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推动新能源汽车再度进化的关键塑料技术
2024年8月21日，中国工信部公布的强制性国标《电动汽车能量消耗量限值第1部分：乘用车》（征求意见稿），首次以强制性国标方式规定了新能源汽车的电耗限值。新能源汽车的能量消耗量跟汽车轻量化密不可分，高性能塑料的最大优势是可以代替钢等更重的材料，达到轻量化的目的。同时，自动驾驶技术正成为新能源汽车的大脑，高性能塑料的一些独特性能，可满足相关应用对材料的严格要求。因此在汽车行业中，车用塑料占汽车所用材料的比例不断提高，应用也越来越广泛。
文章来源：宋元 上海东海职业技术学院讲师、雅式橡塑网（www.AdsaleCPRJ.com）
强制性国标的征求意见稿的发布，意味着工信部将提高车型能量消耗门槛要求，完善新能源汽车能量消耗量的管理机制，进一步推动产业的健康发展及技术进步。
以三排以下座椅、非四轮驱动的车型为例，能量消耗量限值范围每100公里10.1 kWh至19.1 kWh。其中，整备质量在1.09吨至2.71吨之间的车型，每百公里电耗需要控制在13.92kWh以内。然而根据行业统计，截至2024年8月，仅有60%左右的车型满足行业标准，因此亟需寻求降低电耗的有效手段。
从国标要求不难看出，整备质量将会是一个重要考核指标。新能源汽车整备质量大，与其动力系统息息相关。举例来说，多家品牌电池包重量超过500kg，有些甚至超过700kg。
目前此强制性国标处于征求意见稿阶段，按行业一般情况看，大概还有两年左右正式发放，所以现在是各家车企调整轻量化技术路线的窗口期。
传统燃油车动力系统（发动机、变速箱）处于高热、高磨损工况，因此塑料件的使用十分有限。而新能源动力系统中，电池包管理系统等部件工作状态相对更友好，有利于车用塑料的应用。
（1）阻燃需要
车用塑料在电池包的热管理中扮演着至关重要的角色，为应对电池在高温和高压环境下可能产生的过热风险，可采用具有优异阻燃性能的热塑性塑料。其中，聚丙烯化合物（PPc）和长玻纤（LGF）增强的PP树脂尤为突出，不仅能够有效隔绝热量，防止电池包的内部温度过高，还具备出色的机械强度和耐化学腐蚀性，确保了电池包在极端条件下的稳定运行和乘客的安全。
利用热塑性塑料的优势，SABIC便开发了一种创新的电池包概念，将单个电池集成由30% 玻纤填充的阻燃聚丙烯化合物模制而成的薄壁外壳内。此外，LG化学和LX Hausys合作开发了一种特殊阻燃连续纤维热塑性塑料（CFT )，以延缓电池热失控。
（2）防尘防水需要
动力电池包的IP防尘防水性能要求极高，行业普遍要求达到IP67等级，一些车企，如吉利汽车、哪吒汽车、ARCFOX极狐还对外宣称能做到IP68等级。
而提升电池包IP防尘防水性能的关键在于电气连接器周围的密封和固定件，其作为电池包内外连接的关键点，需要承受一定的机械应力和环境变化。因此，采用高强度、耐磨损的塑料材料，如聚酰胺（PA）或聚碳酸酯（PC），能够确保连接的稳定性和密封性，防止水分、灰尘等杂质侵入，保障电气系统的正常运行。
此外，由于电池包在热失控后会产生大量的气体，需要及时排出，否则极容易引发爆炸。安全装置如防爆阀的支撑结构也常采用特殊设计的塑料材料，这些材料在紧急情况下能迅速响应，有效释放内部压力，防止电池爆炸，进一步提升了电池包的安全性。
电池包结构件作为电动汽车能源系统的核心组成部分，其设计与材料选择对车辆的整体性能、安全性及续航里程具有至关重要的影响。传统上，高强度钢因其优异的机械强度和抗冲击性能，被广泛用于电池包的冲压成形结构中，确保在复杂工况下电池包的结构完整性。
为进一步提升轻量化效果，近年来，车用塑料在电池包的设计中的应用日益增多，尤其是在模组外壳和电池包密封盖等部位。
这些塑料材料，如聚碳酸酯、聚酰胺（特别是尼龙增强型）以及聚氨酯（PU）等，不仅密度远低于钢材，在特定配方和工艺下，还能够实现与金属相近甚至更优的机械性能和耐环境老化能力。
例如，由上海普利特复合材料推出的LGF增强阻燃尼龙材料，被用于替代电池包结构件中的钢材，使部件重量减轻了40%，制造成本降低了15%。
电池包结构件所处的工作环境极为苛刻，需承受机械振动、高温高湿、紫外线辐射、化学腐蚀等多种挑战，因此对材料的性能提出了严格要求。
针对这些要求，行业内不断探索和创新，取得了显著进展。例如，聚氨酯电池包上壳体解决方案的成功应用就是一个典型例证。在一系列严格的标准化测试中，包括机械性能、高温高湿老化、氙灯老化、耐酸、耐碱、耐高温和绝缘性能等，聚氨酯材料均展现了其作为电池包结构材料的可行性和优越性。
科思创开发的Baydur® HP-RTM（高压反应注射成型）电池包上壳体便是聚氨酯在新能源汽车中的关键应用，其阻燃性好、重量轻、厚度可薄至0.8毫米。
另一方面，2024年12月发布的《中共中央办公厅、国务院办公厅发布关于加快建设统一开放的交通运输市场的意见》提出，应持续实施自动驾驶、智能航运等先导应用试点，推动交通运输绿色智能转型升级。目前，中国已有超过50个城市出台自动驾驶试点示范政策，而车企也将自动驾驶功能作为新能源汽车的其中一个优势卖点。
自动驾驶技术正成为助力新能源汽车发展的新质生产力，其不只催生新的商业模式，例如共享自动驾驶出租车服务，还激发相关技术的升级和创新。
高级驾驶辅助系统（ADAS）利用各种传感器来进行侦测，收集数据，并结合导航数据，进行运算与分析，而自动辅助导航驾驶（NOA）则是ADAS其中一项功能。
NOA是结合辅助驾驶和导航功能的技术，当车辆在高速公路或高架等路段行驶时，按车载导航路线让车辆进行自动变道、自动进出匝道口、加减速、开关车灯等的技术。
ADAS对材料的要求很高，也有独特性，塑料在相关应用中大有可为。其中，毫米波雷达可为远程目标提供可靠、高分辨率的信息，而整流罩是毫米波雷达的重要部件，可保护内部高频天线免受天气和环境影响，其采用的材料除具备高强度性能外，还需要保证穿透电波不受影响。
高性能工程塑料易于加工成型性，而且耐热性、抗化学性能好，有些材料更具备较低介电常数（Dk）的性能，让雷达发出的电波充分穿透，满足了毫米波雷达整流罩的特性要求。
随著以ADAS为重点的汽车智能化市场持续扩张，材料供应商也积极开发更多前沿解决方案。例如，恩骅力最近便推出了针对车载雷达的完整激光可焊热塑性塑料产品组合，包括聚对苯二甲酸丁二酯（PBT）、聚苯硫醚（PPS）、PBT + PC牌号。
SABIC的两款新型改性材料则具有高耗散系数（Df）的特性，从而实现高效的噪声吸收，提高了毫米波雷达吸波器件的信噪比，最大限度地减少干扰信号传输的噪声，提高传感器的精度和传输范围。此外，其超高流动性和极低翘曲特性提供了更大的设计灵活性。
材料科学的进步和制造工艺的创新为车用塑料在新能源汽车动力系统的应用提供了广阔前景，未来电池包结构件的材料选择将更加多样化，轻量化与高性能的平衡将成为行业追求的方向。同时，车用塑料也可提高自动驾驶技术应用的效率和安全性，加速汽车智能化落地，助力交通运输系统升级转型。
