新能源汽車電池包裝配生產(chǎn)技術(shù)

劉云賀 施漢臣

摘要：在新能源汽車上，電池系統(tǒng)發(fā)揮著重要的作用。隨著新能源汽車的市場需求日益增大，電池包的研發(fā)工作和裝配生產(chǎn)技術(shù)越來越受關(guān)注。電池包裝配線多布置在單獨(dú)的車間內(nèi)，按功能劃分為不同生產(chǎn)區(qū)，根據(jù)產(chǎn)品裝配工藝的要求，配備裝配、充電、試驗(yàn)、輸送等設(shè)備，完成合格電池包的裝配任務(wù)。

關(guān)鍵詞：新能源汽車;電池包;裝配

新能源汽車遇冷背后，電池航程短、壽命短，購車成本高成為了其主要障礙。與傳統(tǒng)汽車相比，新能源汽車定價(jià)明顯偏高，一輛混合動力車的售價(jià)大致和初配寶馬類似，如比亞迪37萬的E6、雪佛蘭49.8萬的沃藍(lán)達(dá)。即使刨去國家給出的購車補(bǔ)貼，還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于同等性能傳統(tǒng)汽車的價(jià)格。節(jié)省了部分能耗費(fèi)用，卻要面對和同等性能的燃油汽車高出一倍左右的價(jià)格，多出的費(fèi)用足夠支付5-8年的燃油費(fèi)，而新能源汽車的使用年限不過10年左右，這筆賬算下來，不得不讓消費(fèi)者大感不劃算。同時(shí)，由于國內(nèi)充電站數(shù)量極少，配套設(shè)備不完善，后期的維護(hù)成本也大大高于燃油類汽車。這也是那位準(zhǔn)新娘為什么竭力反對購買新能源汽車的原因。也正是這些因素導(dǎo)致新能源汽車過去數(shù)年都只停留在紙上談兵的階段，而無實(shí)質(zhì)進(jìn)展。已經(jīng)意識到這一問題的各大品牌廠商，也都加緊了在電池領(lǐng)域的投入布局。

我國新能源汽車行業(yè)正在迅猛發(fā)展。新能源汽車的核心技術(shù)主要是電池包，其生產(chǎn)裝配質(zhì)量直接影響新能源汽車的性能。目前，我國動力電池的主流是鋰離子電池，并廣泛應(yīng)用磷酸鐵鋰電池，但整體水平落后于美國、日本。本文從新能源汽車動力電池概況入手，論述電池包的結(jié)構(gòu)及裝配生產(chǎn)的技術(shù)知識。

1我國新能源汽車電池概況及發(fā)展方向

新能源汽車動力電池，按照是否需要充電，分為蓄電池和燃料電池。蓄電池主要應(yīng)用于純電動汽車、混合動力汽車、插電混合動力汽車;燃料電池主要應(yīng)用于燃料電池汽車。本文主要介紹蓄電池。

1.1 鉛酸蓄電池

鉛酸蓄電池的電極材料為鉛及其氧化物，電解液是硫酸溶液。它的優(yōu)點(diǎn)：電壓穩(wěn)定、價(jià)格便宜。它的缺點(diǎn)：比能低、使用壽命短、日常維護(hù)頻繁。在國內(nèi)，鉛酸蓄電池已經(jīng)非常廣泛地應(yīng)用到低速電動汽車領(lǐng)域。

1.2 鎳氫電池

鎳氫電池的陽極材料是氫氧化鎳、陰極材料是由釩、錳、鎳等金屬形成的多成分合金組成，它的能量體積密度約為鉛酸電池的3倍，它的比功率約為鉛酸電池的10倍。鎳氫電池的短板如下：在低溫條件下容量減小，在高溫條件下充電耐受性差;它的原材料如金屬鎳非常昂貴;過度放電會造成電池性能永久性損傷，荷電狀態(tài)受到了很大的限制。鎳氫電池在遙控玩具領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，在混合動力汽車、純電動汽車領(lǐng)域也有應(yīng)用車型。

1.3 鋰離子電池

高性能、低成本的新型鋰離子電池將是新能源汽車動力系統(tǒng)開發(fā)工作獲取成功的方向。新型鋰離子動力電池將采用高電壓/高容量正極材料、高容量負(fù)極材料和高壓電解液替代現(xiàn)有鋰離子電池材料，電池成本、比能量和能量密度將具有明顯優(yōu)勢，能夠大幅度提升新能源汽車經(jīng)濟(jì)性和使用的便利性。

未來我們將重點(diǎn)研發(fā)制造高比能量高比功率的動力鋰電池。此項(xiàng)工作已經(jīng)納入2017年國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃。我們將主要研究下列問題：制造一致性;成組后的安全性和壽命;高能量和高功率兼容;原材料的篩選。

2新能源汽車常見電池包的結(jié)構(gòu)分類

根據(jù)動力電池對新能源汽車提供動力的方案不同，其電池包的尺寸、重量、規(guī)格也不同。根據(jù)新能源汽車的車型，電池包結(jié)構(gòu)大致分為以下幾類：

2.1 油電混合動力汽車電池包

針對油電混合動力汽車的特點(diǎn)，其所配備的電池包僅在起步、加速、制動等特殊階段輔助發(fā)動機(jī)進(jìn)行工作，因此其電池包相對體積較小，質(zhì)量也較輕，目前市場上的油電混合動力汽車電芯多為鎳氫電池，冷卻系統(tǒng)也相對簡單，常采用自然通風(fēng)冷卻裝置進(jìn)行冷卻，其體積不大，車內(nèi)空間基本可以滿足布置需求，因此，常將其放置于座椅后面的后備廂位置，這樣有利于生產(chǎn)裝配，同時(shí)也方便日常的維護(hù)和檢修。油電混合動力汽車電池包的常見結(jié)構(gòu)。

2.2 插電混合動力汽車電池包

插電混合動力汽車具有純電動工作功能，因此它的電池包容量較大，電池包的體積也較大，很多車型把電池包的設(shè)計(jì)在地板下方中通道。插電混合動力汽車的電池包內(nèi)部一致性很重要，且發(fā)熱較高，須采用水冷循環(huán)的方式，還需要增加防護(hù)功能，防止涉水、碰撞等帶來的安全問題。插電混合動力汽車電池包是常見結(jié)構(gòu)。

2.3 純電動汽車電池包

純電動汽車完全依靠電池包內(nèi)的能量來行使，因此它的電池包體積很大，一般布置在車身的地板下方，前懸架與后懸架之間。而且它的電池包重量很大，約占整車質(zhì)量的1/3，部分車型達(dá)到1/2，因此電池包的裝配質(zhì)量穩(wěn)定性對整車性能有重要影響。是純電動汽車電池包常見結(jié)構(gòu)。

3電池包裝配線及工藝流程

動力電池包由4個(gè)部分組成：電芯、外殼、保護(hù)板、輔助材料。電池包裝配線承擔(dān)把上述部件裝配成合格電池包的任務(wù)。一般電池包的裝配在單獨(dú)的車間內(nèi)進(jìn)行，車間分為原料存儲區(qū)、分裝區(qū)、總裝區(qū)、充電區(qū)、返修區(qū)、成品存放區(qū)。產(chǎn)品裝配工藝差別不大的兩種電池包，可以共線生產(chǎn)。典型的電池包主要裝配工藝流程如下：

（1）電池箱吊裝上預(yù)裝線

（2）零部件裝入電池箱

（3）電池箱銘牌打印及粘貼

（4）條碼打印及掃描

（5）KBK轉(zhuǎn)掛至裝配線

（6）零部件整理裝配

（7）螺栓連接緊固

（8）質(zhì)量檢驗(yàn)

（9）電池箱蓋裝配

（10）氣密性試驗(yàn)

（11）質(zhì)量檢驗(yàn)

（12）KBK轉(zhuǎn)掛至電池充電線

（13）充電電纜插接、充電

（14）充電后試驗(yàn)

（15）KBK轉(zhuǎn)掛至成品輸送線

（16）成品入庫

4電池包裝配技術(shù)設(shè)備

根據(jù)電池包產(chǎn)品裝配生產(chǎn)技術(shù)要求，電池包裝配生產(chǎn)線通常由下列設(shè)備構(gòu)成：

4.1 預(yù)裝線：工位輸送由單層倍速鏈裝配線完成。人工通過KBK將合格的電池箱轉(zhuǎn)運(yùn)到預(yù)裝線第一工位后，完成其他檢驗(yàn)合格的零部件裝箱，電池箱銘牌及條碼的打印、粘貼，零部件條碼掃描等工作。

4.2 總裝配線：工位輸送由倍速鏈輸送機(jī)+氣動阻擋器完成。人工通過KBK將預(yù)裝線上的電池箱轉(zhuǎn)運(yùn)到裝配線第一工位后，完成電芯、線束的連接，BMS模塊、分電器、壓板等的安裝，電池箱蓋的安裝，BMS模塊的檢測，氣密性試驗(yàn)等。

4.3 充電線：通過自動輸送將帶集電功能的帶電池包工裝板從裝配線上的電池包轉(zhuǎn)運(yùn)到充電線各個(gè)充電臺位后，由電氣占位開關(guān)完成充電臺車和電池包電纜的插接，充電量模式的選擇。電池包隨充電臺運(yùn)轉(zhuǎn)的同時(shí)完成充電工作。充電結(jié)束后檢驗(yàn)合格的電池包由貨叉堆垛機(jī)方式轉(zhuǎn)運(yùn)到成品輸送線，不合格的電池包由貨叉堆垛機(jī)方式轉(zhuǎn)運(yùn)到離線返修區(qū)進(jìn)行返修。

4.4 成品輸送線：成品輸送線采用空中輥道輸送的方式將合格電池包送往成品立體倉庫。

4.5 kbk起重機(jī)：用于輔助搬運(yùn)較重物件。

4.6 線邊設(shè)備

（1）膠條烘箱：用于電池箱蓋密封條，壓板緩沖套等橡膠件的加熱。

（2）激光打碼機(jī)：用于動力電池包鋁質(zhì)銘牌雕刻。

（3）全自動螺栓供給機(jī)：用于裝配線螺絲自動供給。

5結(jié)語

高能電池作為新能源汽車電池中的新秀成員，正在被世界研究機(jī)構(gòu)所矚目，未來可能會在電動汽車中得到較為廣泛的應(yīng)用，目前，世界各國的研究機(jī)構(gòu)都在針對未來市場需求加緊新能源電池的研究工作，如鋰硫電池、金屬（鋰、鋁、鋅）空氣電池等。這類電池可稱為高能電池，其特點(diǎn)是能量密度高、原材料成本低、能源消耗少、低毒。如鋰硫電池的能量密度可達(dá)2600 Wh/kg，鋰空氣電池的能量密度可達(dá)3500 Wh/kg。高能電池作為新能源汽車電池中的新秀成員，為世界研究機(jī)構(gòu)所矚目，未來可能會在電動汽車中得到較為廣泛的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

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