电动车成本模型：重量与成本关系解析

为了对所有轻量化措施进行经济性评估，下面来讨论几个相关性因素。为清晰说明起见，这里引入一个商用车（卡车）模型。在模型中引入了有效载荷与用来抵消开支的收益[BRE 83]，据此可以简单地进行以下比较：

1）重量关系

2）成本估计/周期

●在系统成本K_S（用来弥补生产成本）中，重要的部分是开发的设计成本（K_D）与研发的轻量化附加成本（K_L）、材料成本（K_W）、模具成本（K_Wzg）与制造成本（K_F）：

K_S=（K_W+K_Wzg+K_F）+（K_D+K_L） （2.3）

轻量化附加成本（K_L）由工程师的工作量（ΔK_I）、试验（ΔK_V）与生产工具方面的额外开销（ΔK_Wzg）组成。

●这里，材料成本占成本的主要份额（约占系统成本K_S的35%～40%）由以下方程确定：

其中，k_Wi为每个结构件的材料每千克的价格。

●运营成本与总重量成比例关系，可采用运营成本因子k_B计算：

K_B≈k_B·G （2.5）

●收入则与有效载荷成比例，可采用有效载荷因子k_E计算：

K_E≈k_E·G_N （2.6）

一个使用轻量化商用车的企业在收入和运营成本方面可施加的影响是有限的，因此所能努力做到的是在最大的意义下尽量限制轻量化附加成本。其目标是应当在尽可能低的系统成本下[WIE 84]实现结构的轻量化：

●一般来说，当通过更佳尺寸设计和结构简化降低结构重量时，轻量化附加成本将会更低。

●相反地，当通过精细化构造和采用更贵的材料降低结构重量时，轻量化附加成本将会提高。(www.xing528.com)

从经济观点考虑，一辆商用车的有效载荷应当明显高于其结构重量（G_N≥G_S），因为只有这样才可以尽快地抵消附加的开支。正如在机动车技术规格手册里一再强调的那样。通常来说，在机动车达到一定的重量关系时，其价值较高。但是，即使达到规划的整备重量（这也是以往所有假设的基础），也并不意味着研发成功，有必要根据下述方程表述的相互关系[HER 80]来采取相应的措施。

G_l≈G_O+α·ΔG_S （2.7）

也就是说，在设计上应该考虑到还有一个放大因子在起作用，即需要有针对结构甚至整套设备的附加措施，以确保在给定的行程内能运输同样大小的有效载荷。放大因子可如下确定：

按照经验，放大因子一般在以下范围内变动：

汽车制造：α≈1.1～1.5

飞机制造：α≈2～3

航天工业：α≥5

如果出现超重的情况，可以考虑两种替代方案。

●替代方案一：有效载荷G_N保持不变，结构（+ΔG_S）必须重新设计。由此产生额外的开销，其比例关系大约为

ΔK≈C（K_S+K_B）·α·ΔG_S （2.9）

●替代方案二：降低有效载荷（-ΔG_N），结构保持不变，则经济性变化比例关系大致为

ΔK≈C（K_S-K_E）·α·ΔG_N （2.10）

具体应用中，需按照使用领域和约束条件来选择最合理的方案。

电动车今后的发展必须要克服重量问题。对电动车电池系统功率的需求是与电动车的自重成比例关系的。按照目前的成本关系，在行驶里程极限为120km的情况下，电动车1kg的重量对应大约13€的电池成本，或者16€的动力系统成本。与此相对应，燃油发动机动力系统的相应成本为5€/kg。因此对于电动车来说，减重是非常重要的任务。