淺談純電動汽車電池包自動合裝工藝

劉陽勇

摘要：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。

關鍵詞：純電動汽車;自動合裝;定位策略

引言

為響應世界環保的號召，解決我國能源與環保問題，國家863計劃設立“節能與新能源汽車”重大專項，其中新能源電池汽車是重要的方向之一，而新能源電池是汽車的核心部件，因此本研究是新能源汽車生產的關鍵配套技術設備，研發設計新型的在線電池合裝設備具有十分重要的意義。

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。

2新能源汽車的發展現狀

從2008年開始，新能源汽車在國內開始嶄露頭角，一直到2020年，經過12年的發展，我國在新能源汽車技術方面有著非常大的進步和發展。尤其針對傳統的新能源汽車，主要是指利用高壓電池包作為臨時儲能的電動汽車。在產品種類方面，已經由最初的以純電動汽車為主的技術路線，轉變為目前的純電動汽車和混合動力汽車共同發展的技術路線。另外，在核心部件方面，如高壓電池和電機等，從使用性能和安全性能方面也有較大的提升。針對這一類型的新能源汽車，國內已經具備了一些非常成熟的零部件和整車的生產企業，并且在產品性能方面，已經可以與傳統汽車制造強國相競爭。但是對于新興的新能源汽車，例如燃料電池電動汽車。不論是在部件生產，還是在整車制造方面，我國都還需要一定時間的發展和提升。目前，我國的燃料電池汽車主要應用在商用車、公交車和城市客車。原因是這些類型的車輛尺寸較大，便于儲氫瓶和燃料電池發動機的布置。對于乘用汽車，由于生產成本較高，研發技術難度較大，因此國內還沒有大批量生產和上市的相關車型。另外，制約燃料電池汽車發展的另一因素，是關于加氫站的布局。我國在加氫站的建設方面，僅有部分城市具有小規模布局。全國絕大部分城市和地區都還不具備加氫的能力。

3電池合裝設備整體設計工藝

通過對企業現場電池合裝的特點的研究，總結設備工藝技術要求如下。（1）電池包是高危部件，易燃易爆，必須由電池包放置在電池托盤上隨料車由AGV送到線邊，通過上料輸送輥道實現帶有電池包托盤輸送上合裝臺車。（2）由于車體在底盤線體裝配是混裝，有汽油車和電動車，首先要對車體進行車輛識別，只有檢測到電動車體才啟動合裝設備，如產生誤判也不會產生安全隱患。（3）車體在裝配底盤線上的吊具的擺放位置不唯一性，X、Y方向誤差在±60mm，且主線體勻速隨動，要求設計主線體測速機構，合裝設備上設計編碼器，實現合裝臺車在變頻電機作用下沿軌道X方向與主線體同步隨動。（4）Z方向在變頻電機、絲杠螺母副的作用下，實現剪叉式升降機升降功能，在升降機平臺面上設計雙層浮動裝置，實現電池包在X、Y方向微移動，消除車體在X、Y方向的放置誤差在±60mm，從而達到電池包與主線車體的隨行同步，準確定位，人工憑借系統工具順利連接、緊固螺栓，實現電池包在裝配底盤線上同步在線合裝到車體上。

4純電動汽車電池包自動合裝工藝要點

4.1結構優化

在現代汽車產業中，運用CAD/CAE/CAM一體化技術，設計純電動汽車動力電池箱體的整體布局和外形結構，利用輕量化數據庫，對動力電池箱體進行工程分析和剛強度計算，實現動力電池箱體的精簡化、整體化和輕質化。通過多目標全局優化、拓撲優化、逆向工程結構優化設計等現代設計方法，實現動力電池箱體結構優化分塊以及多種輕量化材料的匹配等。由于目前國內沒有統一制定新能源汽車的安全碰撞標準及其他安全指標，汽車生產企業在運用軟件ANSYS、CATIA等，對電池箱體的結構剛度、材料疲勞強度進行仿真輕量化設計，需要對于優化后的動力電池箱體進行安全碰撞分析，進而提高汽車的可靠性和安全性。

4.2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;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。

4.4功率階梯劃分

以加速時間、最高車速和爬坡度為參考指標，該指標的仿真結果見表所示。表中電機功率20kW時，最高車速仍可以達到110km/h，爬坡度19%，考慮空調最大消耗功率8kW，將電池包可用放電功率小于等于30kW作為功率不足階段1的起始階段。此時出現驅動電機和空調舒適功率同時需求的情況時，以限制部分空調功率來滿足驅動電機的動力需求。電機功率12kW時，最高車速90km/h，爬坡度11.2%，將電池包可用放電功率小于10kW作為功率不足階段2的起始階段。電池包可用放電功率低于此值時，完全犧牲空調功率來換取驅動電機的動力需求已意義不大。

4.5動力電池箱體

新能源汽車由于其技術的要求，造成了相對于傳統燃油車增重的問題，相對于國外來說，我國電動商用車增重15%-30%，電動乘用車增重10%-15%，屬于一般較低水平，因此更需要對其進行輕量化。輕量化是在保證剛強度、模態和安全性能的前提下，通過現代優化設計方法盡可能降低重量已達到輕量化的目的，在性能、減重和成本之間尋求平衡。在電動汽車各總成當中，動力電池系統的重量占據了整車重量的額30%，過重的動力電池包極大的影響了電動車的續航能力。《節能與新能源汽車技術路線圖》指出，2035年純電動乘用汽車輕量化系數降低35%，同時將車輛輕量化系數、載質量利用系數、掛牽比等作用衡量整車輕量化的依據。

結束語

可拓展高壓電池包類比手機充電寶，當電動車電量不足時，車主在沒有時間等待充電或者沒有充電樁的情況下，可拓展電池包的作用尤為突出，在增加未來新能源車型的續航里程方面，具有重要客戶價值，可操作性較高。

參考文獻：[1]王眾.基于電動汽車用電行為的電池預測研究[D].青島理工大學，2019.

[2]羅源.純電動汽車電池包冷卻系統設計與優化[D].重慶郵電大學，2019.

[3]吳雅莉，劉彥笈.現代汽車電池的研究和應用[J].科技風，2019（33）：11-13.

[4]鄒宸，祝喬.電動汽車電池管理系統簡介與研究[J].電工技術，2019（22）：176-177+180.

[5]華長星.純電動汽車地板-電池包合裝工藝[C].河南省汽車工程學會.第十六屆河南省汽車工程科技學術研討會論文集.河南省汽車工程學會：河南省汽車工程學會，2019：191-193.