浅谈纯电动汽车电池包自动合装工艺

刘阳勇

摘要：乘用车的底盘整体自动合装工艺在总装工艺中属于较为重要的部分，也一直是总装车间自动化和节拍提升的主要瓶颈。就汽车行业来看，早在数十年前外资车企就已将此项工艺技术运用到汽车生产制造中。由于在自动化、人力节省及效率提升上存在较大优势，且有利于数字化工厂建设，整体式自动合装工艺也被越来越多国内汽车品牌采用。本文作者简要介绍了如何实现电池包的自动合车、孔位对正及拧紧的高成功率，以满足高节拍的生产需求。

关键词：纯电动汽车;自动合装;定位策略

引言

为响应世界环保的号召，解决我国能源与环保问题，国家863计划设立“节能与新能源汽车”重大专项，其中新能源电池汽车是重要的方向之一，而新能源电池是汽车的核心部件，因此本研究是新能源汽车生产的关键配套技术设备，研发设计新型的在线电池合装设备具有十分重要的意义。

1动力电池包自动合车工艺概述

动力电池包顺利进行自动装配拧紧的实现主要分为3个过程，分别为电池包与车身的结合、电池包安装过孔与车身螺母的孔位对正以及拧紧枪的自动拧紧，暂且分别称之为“合车”、“对孔”以及“拧紧”，过程分解。

2新能源汽车的发展现状

从2008年开始，新能源汽车在国内开始崭露头角，一直到2020年，经过12年的发展，我国在新能源汽车技术方面有着非常大的进步和发展。尤其针对传统的新能源汽车，主要是指利用高压电池包作为临时储能的电动汽车。在产品种类方面，已经由最初的以纯电动汽车为主的技术路线，转变为目前的纯电动汽车和混合动力汽车共同发展的技术路线。另外，在核心部件方面，如高压电池和电机等，从使用性能和安全性能方面也有较大的提升。针对这一类型的新能源汽车，国内已经具备了一些非常成熟的零部件和整车的生产企业，并且在产品性能方面，已经可以与传统汽车制造强国相竞争。但是对于新兴的新能源汽车，例如燃料电池电动汽车。不论是在部件生产，还是在整车制造方面，我国都还需要一定时间的发展和提升。目前，我国的燃料电池汽车主要应用在商用车、公交车和城市客车。原因是这些类型的车辆尺寸较大，便于储氢瓶和燃料电池发动机的布置。对于乘用汽车，由于生产成本较高，研发技术难度较大，因此国内还没有大批量生产和上市的相关车型。另外，制约燃料电池汽车发展的另一因素，是关于加氢站的布局。我国在加氢站的建设方面，仅有部分城市具有小规模布局。全国绝大部分城市和地区都还不具备加氢的能力。

3电池合装设备整体设计工艺

通过对企业现场电池合装的特点的研究，总结设备工艺技术要求如下。（1）电池包是高危部件，易燃易爆，必须由电池包放置在电池托盘上随料车由AGV送到线边，通过上料输送辊道实现带有电池包托盘输送上合装台车。（2）由于车体在底盘线体装配是混装，有汽油车和电动车，首先要对车体进行车辆识别，只有检测到电动车体才启动合装设备，如产生误判也不会产生安全隐患。（3）车体在装配底盘线上的吊具的摆放位置不唯一性，X、Y方向误差在±60mm，且主线体匀速随动，要求设计主线体测速机构，合装设备上设计编码器，实现合装台车在变频电机作用下沿轨道X方向与主线体同步随动。（4）Z方向在变频电机、丝杠螺母副的作用下，实现剪叉式升降机升降功能，在升降机平台面上设计双层浮动装置，实现电池包在X、Y方向微移动，消除车体在X、Y方向的放置误差在±60mm，从而达到电池包与主线车体的随行同步，准确定位，人工凭借系统工具顺利连接、紧固螺栓，实现电池包在装配底盘线上同步在线合装到车体上。

4纯电动汽车电池包自动合装工艺要点

4.1结构优化

在现代汽车产业中，运用CAD/CAE/CAM一体化技术，设计纯电动汽车动力电池箱体的整体布局和外形结构，利用轻量化数据库，对动力电池箱体进行工程分析和刚强度计算，实现动力电池箱体的精简化、整体化和轻质化。通过多目标全局优化、拓扑优化、逆向工程结构优化设计等现代设计方法，实现动力电池箱体结构优化分块以及多种轻量化材料的匹配等。由于目前国内没有统一制定新能源汽车的安全碰撞标准及其他安全指标，汽车生产企业在运用软件ANSYS、CATIA等，对电池箱体的结构刚度、材料疲劳强度进行仿真轻量化设计，需要对于优化后的动力电池箱体进行安全碰撞分析，进而提高汽车的可靠性和安全性。

4.2对孔

电池包与车身通过托盘上的定位销及托块进行精确定位，保证车身螺母孔与电池包安装过孔的孔位对正，从而实现顺利拧紧装配。从定位销数量上来讲，托盘的定位方案通常有两种，第一种为托盘上设置两组主副定位销，以分别独立定位白车身与电池包;第二种为托盘上仅布置一组主副定位销，每个定位销同时定位车身与电池包，即“一销穿两孔”。定位策略需根据实际情况选取，如若托盘定位销均可做成固定结构，定位销精度及整体刚度易保证，则建议采用第一种分别独立定位的方案;如若托盘需多车型共用，定位销须做成翻倒销等非固定结构切换使用，则建议采用第二种“一销穿两孔”的定位方案，其原因为翻倒销等由于受到高度、加工和装配精度、使用损耗及合装挤压等影响，其量产阶段精度较难保证，且托盘数量过多，维护困难。

4.4功率阶梯划分

以加速时间、最高车速和爬坡度为参考指标，该指标的仿真结果见表所示。表中电机功率20kW时，最高车速仍可以达到110km/h，爬坡度19%，考虑空调最大消耗功率8kW，将电池包可用放电功率小于等于30kW作为功率不足阶段1的起始阶段。此时出现驱动电机和空调舒适功率同時需求的情况时，以限制部分空调功率来满足驱动电机的动力需求。电机功率12kW时，最高车速90km/h，爬坡度11.2%，将电池包可用放电功率小于10kW作为功率不足阶段2的起始阶段。电池包可用放电功率低于此值时，完全牺牲空调功率来换取驱动电机的动力需求已意义不大。

4.5动力电池箱体

新能源汽车由于其技术的要求，造成了相对于传统燃油车增重的问题，相对于国外来说，我国电动商用车增重15%-30%，电动乘用车增重10%-15%，属于一般较低水平，因此更需要对其进行轻量化。轻量化是在保证刚强度、模态和安全性能的前提下，通过现代优化设计方法尽可能降低重量已达到轻量化的目的，在性能、减重和成本之间寻求平衡。在电动汽车各总成当中，动力电池系统的重量占据了整车重量的额30%，过重的动力电池包极大的影响了电动车的续航能力。《节能与新能源汽车技术路线图》指出，2035年纯电动乘用汽车轻量化系数降低35%，同时将车辆轻量化系数、载质量利用系数、挂牵比等作用衡量整车轻量化的依据。

结束语

可拓展高压电池包类比手机充电宝，当电动车电量不足时，车主在没有时间等待充电或者没有充电桩的情况下，可拓展电池包的作用尤为突出，在增加未来新能源车型的续航里程方面，具有重要客户价值，可操作性较高。

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