汽车工艺与材料
Automobile Technology & Material
2021 No.1
2021年第1期
电动乘用车轻量化评价研究及要素分析
董学锋1徐强2
作者简介潼学锋(1961-)，男，工程正高职，硕士学位，研究方向为悬架、底盘、轿车整车设计和汽车NVH 。
参考文献引用格式：
董学锋，徐强.电动乘用车轻量化评价研究及要素分析卩].汽车工艺与材料,2021(1)： 1-9.
DONG X, XU Q. Research on Lightweight Evaluation of Electric Passenger Vehicle and Element Analysis[J]. Automobile Techndogy & Material,
2021(1)： 1-9.
(1.国汽(北京)汽车轻量化技术研究院有限公司，北京100176；.张家港清研再制造产业研究院有限公司，张家港215600)
摘要：围绕轻量化评价，结合汽车产品公告和免征车辆购置税的新能源汽车车型目录相关数据，对电动
力电池密度、整车能量密度、整车功率密度、动力性、电耗限值比、续航能力等相关因素进行分析，按车型种 类，在总样本中各选5个车型，进行对比分析，探讨评价方法。
关键词：电动乘用车 轻量化 评价
中图分类号:U469.72 文献标识码：B DOI: 10.19710/Jki.1003-8817.20200482
Research on Lightweight Evaluation of Electric Passenger Vehicle and
Element Analysis
Dong Xuefeng 1, Xu Qiang 2
(l.China Automotive Lightweight Technology Research Institute Co., Ltd, Beijing 100176;
2. Zhangjiagang Tsingyan Remanufacturing Industry Institute, Zhangjiagang 215600)
Abstract : Combined with the relevant data of automobile product announcement and new energy vehicle model
catalogue exempted from vehicle purchase tax, the paper focuses on the lightweight evaluation and analyzes the relevant factors, including the curb weight, vehicle mass (excluding power cell), battery weight ratio, load mass
utilization coefficient, power battery density and vehicle energy density, power performance, power consumption limit ratio, electric driving range under the generalized volume (length, width and height) of electric passenger vehicle.
According to the vehicle type, 5 vehicle models are selected from all the samples, and the evaluation method is
discussed.
Key words: Electric passenger vehicle, Lightweight, Evaluation
1前言
按乘用车的产品分类，结合电动乘用车的产品 公告和免征车辆购置税的新能源汽车车型目录中
的相关数据，将样本划分为三厢轿车、两厢轿车、 SUV 、MPV 、小客车(VAN )和两座微型6类产品，形 成了总共1051个车型样本，并以这些样本的技术
数据为基础，从10个维度分析与产品轻量化及其 性能相关的各个因素，在各类车型中，各选5个代
表产品，部分代表产品的相应技术数据或指数以深
图标表示在图中，也以数值的形式列于表中，以
达到实例评价的效果，代表车型的原始技术参数列
于表1中。
2整车质量密度及评价
2.1整备质量与指数评价2.1.1整备质量与广义体积
通常，同类(或同样)的产品，体积越大、质量
也越重。同是汽车，也用同样的概念，体积相同， 质量减轻，也称“轻量化”。但定量地表示出来，还
-2 -
汽车工艺与材料
第1期
评价车型 外形尺寸
整车质量 电池 动力 基本性能
2 800
车类
代码
车长/mm 车宽/mm 车高/mm
整备质 量/kg
总质 量/kg
电池质 量/kg 电池能 量/kW 'h
总峰值 功率 /kW
工况法
续驶里
程/km 最高车速 /km'h -1工况法耗电量
/kW'-h-(100 km)T
M14 6801 8101 6901 830251536959120
40115015.10M2
4 4501 6851 8101 5101 980320
45
6531010514.30
MPV
M34 8251 8251 7781 8102 335335
5385
350
13016.07
M4
4 450
沃尔沃xc60报价18万1 7601 7901 550
2 075300
45
41.825512017.30M5
呼市车管所5 145
1 7201 9951 980
2 5703785880
33012018.90G1
4 1951 8001 5801 6582 085468
64
150
50017013.80G2
4 4501 8201 6101 637
2 040384
67145
520
170
14.10SLV G34 8501 9651 7312 345
2 82052570400
430
200
18.10G4
4 4901 8741 6131 890
2 270378
54114
34416016.00
G54 774
1 8901 625
2 485
2 975
634
79
310
408
180
20.10
LS1
3 735
1 5791 515921
1 240189
2733271
10510.60LS2
4 2701 7991 4821 5732 020349
36
100
25515013.60两厢轿车
LS3
4 535
1 8201 5301 650
2 025
355539*********.80LS4
3 9741 6361 6251 3751 775293
4149
362
10212.80LS53 690
1 6851 5701 3401 6952924150
30110215.00L14 7681 8801 5301 6102 035
35459135
410
13013.10L2
4 6021 7941 5151 5431 9183504870
321
10015.10三厢轿车
L34 2501 7261 5101 3861 761322
48
41.8401
10212.80L4
4 6321 7901 5001 4631 8383185190402
130
12.70L5
4 427
1 7481 4761 3501 780277
40
45305
11513.00T1
2 9861 6761 4928701 02014217
36150
11011.30T2
2 488
1 5061 670849
999
1982529250
1009.90两座微型
T3
3 2001 6701 550965
1 115224
3130301
1009.40
T4
2 806
1 5401 555860
1 010193
2730
25510010.60T5
3 1401 6481 521950
1 153170
26
372601009.90
V1
4 0901 6451 8801 4352 200329
4160300
10014.20小客车
（VAN ）
V2
4 4951 6801 9901 6152 495345
5172307110
16.50V34 1651 6901 9301 4802 36032654
70
32510516.60
V44 495
1 6801 8901 500
2 500
3605380360
12813.83
V5
3 775
1 665
美人豹改装1 690
1 220
1 625210
30
24
255
105
10.81
需要有数据的支撑，即使是同类同样大小的车型, 驱动轮的数量、动力电机的大小、动力电池的质
量、汽车装备等参数均有差异，有时也需要将复杂
问题简单化处理，将整备质量与广义体积（长x 宽x
高）建立统计关系。统计电动车的外形尺寸，并与
相应的整车整备质量关联，得到电动乘用车的整 备质量与广义体积的关系如图1，从目前电动车样
本的统计看，其平均线计算如下。
M =126.59V -44.46
（1）式屮,M 为整车整备质量平均值;V 为广义体积。
式（1）是由几类车型（包括三厢轿车、两厢轿
车、SUV 、MPV 、VAN 、两座微型）等混在一起的统计f
Y
扁紅)
*■迢创隸扑隸
6020
X)M =126.59片44.46
整车休积（长X 宽X 高）V /m 3
2 4002 000
X)
图1电动乘用车的整备质量与广义体积
[，]
结果，在此称之为“通用标尺质量”或称为“通用标 准体重线”图1屮的0.8〜1.2是标准体重的倍数
线，即线上的点是标准体重的80%〜120%[l]o
视界董学锋等：电动乘用车轻量化评价研究及要素分析・3・2.1.2整备质量的密度指数
对一个评价车型，通过长宽高计算出广义体
积，再通过式（1）得到标尺整备质量（平均值），将
“整备质量密度指数L””定义为评价车型的自身整
备质量与标尺整备质量之比，即：
L”=M”/（126.59F-44.46）（2）
式中，为被评价车型的整备质量；F为被评价车
型的广义体积。
图2所示为全样本的整备质量密度指数图,
其中的两座微型车、两厢轿车、SUV各5个代表车
型，它们的密度指数以深图标表示于图中；由
于是与平均值的比较，所以有一半的样本大于
“1”
1.6
1.4 1.2 1.0 0.8
。两座微型
-全样本
・SUV
-▲两厢轿车
2.2.2不含电池的整车质量密度指数
对一个评价车型，同理，通过长宽高计算出广
义体积，再通过式（3）得到不含电池的整车标尺质
量（平均质量），将“不含电池的整车质量密度指数
L Z定义为评价车型的自身不含电池的整车质量
与整车标尺质量（不含电池）之比：
L…1=M”>/（96.318F-0.87）（4）
式中，眩”为被评车型的整车质量（不含电池）；F为
被评价车型广义体积。
迂
仝
三(
国产奥迪q3
S
s
-R.
捋
紅
K
)
IIEfl0
w
辎
2200
2000
1800
1600
1400
1200
1000
800
600
400
10141822
整车体积（长X宽X高）F/m3
图3不含电池的整车质量与广义体积
图4为不含电池的整车质量密度指数图，其中
两座微型车、两厢轿车、SUV的各5个代表车型，它
们的密度指数同样以深图标表示于图中。
■455
'32
J
9
2
48121620
广义体积（长X宽X高）F/m3
图2整备质量密度指数
2.2不含电池的整车质量与指数评价
2.2.1不含电池的整车质量与广义体积
电动乘用车与传统燃油汽车相比，主要的区别在于能源和动力系统，其中电池是电动汽车比传统燃油汽车重的根本因素，也就是说电动汽车的广义密度（整备质量与广义体积之比）比传统的燃油车大，主因是电池的储能有限，达到一定的续驶里程需要更大的电池包。不含电池的整备质量，反映了车身、底盘、动力电机及部分电气系统的质量之和，体现了动力电池以外的车的轻量化水平，对于电动汽车，车的轻量化更显得重要，如果将车的质量降低，转化为电池的扩容，对续驶里程的提升效果显著曰，将整车整备质量M分解成“不含电池的整车质量和“电池系统的质量胚”2部分,M=M1+M2,M 是决定总电能和续驶里程的关键因素。图3为不含动力电池的整车质量M与广义体积V的统计关系，其平均线为：
M1=96.318V-0.87（3）式中，眩为不含电池的整车质量平均值；V为广义体积。
1i
1i
1i
1i
1i
1i
r
r
全样本
©SUV
&两厢轿车
o8
■48121620
广义体积（长X宽X高）F/m3
图4不含电池的整车质量密度指数
3质量比及评价
3.1动力电池质量占比与指数评价
3.1.1动力电池质量占比
通常燃油汽车的供油系统（加满燃油时）不超过100kg，但电动乘用车电池系统要比这大得多，就乘用车而言，最多是9人座，并外加行李，从目前的产品看，由于车的大小和续驶里程的不同，当前动力电池系统的质量从100~600kg不等，和载质量是一个量级，利用样本数据，得到图5，动力电池的系统质量平均约占整备质量的25%，现有电动乘用车统计出来的电池的平均质量与整备质量的关系
：
汽车评价・4・汽车工艺与材料第1期
M2=0.2565M-54.753(5)式中,M2为动力电池质量平均值;M为整备质量。3.1.2动力电池质量占比指数
以现有的统计平均线作为评价的标杆，即把它当作“通用的标尺线”显然线的上方为重，线的下方为轻，从上到下，轻量化程度从低到高，把被评价车型的动力电池的系统质量与相应的标尺质量之比，作为评价指标，定义为“动力电池质量占比指数L z”表达式为：
L2=M2n/(0.2565M-54.753)(6)式中,M20为被评车型的动力电池质量;M为被评车型的整备质量。
整车整备质量M/kg
图5电池的质量与整备质量
图6所示为电池系统占比指数图。相应的代表车型的样例以深图标表示于图中
图6电池的质量占比指数
3.2载质量利用系数与指数评价
3.2.1电动乘用车的载质量利用系数
载质量利用系数是汽车的传统概念，是载质量与整备质量之比，最早用于评价载货汽车的装载能力。
现在商用车和乘用车均可采用载质量利用系数衡量承载水平，当然载质量利用系数越大越好。图7是以整备质量M为横坐标，载质量M l 为纵坐标的乘用车承载能力图，反映了现有电动乘用车全样本的整体情况，作整体样本平均线的表达式为:
M l=0.2212M+66.868(7)式中,M l为载质量平均值;M为整备质量。
相比而言，在平均线之上，载质量利用系数大，承载能力强，在平均线之下，载质量利用系数小，承载能力弱，按车类别比较，两座车载质量利用系数小,VAN(小客车)，因本身整备质量小，座位多，在乘用车中载质量利用系数较大。SUV因其自身重，载质量利用系数也相对小。
整车整备质量M/kg
图7载质量与整备质量
3.2.2载质量指数
为了体现轻量化，体现数值在“1”附近，且越小越好，这里用平均载质量与评价车型的载质量之比，定义为“载质量指数L q”体现整备质量越小，载质量越大。载质量指数L的数值越低。
L q=(0.2212M+66.868)/M l0(8)式中，M l0为被评车型的载质量;M为被评车型的整备质量。
现有样本及代表车型的载质量指数展示于图8之中。从总体车型类别上看，两厢轿车比两座微型、SUV的载质量指数小(好)
'*■-两座微型
*全样本
'SUV
A两厢轿车
10001500200025003000
整车整备质量M/kg
图8载质量指数
」
00
o
L
4能量密度和功率密度及评价
4.1动力电池系统的能量密度与指数评价
4.1.1动力电池的能量密度
动力电池的能量密度是指动力电池的总能量与动力电池系统的比值，是动力电池的重要指标，表达为单位质量所储能的多少，图9表达了电池总
视界董学锋等：电动乘用车轻量化评价研究及要素分析-5-
能量与电池系统的总质量。用现有的样本中数据，得出现有汽车产品电池能量的平均线为：
E b=0.14M2-2(9)式中，E b为动力电池能量的平均值;M2为动力电池系统的总质量。
200400600800
电池系统质量M2/kg
图9电池总能量与电池系统质量
4.1.2动力电池轻量化指数
从轻量化的角度出发，电池质量小而能量大是所希望的，从越小越好的的角度，"动力电池的轻量化指数L”，用同样质量下的电池能量平均值与自身能量的比值来进行评价：
L b=(0.14M2-2)/E b”(10)式中,E b0为被评价动力电池总能量;M2为被评价动力电池系统的总质量。
全样本的电池轻量化指数如图10所示，并将两厢车和SUV的代表车型的轻量化指数用深图标表示在图中。
0200400600800
电池系统质量M2/kg
图10动力电池的轻量化指数
4.2整车的能量密度与指数评价
4.2.1整车的能量密度
对于电动汽车，总质量越小，总能量越大，才能有较长的续驶里程，不论是载货还是载人，总希望载质量大，因此，只能是整车整备质量小，但储能要大，动力电池的总能量与动力电池质量比值是电池
汽车养护剂的能量密度，反映的是电池的水平，动力电池的总能量除以整车质量是整车的能量密度，只有整车的能量密度大，续驶里程才能长。图11为满载下的整车能量图。动力电池能量的平均值与总质量的关系为：
E b=28.245M,-9.3458(11)式中，E b为动力电池能量的平均值;M，为汽车满载总质量。
120
80
60
40
20
全样本
•SUV
。两厢轿车E,=2S.245M,-9.3458
0--------------------------------------------------
0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
汽车总质量MJi
图11电池总能量与整车总质量
4.2.2整车能量密度指数
同样是“以小为好”的原则，用汽车总质量对应的标尺总能量(平均总能量)除以自身的总能量，得到“能量密度指数L,”的表达式为：
L,=(28.25M,-9.35)/E m(12)式中，Em为被评价车型动力电池总能量;M为被评价车型满载总质量。
图12所示为满载下的整车能量密度指数图。图中不仅用虚点表达了全样本的能量密度指数及分布，也用深图标显示了代表车型所在的图中位置。
7
緊
罄
翌
邈
咽
蛊
呂
强B
图12能量密度指数
4.3整车的功率密度与指数评价
4.3.1整车的功率密度
单从汽车的动力性考量，同样的总质量，电机的总峰值功率越大，动力性越好，总峰值功率与总质量
之比，可以称作功率质量密度，即整车单位质量所具备的功率，显然是越大越动力强劲。图13是按总峰值功率与总质量所形成的散点图，表达了总功率与总质量的关系，代表车型以深图标显现，电动乘用车总体样本的平均线若用指数形式表达则为：
几=25.324M,g"(13)
发布评论