几千辆飙升至200多万辆，预计到2030年销量将达到3100万辆。²

然而，德勤(Deloitte)最近的一项研究报告显示，消费者仍然对电池驱动的电动汽车感到担忧:主要围绕价格、每次充电的行驶距离和充电时间。²

电动汽车往往配备昂贵的电池，这意味着人们普遍买不起电动汽车，从而导致汽油和柴油驱动汽车在全球市场上继续占据主导地位。此外，电动汽车的大电池往往需要较长的充电时间。

性能研究表明，使用重电池和高容量的电动汽车每公里的能耗也更高。⁴

此外，行驶里程与电池容量/车辆重量(kWh/kg)成正比。因此，为了更好的行驶距离，如今的电动汽车都装有大型电池组，这使得它们很重。

在德国航空航天中心进行的模拟研究表明，将电动汽车的重量减少100公斤，效率就会提高3.6%左右。因此，为了弥补沉重的电池，制造轻型汽车是一个很好的替代方案，可以提高能源效率。^5、6、7

由欧洲铝协会牵头的一项调查显示，一辆大众电动高尔夫由铝制成，比钢重达187公斤，同时还可以节省635欧元的总成本，因为可以安装更小的电池组。⁵

铝使电动汽车更安全、更高效

由于铝的密度是钢的三倍，高性能铝合金是重型钢零件的一个很好的替代品。但是，用铝替换零件时，铝的厚度要比钢的厚度大50%。

铝自七十年代初以来一直被用于现代汽车的制造。如今，欧洲生产的每辆汽车平均使用150公斤的铝，铝合金经常用于白色车身、底盘、悬挂和车轮的制造。

特斯拉在其电池组的挤压铝框架上使用了滑板设计，以增强其车辆的稳健性。

受特斯拉铝型材滑板设计的影响，包括奥迪、宝马、日产和保时捷在内的主要整车厂，现在都在为电动汽车设计轻型电池外壳，从钢转向铝。

铝制汽车有多安全?

电动汽车轻量化可以减少制动距离，从而提高了乘客的安全性，提高了操控的便利性。铝在碰撞中吸收能量的能力是钢的两倍。

与钢组件相比，铝组件的厚度增加50%意味着材料刚度的增加，因此，汽车的整体刚度。

根据对全钢和全铝电动汽车的生命周期分析，铝汽车的碳排放量在其生命周期内比钢汽车低1.5吨。

铝还有一个好处，就是不必为了达到轻量化的结构而减小车辆的尺寸。从安全角度来看，这是至关重要的，因为小型汽车的内部在事故中生存和挤压空间更小。

这些优势凸显了开发用于电动汽车的轻量化、坚固的铝合金的紧迫性。合金的化学成分和均匀性直接影响其组织。

为了确保铝合金具有所需的特性，如最佳的刚度、易成形性、热力学和力学性能，有必要针对特定的应用，仔细选择具有恰到好处的化学成分的铝合金。

例如，热交换器和电池外壳必须提供高导热性，以保持电动汽车的低温。

用铝制造更环保的汽车

由于铝的95%是可回收的，一辆二手车中相当多的铝可以回收来制造一辆新车:这一特点显著地减少了间接寿命的CO₂排放。因此，回收1公斤铝可节省17公斤CO₂与钢铁相比，汽车生命周期中的排放量。

预计到2030年，电动汽车的销量将达到3000万辆左右，因此对环境的影响将是巨大的。这将相当于每年减少7000万吨二氧化碳₂车辆生产排放的废气。

为更轻的汽车提供动力所需的更少的电池也会产生与电池制造相关的更低的工业碳足迹。

领先的铝生产商，如Hydro，甚至已经开始使用可再生能源生产汽车用的低碳铝。⁸

认证参考材料的需要亚博网站下载

有证用于仪器和方法的校准，基准分析测量和合金的均匀性，以及质量保证。⁹ARMI的crm为电动汽车中最常用的6000和7000系列铝合金提供了精确的参考点。

基于这些合金的挤压碰撞管理系统必须表现出特殊的碰撞变形行为，也就是说，它们必须在裂纹开始形成之前承受极端变形。

crm有助于适当的基准，包括机械性能，如蠕变和冲击韧性，后者是建立一定程度的乘客安全在碰撞事件的关键因素。¹⁰

ARMI利用直接冷却连续铸造工艺，确保对复杂、多组分铝合金的分析可靠，提供了异常均匀性。¹¹

每个样品的分析使用两种不同的，最先进的分析技术，如比色法，荧光法，x射线荧光和光发射光谱法。

结果值与外部实验室的结果进行交叉参照。这个绝对验证框架保证了结果是可信的，同时确保了消费者的安全。

参考文献

1. 气候行动，欧盟委员会。可以在:https://ec.europa.eu/clima/policies/transport/vehicles/cars_en
2. 《电动汽车为2030年设定航向》。可以在:
   https://www2.deloitte.com/content/dam/insights/us/yabo214articles/22869-electric-vehicles/DI_Electric-Vehicles.pdf
3. 2050年气候行动计划，德国联邦部。可以在:https://www.bmu.de/fileadmin/Daten_BMU/Pools/Broschueren/klimaschutzplan_2050_en_bf.pdf
4. Berjoza, D. et al .， 15(S1) 952-963， (2017)
5. 荣格,H。等，世界电动汽车杂志，9(46)，(2018)
6. https://www.automotiveworld.com/yabo214articles/electric-vehicles-the-now-the-near-future-and-the-never-again/
7. https://european-aluminium.eu/media/1326/aluminium-in-cars-unlocking-the-lightweighting-potential.pdf
8. https://www.hydro.com/en/aluminium/products/low-carbon-aluminium/hydro-reduxa/
9. https://ec.europa.eu/jrc/sites/jrcsh/files/rm_catalogue_191001.pdf
10. https://www.shapesbyhydro.com/en/material-亚博老虎机网登录science/why-carmakers-need-new-aluminium-alloys/
11. https://www.armi.com/rio-tinto-alcan-cr

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