2019年1月7日下午,上海特斯拉超级工厂(一期)奠基仪式正式启动,特斯拉CEO埃隆·马斯克出席现场动工仪式并发表讲话。预计特斯拉上海超级工厂(一期)将于今年夏季完工,年底前开始生产Model 3纯电动车型,同时明年量产会提升,目标年产25万辆纯电动整车,到2020年大规模量产。这座工厂在2-3年建设之后,可达到50万辆整车的年产能。
特斯拉上海超级工厂项目建成之后,预计生产的车型有Model 3和Model Y两种,几天以前,特斯拉曾公布了Model 3在中国区域售价并开放选配方案,Model 3推出的两款车型起售价分别是49.9万元-长续航全轮驱动板,以及起售价56万元- Performance高性能全轮驱动版。这两款车型在中国标准续航里程分别为590Km以及595Km,特斯拉称3月份就能够交付用户。
未来电动汽车的趋势,势必为压铸行业带来全新的机遇和挑战。应对此趋势,电动汽车中的压铸件将会面临怎样的转型与发展?
电力驱动装置中的铸件转型
与带内燃机的车辆相比,电池电力汽车取消了易磨损和/或成本密集型部件,如发动机缸体,变速箱和燃料箱。这不仅带来了成本优势,而且至少部分抵消了电池的较大重量。带电动机的动力总成系统在最多情况下包含以下铸件(图1):
● 用于连接电力电子设备的插槽
● 变速箱
● 盖板
● 外壳
● 转子
● 角形连接器
● 定子, 磁活性元件
● 带冷却系统的内壳
图1 电池电力驱动系统中动力总成系统构造
电池外壳
电池是一辆电力驱动车辆的最大部件。尽管在BEV(电池电动车辆)中取消了大量部件,但是也存在新的应用和挑战。图6展示了薄壁电池外壳,通过冷却流道局部实现了电池调温。
图2 电池外壳:a. GF公司压铸件 b. CSA公司低压铸件
电力电子部件外壳
在电力电子部件中装有为发动机提供电池能量所需的元件(图3)。在所有电动汽车中,敏感的电子元件被安装在坚固的外壳中。这一外壳根据不同的结构设计,由铸件,金属板以及部分塑料组成。通常,需设计冷却结构以冷却电力电子部件时,需要使用铸件。
图3 博世公司生产的电力电子部件
变速器
变速器是内燃机中最复杂的部件之一,在电动汽车中的尺寸要小许多,也简单很多(图4)。在电动汽车中,变速器仅用作减速器,即发动机相对高的速度被转换为较低的速度。这种转换通常是持久性的,因此没有切换操作,从而不再需要离合器。
图4 尼桑叶轮变速器
轻量化结构件大量应用
电动化使铸件重量发生很大改变
通过电动化,铸件重量发生了很大改变。在混合动力汽车中,除了传统的内燃机之外,增加的一些部件,比如电池外壳,电力电子部件外壳和电动机,使得铸件重量平均增加了约21%。在完全电力驱动的情况下,内燃机的取消使得动力总成系统中铸件重量平均减少约44%(图5)。
图5:电动化后的铸件改变一览表
车身轻量化结构铸件的应用
结构件是压铸工艺的最新应用领域。早先通过压铸来生产结构部件是不可想象的。通常,车身几乎完全由钢板组成,钢板通过各种成形和连接工艺组装成一体。而如今,材料和制造工艺的多样性都有所增加。(图6)显示了车辆结构中各种潜在的铸造部件都比较大。为了在2021年之前将车辆的二氧化碳排放量减少到95克/公里,原始设备制造商必须减轻车辆重量。
宝马汽车中由铸造结构件构成的新产品组合
轻量化的车身铸件示例:
● 内门板
● 纵梁
● 减震塔
● 通风装置外壳
● 底盘横梁
● 敞篷车支架
● 敞篷车顶盖和
● 轮毂
汽车铸件需求仍持续增长,轻量化部件是电动汽车的首选
在(图7)中可以看到对全球发动机产量所进行的预测。这一预测以IHS(埃士信)公司所进行的调查和AVL(李斯特)公司的内部分析作为基础。根据分析,2025年全球范围内用于不同类型车辆的内燃机产量将达到1亿台。根据这一预测,可以估计,到2025年,汽车铸件的市场增长率约为23%。不同类型车辆中,例如插电式混合动力车和全混合动力车,所增加的铸造部件将使得对铸造产品的需求增加。
图7:全球发动机生产预测
到目前为止,尽可能多地采用轻量化部件,会是电动汽车达到理想行驶里程的关键。因此,轻量化这一课题以及利用新材料开发新的轻量化概念将成为汽车工业中越来越重要的分支。
不管是电动汽车,还是混合动力汽车都必须变得更轻,以补偿电池所增加的重量,并延长行使里程。除了电动汽车不再需要的部件外,压铸工艺还提供了作为铸造工艺满足轻量化这一趋势要求的可能性。
由于可以实现极小的壁厚,通过部分复杂冷却流道实现电池调温的薄壁电池外壳和支架,显示了铸件的未来潜力。铸造工艺为部件轻质化设计提供了多种可能性。它允许高度的设计自由度,以便将合适的材料放置在合适的位置,并有助于将多个功能集成到一个部件中。
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