尽管显示出可观的减排优势，但显然存在挑战限制了消费者迄今为止对电动汽车的广泛采用。第一个也是最普遍的挑战是，客户对目前市场上的电动车的续航焦虑和对车辆保值率的担忧。根据Alix Partners在2019年的调查显示，67%的客户正在寻找与汽油动力汽车成本相当的电动车。

 

    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。

    此外，位于德国的大学弗劳恩霍夫化学技术研究所和卡尔斯鲁厄理工学院正在合作开发使用热固性聚合物的混合金属基复合材料，它具有更高的热力学稳定性，并满足电机外壳的刚性要求。不过，在较高温度下尺寸的稳定性和电机的冷却是商业化的主要挑战。塑料可能无法提供足够的导热性和均匀的热分布。重新设计冷却通道肯定能改善电机的热管理，但需要大约五到八年的时间来开发、测试和商业化。同时，特斯拉和其他公司正在开发用于电动机的转子外壳、定子和其他部件的复合材料，据说能使性能达到新的水平。种种此类，显示出复合材料在这些类型的应用中实现商业规模的潜力。

    如前所述，对快速充电的最大担忧之一是热失控的风险。作为回应，一些汽车制造商正在努力设计他们的电池组，设计出处理热失控事件的系统。工程师们同时在进行三个层面的保护：电池与电池、模块与模块和电池组层面的保护。增加这些保护措施中的任何一项都涉及到重量的增加，降低车辆的续航能力，并需要占用更多的空间。然而，涂层供应商提供了一个创新的解决方案。他们已经开发了电池间及模块层面的技术，在发生热事件时阻止和延缓火灾蔓延。复合材料上的这些膨胀涂层肯定会有助于提高防火性能，减轻重量和节省空间。然而，该领域全球法规尚未出台，要由原始设备制造商和他们的内部风险评估计划来确定发生热失控的可能性有多大。

 

    内部和外部结构部件。为了减轻重量，内部和外部结构部件的整合可能是关键，这包含减少部件数量和改变其设计。复合材料将发挥关键作用，但由于材料成本较高和零件制造的复杂性等挑战，大规模的采用可能受到限制或推迟。此外，在原始设备制造商设定的目标成本、部件尺寸及方向、可扩展性和制造工艺之间存在不匹配。因此，目前，复合材料正在努力满足许多部件的预期成本和性能基准。复合材料部件的一些新兴机会包括A、B和C柱、车顶和车底板、车门和侧架等。

 

 

不断发展向前的行业

    从消费者的角度来看，目前，对电动车的需求不太可能超过传统汽油动力车。事实上，电动汽车的采用率取决于政府的激励措施、倡议和投资。此外，由于单位成本高和规模经济的问题，复合材料的应用将主要在高端汽车的结构部件中。然而，在主要部件中，如电池外壳和一些电机子部件等，存在着复合材料使用的机会，可以预期在未来三到五年内会有更多的渗透。对于较大的结构部件，复合材料可能需要等待10年或更长时间，行业才开始关注高强度钢和铝的替代。此外，汽车行业在未来会出现更多的复合材料部件供应商，合作和复合材料部件的规模经济。