對內(nèi)燃機(jī)造成有害污染的持續(xù)關(guān)注，以及過去3年來電池技術(shù)的進(jìn)步及其成本的降低（降低了50%），正在加速推動(dòng)電動(dòng)汽車的發(fā)展。根據(jù)國際能源署（簡稱“IEA”，位于法國巴黎）的報(bào)告，2017年全球電動(dòng)汽車飛速增長了54% ，達(dá)到310萬輛，到2030年將達(dá)到1億2500萬輛。彭博新能源財(cái)經(jīng)預(yù)測，到2040年，電動(dòng)汽車將占所有新車銷售的55%以及全球車輛的33%。
幾乎每一家汽車制造商都在擴(kuò)大電動(dòng)汽車的產(chǎn)品組合，比如，福特最近宣布了40款電動(dòng)汽車的全球陣容。位于英國牛津郡Grove的Williams Advanced Engineering公司（以下簡稱“Williams”）于2017年推出了其FW-EVX平臺(tái)。針對制造商們尋求下一代的電動(dòng)汽車平臺(tái)或簡化特定領(lǐng)域的技術(shù)改進(jìn)需求，FW-EVX 純電池電動(dòng)汽車（簡稱“BEVs”）可通過添加或減少電池模塊來擴(kuò)展到其名義的2800mm的軸距。與插電式混合動(dòng)力汽車（簡稱“PHEVs”）相比，BEVs的發(fā)展速度更快，目前已占據(jù)全球電動(dòng)汽車市場66%的份額，并占據(jù)了福特計(jì)劃車型中的16個(gè)。
FW-EVX平臺(tái)設(shè)計(jì)圖
可擴(kuò)展的電動(dòng)汽車平臺(tái)：Williams Advanced Engineering公司開發(fā)了FW-EVX，以為尋求下一代技術(shù)的汽車制造商提供一種輕量化、緊湊的平臺(tái)，其模塊化的電池設(shè)計(jì)支持多種車型類型和軸距，而其制造工藝可以為高產(chǎn)量應(yīng)用而得到擴(kuò)展（圖片來自Williams Advanced Engineering）
Williams的技術(shù)總監(jiān)Paul McNamara解釋說，通過制造碳纖維復(fù)合材料的底盤，使之成為多功能的、集電池冷卻和碰撞保護(hù)于一體的輕量化結(jié)構(gòu)。毫無疑問，FW-EVX推動(dòng)了標(biāo)準(zhǔn)模式（即中央、底部的電池包與前軸和（或）后軸的電動(dòng)電機(jī)）達(dá)到新的性能水平。這種高水平的集成，創(chuàng)造了“減輕重量、減小空氣阻力、增加電池容量和延長續(xù)航里程”的良性循環(huán)。
性能與血統(tǒng)
動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)，包括擁有38個(gè)電池模塊的底盤，后方的兩個(gè)電動(dòng)電機(jī)和前方的一個(gè)電動(dòng)電機(jī)、傳動(dòng)裝置、差速器、電子設(shè)備、車輪、輪胎和4個(gè)叉骨懸架，總重955kg。按照Williams的計(jì)劃，加上輕質(zhì)車身之后，一款寶馬M4大小的汽車，總重是1750 kg。該平臺(tái)擁有一個(gè)80kWh的電池，它將提供依據(jù)New European Driving Cycle（簡稱“NEDC”）標(biāo)準(zhǔn)的552 km的續(xù)航里程。NEDC是一種測量汽車燃油消耗、排放和運(yùn)行里程的實(shí)驗(yàn)室測試，2017年，它被Worldwide Harmonised Light Vehicle Test Procedure（簡稱“WLTP”）所取代。WLTP采用全球收集的真實(shí)駕駛數(shù)據(jù)與理論駕駛曲線進(jìn)行對比，這應(yīng)該使之比美國使用的環(huán)境保護(hù)署（簡稱“EPA”）試驗(yàn)更具可比性。
在由InsideEVs排列的24款BEVs中，只有特斯拉的Model X P100D和Model S 75D接近性能要求，電池容量分別是75 kWh和100 kWh，NEDC續(xù)航里程分別是 336英里和304英里，但重量分別超過了408 kg 和680 kg。特斯拉Model 3 Long Range 與FW-EVX完全匹配。而最暢銷的日產(chǎn)Leaf配一個(gè)40kWh的電池，以輕193kg的重量提供了235英里的NEDC里程（值得注意的是，Williams設(shè)計(jì)了日產(chǎn)Bladeglider EV）。然而，還沒有什么能夠比得上FW-EVX的480kW的峰值功率。以150 kW的水平最接近這一功率值的是2018雪佛蘭Bolt（采用60kWh的電池，NEDC運(yùn)行范圍是323英里）以及2019現(xiàn)代Kona（采用64kWh的電池，NEDC運(yùn)行范圍是258英里）。
FW-EVX的性能還超過了中國（是人們預(yù)測的全球最大的EVs市場）更嚴(yán)格的新標(biāo)準(zhǔn)。為了獲得政府補(bǔ)貼，中國生產(chǎn)的可長距離運(yùn)行的BEVs必須擁有超過400 km的運(yùn)行范圍以及105 Wh/kg的能量密度。FW-EVX提供了552km的運(yùn)行范圍，且能量密度超過所要求能量密度的兩倍，達(dá)到235Wh/kg。
也許這應(yīng)該是可以預(yù)料的到的，畢竟，Williams是由弗蘭克·威廉姆斯爵士（FW-EVX中的“FW”）啟動(dòng)的著名的一級(jí)方程序車隊(duì)的技術(shù)和工程服務(wù)兄弟單位。Williams創(chuàng)建于2010年，它于2014年開了一家專門的新工廠，現(xiàn)已擁有超過250名員工，并完成了80個(gè)項(xiàng)目，40個(gè)項(xiàng)目在進(jìn)行之中。
Williams在EV技術(shù)方面擁有豐富的經(jīng)驗(yàn)，其在飛輪和動(dòng)能回收系統(tǒng)（簡稱“KERS”）兩個(gè)方面為汽車、公共交通和能源應(yīng)用開發(fā)了世界領(lǐng)先的專業(yè)技術(shù)。作為ABB FIA方程序E錦標(biāo)賽（全球首個(gè)全電動(dòng)國際單座街道賽車系列賽事）的唯一供應(yīng)商，Williams還開發(fā)了高能量密度電池和電動(dòng)機(jī)，這對于實(shí)現(xiàn)高性能、高耐久性和可預(yù)測性非常必要。
自2014年第一場比賽開始，相當(dāng)于超過1100輛電動(dòng)方程序賽車采用Williams電池運(yùn)行了24萬英里，在比賽中發(fā)生的碰撞還證明了其對最高安全性能的承諾。其他值得一提的進(jìn)展還包括用于福斯奧迪的高性能電池，以及其領(lǐng)導(dǎo)的H1PERBAT聯(lián)盟，該聯(lián)盟由英國政府選出，以開發(fā)一種混合動(dòng)力的電池，與當(dāng)前技術(shù)相比，這種電池的持續(xù)時(shí)間更長、充電更快，從而能以較少量的電池提供較高的動(dòng)能。事實(shí)上，Williams于2018年9月宣布，其將與Unipart Manufacturing Group（簡稱“Unipart”英國牛津Cowley）合作，成立一家名為“Hyperbat Ltd”的合資公司。雙方將于2019年初在Unipart位于英國考文垂的基地建造英國最大的獨(dú)立電池制造工廠，其最初的用戶將是限量生產(chǎn)的阿斯頓·馬丁Rapide E 。
伴隨著一系列EV技術(shù)的開發(fā)，Williams還開發(fā)了其商標(biāo)和正在申請專利的223技術(shù)，以及RACETRAK復(fù)合材料加工技術(shù)。針對高產(chǎn)量、低成本的汽車應(yīng)用，這些解決方案為應(yīng)對“如何使電動(dòng)汽車的性能和效率最大化”這一挑戰(zhàn)而應(yīng)運(yùn)而生?；赪illiams在快速加工輕量化碳纖維增強(qiáng)塑料（CFRP）結(jié)構(gòu)方面的創(chuàng)新，這些解決方案還引起了航空和風(fēng)能行業(yè)的關(guān)注。
將系統(tǒng)集成到結(jié)構(gòu)中
F1賽車是流線型效率的典范——一切都被設(shè)計(jì)成協(xié)同工作。通過一系列實(shí)用而漂亮的融合，Williams將這一思想帶入到FW-EVX之中。
FW-EVX結(jié)構(gòu)的核心是其250mm厚的“skateboard”單體構(gòu)造，它將電池模塊存放在兩個(gè)中空的承載CFRP側(cè)軌（側(cè)梁）之間，這些側(cè)軌同時(shí)從擠壓罐輸送空氣——位于汽車前部的雙進(jìn)氣口通過內(nèi)部鋁制散熱器來冷卻電池。這取消了位于前部的傳統(tǒng)散熱器，最大程度地減小了汽車的整個(gè)前部結(jié)構(gòu)以及換熱器的氣動(dòng)阻力。這種鋁制散熱器還可充當(dāng)電池周圍的受控粉碎帶，以增加沖擊保護(hù)。
位于一體式車身內(nèi)的38個(gè)電池模塊不僅提供了EV的動(dòng)力，還提供了結(jié)構(gòu)。每個(gè)136mm寬的電池模塊都包含LG Chem公司（韓國首爾）生產(chǎn)的10個(gè)袋式鋰離子電池。袋子被放在一個(gè)CFRP盒中并得到保護(hù)。38個(gè)電池模塊盒中的每一個(gè)均采用扁平的CFRP板材和高度自動(dòng)化的223工藝制成：當(dāng)盒表面的板材部分固化后，在固化表面之間留下柔韌的未固化鉸鏈，這些鉸鏈允許將固化的板材部分折疊成盒子，然后進(jìn)行最終固化和粘接，以形成剛性的外殼。每一個(gè)盒子都是一個(gè)抗沖擊、可承載的外骨架，從而有助于提高碰撞的安全性。這些盒子被單獨(dú)放置并一起起保護(hù)的作用，通過整體式車身而提供顯著的扭轉(zhuǎn)剛度和彎曲剛度，進(jìn)而可以處理一些負(fù)載（否則這些負(fù)載將由CFRP 側(cè)軌來管理），這樣可以使它們的設(shè)計(jì)更加輕質(zhì)。
系統(tǒng)作為結(jié)構(gòu)：鋰離子電池被安裝在位于底盤的單體電池包內(nèi)的CFRP盒中。采用223 折疊成型工藝制成的這些外骨架保護(hù)FW-EVX的38個(gè)電池模塊，同時(shí)為底盤提供扭轉(zhuǎn)剛度和彎曲剛度，使其CFRP側(cè)軌更輕
CFRP側(cè)軌裝有鋁制散熱器，引導(dǎo)空氣冷卻電池模塊（圖片來自Williams Advanced Engineering）
rCF叉形支架
FW-EVX采用了比傳統(tǒng)的鋁支架減重達(dá)40%的CFRP叉形支架，歸因于RACETRAK工藝，其成本與鋁件相當(dāng)。正如《Engineering UK》雜志2017年5月的一篇文章所報(bào)道的那樣，RACETRAK是基于高壓樹脂傳遞模塑成型（HP-RTM）、與英國國家復(fù)合材料中心（簡稱“NCC”，英國布里斯托爾）合作開發(fā)的工藝。FW-EVX叉形支架的設(shè)計(jì)組合了3種纖維形式與一種樹脂。纏繞在錨定點(diǎn)上的單向材料以接近零的浪費(fèi)而提供了更高的強(qiáng)度。而以非織氈形式對回收碳纖維（rCF）（重量占復(fù)合材料部件的80%）的應(yīng)用，則為降低成本、增加可持續(xù)性提供了幫助。環(huán)氧樹脂和聚氨酯樹脂已在大批量生產(chǎn)的HP-RTM復(fù)合材料懸架部件中得到應(yīng)用。據(jù)Williams的輕量化結(jié)構(gòu)首席技術(shù)專家Iain Bomphray介紹，這種后叉形支架是有史以來在NCC 的壓機(jī)上制造的最厚的部件，由此而獲得的高效CFRP結(jié)構(gòu)控制臂可以在90s內(nèi)成型出來，包括鋪層在內(nèi)的總的循環(huán)時(shí)間是5min。
由回收CFRP制成的RACETRAK叉形支架：FW-EVX采用的CFRP叉形支架被稱作“RACETRAK”，是在HP-RTM工藝中采用單向回收碳纖維（rCF）制成（圖片來自Williams Advanced Engineering）
未來發(fā)展的靈活性
雖然廣泛應(yīng)用了CFRP，但按照FW-EVX平臺(tái)的設(shè)計(jì)，其單體車身和懸架中仍使用了鋁。為實(shí)現(xiàn)車輛總體的性能和效率目標(biāo)，對所選擇的材料和成型工藝進(jìn)行了優(yōu)化和定位。該平臺(tái)的設(shè)計(jì)也很靈活，比如，雖然目前電池模塊采用的是LG的袋式電池，但卻可以適應(yīng)更多的電池形式；為獲得高性能而選用的現(xiàn)成的動(dòng)力總成部件，也可以替換成制造商指定的替代品。
與此同時(shí)，Williams還在進(jìn)一步開發(fā)和測試FW-EVX平臺(tái)?！拔覀円褜⑽覀儚V泛的知識(shí)應(yīng)用于復(fù)合材料和系統(tǒng)中，以重新思考電動(dòng)汽車的設(shè)計(jì)和制造?！盉omphray說，“讓我們與眾不同的，不僅是我們的設(shè)計(jì)和制造能力，還包括我們能夠讓所有的系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)協(xié)同運(yùn)行。我們已經(jīng)能夠降低空氣阻力和重量，以及減小復(fù)雜性，并由此而實(shí)現(xiàn)更大的動(dòng)力、安全性和運(yùn)行里程。”
