淺談純電動汽車電池包自動合裝工藝

申平

(廣汽埃安新能源汽車有限公司，廣東廣州 511447)

0 引言

乘用車的底盤整體自動合裝工藝在總裝工藝中屬于較為重要的部分，也一直是總裝車間自動化和節拍提升的主要瓶頸。就汽車行業來看，早在數十年前外資車企就已將此項工藝技術運用到汽車生產制造中。由于在自動化、人力節省及效率提升上存在較大優勢，且有利于數字化工廠建設，整體式自動合裝工藝也被越來越多國內汽車品牌采用。本文作者簡要介紹了如何實現電池包的自動合車、孔位對正及擰緊的高成功率，以滿足高節拍的生產需求。

1 動力電池包自動合車工藝概述

動力電池包順利進行自動裝配擰緊的實現主要分為3個過程，分別為電池包與車身的結合、電池包安裝過孔與車身螺母的孔位對正以及擰緊槍的自動擰緊，暫且分別稱之為“合車”、“對孔”以及“擰緊”，過程分解如圖1所示。

圖1 電池包自動合車工藝過程分解圖

2 合車

目前國內有兩種主流合車工藝：動態式連續合車和靜態啟停式合車(圖2)。文中介紹的自動合車屬于后者，整體式合裝自動化程度較高，裝配質量更多靠設備來保證[1]，故其對車身、零部件、托盤等精度的要求較高。合車是通過底層設備與吊具的串聯來實現車身孔與托盤銷之間的連接，從而實現電池包與車身的結合。由于該尺寸鏈較長，最終的累積偏差需通過托盤浮動吸收，一般該浮動量設置為單邊5 mm。該浮動量可通過三維仿真軟件核算，建議運行次數設置為10 000次或以上，以得到的最大偏差值作為評價依據，從而對各工裝設備的公差及過程配合的孔銷浮動量進行適當的優化調整，直至滿足合車需求。

圖2 靜態啟停式合車

3 對孔

電池包與車身通過托盤上的定位銷及托塊進行精確定位，保證車身螺母孔與電池包安裝過孔的孔位對正，從而實現順利擰緊裝配。

從定位銷數量上來講，托盤的定位方案通常有兩種，第一種為托盤上設置兩組主副定位銷，以分別獨立定位白車身與電池包，如圖3所示[2]；第二種為托盤上僅布置一組主副定位銷，每個定位銷同時定位車身與電池包，即“一銷穿兩孔”。定位策略需根據實際情況選取，如若托盤定位銷均可做成固定結構，定位銷精度及整體剛度易保證，則建議采用第一種分別獨立定位的方案；如若托盤需多車型共用，定位銷須做成翻倒銷等非固定結構切換使用，則建議采用第二種“一銷穿兩孔”的定位方案，其原因為翻倒銷等由于受到高度、加工和裝配精度、使用損耗及合裝擠壓等影響，其量產階段精度較難保證，且托盤數量過多，維護困難。

圖3 獨立定位的電池包托盤

從定位銷位置上來講，托盤的定位方案通常也有兩種，第一種為主副定位銷均布置在車身同側，即單側定位；第二種為主副定位銷分別布置在車身兩側，即雙側定位。根據續航里程的不同，電池包寬度相同，但長度會有幾種不同規格，如圖4所示，故建議托盤主副定位銷采用雙側布置，這樣同一組定位銷可滿足同寬不同長電池包的定位需求，且定位長度足夠。采用雙側定位時，如電池包往托盤上放置工序為人工操作，則可在操作側增加一個適當減徑的菱形導向銷，便于觀察落位。另外為便于電池包落位及避免定位孔刮擦損傷，可將定位銷導向段做成過渡平緩的子彈頭形式，如圖5所示。

圖4 同寬不同長的電池包

圖5 子彈頭形式的定位銷

在定位方案確定后，可通過三維仿真軟件搭建模型進行電池包安裝過孔量的核算，建議運行次數設置為10 000次或以上，以得到的最大偏差值作為評價依據，從而對孔銷浮動量、各零部件的公差及安裝過孔量進行適當的優化調整，直至滿足對孔需求，單邊安裝過孔量一般設置為2.5～3.0 mm。

4 擰緊

合車完成車身與電池包結合后，進入擰緊部分。文中介紹的為三軸伺服分體式移動擰緊臺，擰緊臺大底座可以沿X軸伺服移動，擰緊槍子底座沿Y軸伺服移動，擰緊槍沿Z軸上升擰緊。螺栓先預緊或放在分裝區聯系桿上，擰緊槍直接擰緊聯系桿[3]，從而完成螺栓的擰緊。

由上可知，若要順利完成自動擰緊，則需在擰緊槍完全將螺栓擰入車身安裝螺母后分別滿足兩個條件，第一個是擰緊槍與螺栓不產生硬干涉(不考慮聯系桿，假定擰緊槍與螺栓直接連接)，即擰緊槍的浮動量需不小于該尺寸鏈的累積偏差；第二個是聯系桿與螺栓不產生硬干涉。擰緊槍與聯系桿的浮動量均需通過尺寸鏈校核確認是否滿足擰緊要求，兩者分別獨立計算。建議擰緊軸與聯系桿的浮動量分別設置為單邊3、2.5 mm。另外聯系桿需通過兩銷兩釘的方式定位裝配到托盤上，以保證足夠的裝配精度，減少后期的調試工作。聯系桿截面圖如圖6所示。聯系桿與擰緊槍截面圖如圖7所示。

圖6 聯系桿截面圖

圖7 聯系桿與擰緊槍截面圖

5 結束語

文中通過對靜止式合裝系統的工藝流程及擰緊原理進行梳理分析，從尺寸配合角度出發，將該系統分解為“合車”、“對孔”及“擰緊”3個部分。該3個部分彼此獨立，但又環環相扣，是達到“自動擰緊”這一最終目標的三層階梯。通過前期的對標研究及量產車型的實踐，簡要總結了各環節尺寸配合相關的設計要點，提供了相關關鍵尺寸參數的建議值，對靜止式合裝及自動擰緊系統的前期設計規劃有一定參考意義。