基于新能源汽車(chē)電池包裝配策略的研究

摘要：隨著我國(guó)科學(xué)發(fā)展觀的深入實(shí)施，新能源企業(yè)具有廣闊的發(fā)展前景，而電池包是新能源汽車(chē)的核心技術(shù)，對(duì)新能源汽車(chē)的性能存在較大的影響。新形勢(shì)下，電池包的研發(fā)與裝配受到社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。本文重點(diǎn)探討新能源汽車(chē)電池包裝配策略相關(guān)問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：新能源汽車(chē);電池包;裝配技術(shù);裝配策略;研究

0 ?引言

新形勢(shì)下，我國(guó)新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)迅猛發(fā)展，但由于不同的車(chē)型具有不同的結(jié)構(gòu)，如此就需要配置不同結(jié)構(gòu)的電池包，導(dǎo)致在生產(chǎn)線裝配過(guò)程中，因?yàn)闊o(wú)法兼顧不同種類(lèi)車(chē)型的裝配對(duì)策而出現(xiàn)負(fù)面影響。其次，在裝配過(guò)程中，為了保證裝配質(zhì)量與水平，需利用機(jī)械手或者自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)等工具，這在很大程度上提高了裝配難度，影響裝配質(zhì)量與水平。接下來(lái)，談?wù)剬?duì)基于新能源汽車(chē)電池包裝配策略的幾點(diǎn)思考。

1 ?新能源汽車(chē)結(jié)構(gòu)種類(lèi)

1.1 純電動(dòng)

純電動(dòng)新能源汽車(chē)，簡(jiǎn)稱“EV”，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、無(wú)排放、噪音小且無(wú)運(yùn)行障礙等優(yōu)點(diǎn)。一般來(lái)說(shuō)，EV的電池包能夠利用外接插口充電的方式來(lái)存儲(chǔ)電能，驅(qū)動(dòng)車(chē)輪的過(guò)程中，電能多由電機(jī)控制器進(jìn)行轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的動(dòng)能。如果電池包內(nèi)存儲(chǔ)的電能耗盡，那么汽車(chē)就不能再行駛，能量大的鋰電池是EV最佳選擇，其中，三元鋰、磷酸鐵鋰是現(xiàn)階段運(yùn)用最廣泛的鋰電池構(gòu)造。

1.2 油電混合動(dòng)力

油電混合動(dòng)力新能源汽車(chē)，簡(jiǎn)稱“HEV”，該中車(chē)型不僅具有電動(dòng)力源，還具有熱動(dòng)力源。其中，電動(dòng)力源主要依靠電池包、電機(jī)提供動(dòng)力;熱動(dòng)力源主要依靠油箱與汽油機(jī)提供動(dòng)力。發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車(chē)車(chē)輪，起步、加減速階段的驅(qū)動(dòng)都是依靠電機(jī)輔助發(fā)動(dòng)機(jī)。HEV電機(jī)能夠讓發(fā)動(dòng)機(jī)在驅(qū)動(dòng)汽車(chē)的時(shí)候，綜合性能始終處于最佳狀態(tài)，進(jìn)而大大減少油耗量，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目的。其次，汽車(chē)在啟動(dòng)、剎車(chē)時(shí)，電池包能夠以存儲(chǔ)電能的手段發(fā)揮作用，發(fā)動(dòng)機(jī)直接把多余或者流失的能量直接轉(zhuǎn)變成電能并有效儲(chǔ)存，為下次驅(qū)動(dòng)車(chē)輪夯實(shí)基礎(chǔ)。

1.3 插電混合動(dòng)力

插電混合動(dòng)力新能源汽車(chē)，簡(jiǎn)稱“PHEV”，該種類(lèi)型的電動(dòng)車(chē)既具有電動(dòng)力源，又具有熱動(dòng)力源，油箱與汽油機(jī)是熱動(dòng)力源動(dòng)力的主要供給方式，電池包與電機(jī)是電動(dòng)力源動(dòng)力的主要供給方式。插電混合動(dòng)力汽車(chē)和油電動(dòng)力汽車(chē)的不同主要體現(xiàn)在：第一，油電混合動(dòng)力汽車(chē)的電池包容量大，電機(jī)具有獨(dú)立驅(qū)動(dòng)行駛的能力，且電池包裝配了充電插口，能夠充電來(lái)存儲(chǔ)汽車(chē)行駛需要的電量。熱動(dòng)力源系統(tǒng)與電動(dòng)力源系統(tǒng)既能夠獨(dú)立運(yùn)行，也能夠協(xié)調(diào)運(yùn)作。第二，由于PHEV自身作業(yè)模式具有多樣性、多元化，復(fù)雜、系統(tǒng)，在運(yùn)行過(guò)程中，能夠不斷切換運(yùn)行方式，控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是核心技術(shù)。目前市場(chǎng)上，最具代表性的PHEV有豐田普銳斯、比亞迪秦唐等。

2 ?新能源汽車(chē)電池包結(jié)構(gòu)種類(lèi)

2.1 純電動(dòng)汽車(chē)電池包

EV多運(yùn)用純電力驅(qū)動(dòng)，電池包的儲(chǔ)電能力更強(qiáng)，這種電池包質(zhì)量大、體積大，多安裝在汽車(chē)的地板下方，在前后懸架之間，安裝維修工作壓力大，少數(shù)純電動(dòng)汽車(chē)的電池包重量占整車(chē)的1/2左右，由于電池包是純電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)的重中之重，因此，對(duì)電池包的裝配要求也很高。

2.2 油電混合動(dòng)力汽車(chē)電池包

HEV電池包無(wú)需獨(dú)立驅(qū)動(dòng)汽車(chē)，只需在啟動(dòng)和制動(dòng)階段、加速階段來(lái)進(jìn)行熱動(dòng)力源系統(tǒng)作業(yè)即可，該中類(lèi)型的電池包冷卻系統(tǒng)簡(jiǎn)潔明了，以自然通風(fēng)冷卻為主，且體積和質(zhì)量都比較小。電池包多安裝在汽車(chē)后備箱處，便于安裝、維修和養(yǎng)護(hù)，還能降低生產(chǎn)組裝難度。

2.3 插電混合動(dòng)力汽車(chē)電池包

PHEV多裝配電動(dòng)力源獨(dú)立運(yùn)行系統(tǒng)，電池包體積大，占據(jù)整車(chē)較大的空間，且不同廠商所生產(chǎn)的電池包結(jié)構(gòu)也不同，原則上電池包應(yīng)放在后備箱，但實(shí)際上多放在地板下方。容量加持說(shuō)明需要增加模組與電芯，確保性能一致性至關(guān)重要，需要配置完善的冷卻液來(lái)促進(jìn)水冷循環(huán)。如果電動(dòng)力源系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，那么需要高壓電作支撐，放在地板下方的電池包要制定行之有效的對(duì)策來(lái)規(guī)避碰撞或者涉水而引發(fā)的諸多問(wèn)題。

3 ?新能源汽車(chē)電池包裝配具體對(duì)策

基于生產(chǎn)制造角度而言，在后續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，應(yīng)完成傳統(tǒng)燃油汽車(chē)和新能源汽車(chē)的共線生產(chǎn)工作。由此可見(jiàn)，在制定新能源汽車(chē)電池包裝配策略時(shí)，要堅(jiān)持以共線生產(chǎn)為基礎(chǔ)條件。由于新能源車(chē)型不同，其裝配的電池包結(jié)構(gòu)也不同，那么，要基于實(shí)際的電池結(jié)構(gòu)來(lái)制定有針對(duì)性的裝配策略，具體可從以下幾點(diǎn)著手：

3.1 純電動(dòng)新能源汽車(chē)電池包裝配對(duì)策

眾所周知，純電動(dòng)新能源汽車(chē)的電池包質(zhì)量大、體積大，需要占據(jù)較大的空間，因此，在裝配過(guò)程中，應(yīng)積極發(fā)揮AGV的輔助作用。現(xiàn)階段，純電動(dòng)新能源汽車(chē)的電池包多直接固定在整車(chē)的下方，那么在裝配時(shí)要利用AGV工具進(jìn)行一次性完成托舉工作，接著擰緊剩下的螺栓裝配。在綜合比較總裝車(chē)間生產(chǎn)線布置模式以后發(fā)現(xiàn)，要在車(chē)子的底盤(pán)線進(jìn)行裝配。由于一般車(chē)間底盤(pán)線工位量不多，那么在選擇電池包裝配方案前要深入研究其增加的AGV小車(chē)數(shù)量，然后確定運(yùn)行軌跡。其次，由于電池包體積很大，必須綜合分析電池包線旁配送、運(yùn)輸及上線等諸多情況，防止在搬運(yùn)時(shí)碰撞附近物料進(jìn)而導(dǎo)致裝配方案無(wú)法落實(shí)。

一般來(lái)說(shuō)，純電動(dòng)車(chē)的電池包都被安裝在整車(chē)的底部，完全覆蓋了前后懸架總成間的全部地板，整體呈長(zhǎng)方形，所以，如果遇到特殊的結(jié)構(gòu)，那么要選則一主一副定位銷(xiāo)的定位策略，確保工裝定位銷(xiāo)Z向達(dá)到完全覆蓋電池包的高度。另外，由于對(duì)車(chē)身的精度有非常高的要求，大大提高了裝配難度系數(shù)，因此，在實(shí)際運(yùn)作過(guò)程中，要針對(duì)車(chē)身和工裝、電池包和工裝進(jìn)行分別定位。這些操作方法雖然會(huì)增加工裝的復(fù)雜程度，但大大降低了裝配難度系數(shù)，特別是在電池包打開(kāi)后吊裝至工裝過(guò)程中，工作人員要確保電池的定位銷(xiāo)和定位孔完全配合，同樣，在舉升工裝時(shí)，工作人員要確保前方工裝和車(chē)身的定位銷(xiāo)與定位孔完全配合，如此一來(lái)，有利于大大提高純電動(dòng)新能源汽車(chē)電池包裝配質(zhì)量與水平。

3.2 油電混合動(dòng)力汽車(chē)電池包裝配對(duì)策

一般情況下，油電混合動(dòng)力汽車(chē)的電池包安裝位置以汽車(chē)的后備箱為主，結(jié)合電池包結(jié)構(gòu)與整車(chē)的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)出兩種操作性、有效性較高的裝配方案，具體如下：

第一，工作人員借助輔助機(jī)械手把電池包成功送進(jìn)車(chē)內(nèi)，并進(jìn)行旋轉(zhuǎn)操作直至電池包到達(dá)指定位置，接著讓工作人員擰緊?；诓⒕€生產(chǎn)的實(shí)際情況，要結(jié)合總裝車(chē)間生產(chǎn)線具體位置情況，在裝配時(shí)應(yīng)在最終線實(shí)現(xiàn)。其次，為了防止在利用輔助機(jī)械手移動(dòng)電池包時(shí)損傷車(chē)身，工作人員可先將車(chē)門(mén)拆卸再操作。另外，要利用相關(guān)物品包好車(chē)身的B、C立柱，進(jìn)而對(duì)其進(jìn)行有效防護(hù)。在電池包裝進(jìn)車(chē)身后，工作人員要利用機(jī)械手朝著X方向移動(dòng)，由于車(chē)身空間很小，確保電池包能夠一次性移動(dòng)到位至關(guān)重要，所以，車(chē)身和電池包要實(shí)現(xiàn)有限位裝置，可基于實(shí)際情況在車(chē)身設(shè)計(jì)限位結(jié)構(gòu)，或者安裝支架設(shè)計(jì)限位凸臺(tái)，如此才能有效確保電池包移動(dòng)到位并成功裝配。就電池包的定位工作，我們建議在前方設(shè)置定位基準(zhǔn)，即在車(chē)身內(nèi)人員操作處設(shè)置主副基準(zhǔn)孔，在電池包的后方（后備箱）處不對(duì)孔位大小進(jìn)行限制，確保能夠成功安裝。

第二，工作人員借助機(jī)械手在后備箱方向把電池包一次性移動(dòng)到位，如此一來(lái)，能夠迅速移動(dòng)或者撤回機(jī)械手，相比第一種裝配方案，該方案更簡(jiǎn)便、快捷、有效，只不過(guò)在移動(dòng)電池包時(shí)，切忌讓機(jī)械手劃傷汽車(chē)的后背門(mén)。其次，為了確保電池包能夠一次性移動(dòng)到位，我們可以在車(chē)身和電池包上安裝限位裝置。在定位方案方面，可直接參考第一種方案，值得一提的是，要在后備箱處設(shè)置定位基準(zhǔn)，如此有利于降低擰緊裝配操作難度系數(shù)。

對(duì)比上述兩種方案，第二種方案更科學(xué)有效、性價(jià)比高，應(yīng)首先考慮。

3.3 插電混合動(dòng)力汽車(chē)電池包裝配對(duì)策

眾所周知，插電混合動(dòng)力汽車(chē)不僅有新能源汽車(chē)專用零件，還有燃油車(chē)零件，整車(chē)的布置空間狹窄、較小。如果電池包設(shè)在了后備箱，那么電池包的裝配對(duì)策、定位方案可直接選擇上述油電混合動(dòng)力汽車(chē)的裝配對(duì)和與定位方案。如果電池包設(shè)在了整車(chē)地板下方中通道位置，且電池包為“1”字型或者“T”字型，可采用同樣的裝配對(duì)策，具體如下：

在比較總裝車(chē)間生產(chǎn)線的布置模式以后發(fā)現(xiàn)，混合動(dòng)力車(chē)型的電池包裝配只有在底盤(pán)線才能實(shí)現(xiàn)，再者，絕大多數(shù)車(chē)都屬于前置前驅(qū)結(jié)構(gòu)的車(chē)型，但前置的動(dòng)力總成模塊仍然智能在底盤(pán)線進(jìn)行裝配，還要利用高壓線束和電池包進(jìn)行連接。由此可見(jiàn)，插電混合動(dòng)力汽車(chē)電池包必須在底盤(pán)線的前端才能成功裝配，也就是說(shuō)必須在動(dòng)力總成模塊之前才能進(jìn)行裝配，且要完成相應(yīng)高壓線束的插接工作。

由于插電混合動(dòng)力汽車(chē)電池包結(jié)構(gòu)具有不規(guī)則形，因此，為了確保電池包順利、有效裝配，在托舉電池包并裝配至車(chē)身時(shí)，工作人員要在工裝上設(shè)置一主一副的定位銷(xiāo)，如此才能提高對(duì)車(chē)身、電池包和定位銷(xiāo)定位的精準(zhǔn)性、有效性，從而確保電池包能夠一次性托舉到位。但是在運(yùn)用這種定位方案的過(guò)程中，要注意以下幾點(diǎn)：首先，要在車(chē)身、電池包的有關(guān)位置增設(shè)定位孔，從而提高定位銷(xiāo)定位的準(zhǔn)確性、有效性;其次，著重強(qiáng)調(diào)電池包的Z向高度，防止出現(xiàn)由于定位銷(xiāo)太短而在托舉電池包時(shí)不能及時(shí)把定位銷(xiāo)插進(jìn)車(chē)身的問(wèn)題，進(jìn)而導(dǎo)致定位作用無(wú)法充分發(fā)揮出來(lái);另外，要把電池包定位孔設(shè)計(jì)在同一側(cè)，如此一來(lái)，工作人員在將電池包移動(dòng)至工裝上時(shí)才不會(huì)出現(xiàn)由于電池包Z向高度過(guò)高而不能同時(shí)兼顧兩個(gè)定位銷(xiāo)的問(wèn)題。如此一來(lái)，能大大提升插電混合動(dòng)力汽車(chē)電池包裝配效率與水平，提高新能源汽車(chē)使用壽命，為人們創(chuàng)造更加舒適的行車(chē)體驗(yàn)。

4 ?結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，近年來(lái)，我國(guó)新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展，在汽車(chē)市場(chǎng)占據(jù)較大的份額，且擁有良好的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。電機(jī)、電池等新能源汽車(chē)核心零部件的研發(fā)生產(chǎn)技術(shù)不斷提升，電池包裝配技術(shù)與策略對(duì)整個(gè)新能源汽車(chē)的運(yùn)行具有重要的影響。本文針對(duì)三種主要新能源車(chē)型電池包裝配策略進(jìn)行深入的研究，對(duì)目前新能源汽車(chē)市場(chǎng)、生產(chǎn)制造技術(shù)的不斷完善具有很大的參考價(jià)值，對(duì)推動(dòng)新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)又好又快發(fā)展具有不可替代的作用。

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作者簡(jiǎn)介：劉政陳（1989-），男，重慶人，助教，研究方向?yàn)樾履茉雌?chē)電池、電機(jī)技術(shù)運(yùn)用。