复合材料在电动汽车中的机遇和挑战

第二个主要挑战是有限的充电基础设施，因为大多数现有的充电站都集中在选定的地区。根据调查，57%的消费者对电动汽车不感兴趣，因为缺乏充电设施。尽管西方国家一直在积极弥补这一差距，但除了中国、日本和韩国之外，东方国家似乎被远远抛在后面。平均而言，每天有100多辆车到加油站加油，而每天大约有10-20辆车到充电站补电。充电的速度也是一个问题，速度还不能与燃气动力汽车的加气速度相比。牵引电池的安全问题和热失控的风险也是令人担忧的。

克服这些挑战肯定需要时间，复合材料已经在一些新的发展中发挥作用，确保通过轻量化提高车辆效率。以下几个部件的发展值得我们更为密切地关注：汽车传动系统、电池模块、电机、逆变器和转换器。

重量和效率的相互作用

为了提高任何车辆的效率，通常考虑的首要策略之一是减少整个系统的重量。车辆轻量化可以追溯到20世纪，当时铝在汽车工业中取得了进展，并在大多数车辆部件中（包括车体）取代了钢。然而，随着电动汽车的发展，更多的变化发生在引擎盖下的部件中，特别是多个动力总成部件，因为安全和技术商业因素，如大批量生产、降低每个部件的成本和通过轻质材料满足性能标准。此外，由美国铝业协会资助的研究表明，采用轻质结构部件（复合材料或铝）和功率较小/昂贵的电池的车辆，其续航能力与采用重型电动车不锈钢部件和功率较大/昂贵的电池的车辆相似。

电池模块。最有趣的发展可以在电池模块或外壳中看到，复合材料在该结构的应用已经相当流行。传统的电动车电池重达400多公斤，其中金属模块重达100公斤。一些行业领导者正在使用复合材料来减轻电池模块的重量。宝马公司与SGL Carbon公司合作，为其电池模块提供碳纤维复合材料。英国TRB轻质结构公司等公司也在这一领域大放异彩，为轻质解决方案改进结构设计。TRB报告了最近的一项成果——将电池模块的重量从80公斤减少到10公斤，同时增加了强度和阻燃性。

虽然钢和铝制造商也在推动他们自己的轻量化设计，但复合材料在满足阻燃要求和减少热失控的风险方面有很大的优势，因为它推动了快速充电的发展。成本一直是复合材料的一个瓶颈；然而，现在与复合材料相关的供应商正越来越多地融入汽车供应链，从树脂的生产到结构的生产，开始看到显著的成本节约。

电机和电气元件。电机占车辆重量的很大一部分。因此，在选择得当的材料、设计和电气元件集成的帮助下，重量当然可以得到优化。目前，德国Hofer和美国Hyliion等公司正专注于电子轴的设计和开发，其特点是电机与转换器/逆变器相结合，尽量不使用高压电缆。因为被安装在电子轴的外壳内，将减少高压电缆的重量以及变频器/逆变器的外壳重量。然而，由于缺少投资，以及整个价值链合作在内的挑战，电子轴技术可能无法满足OEM的功率和成本要求。