曾光

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(chǎng)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(lái)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

中圖分類號(hào)：TM912 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0.引言

我國(guó)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(guó)動(dòng)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(guó)、日本。本文從新能源汽車動(dòng)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(shí)。

1.我國(guó)新能源汽車電池概況及發(fā)展方向

新能源汽車動(dòng)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(dòng)汽車、混合動(dòng)力汽車、插電混合動(dòng)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(guó)內(nèi)，鉛酸蓄電池已經(jīng)非常廣泛地應(yīng)用到低速電動(dòng)汽車領(lǐng)域。

1.2 鎳氫電池

鎳氫電池的陽(yáng)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(guò)度放電會(huì)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(dòng)力汽車、純電動(dòng)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(dòng)力系統(tǒng)開發(fā)工作獲取成功的方向。新型鋰離子動(dòng)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(shì)，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(lái)我們將重點(diǎn)研發(fā)制造高比能量高比功率的動(dòng)力鋰電池。此項(xiàng)工作已經(jīng)納入2017年國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃。我們將主要研究下列問(wèn)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(jiàn)電池包的結(jié)構(gòu)分類

根據(jù)動(dòng)力電池對(duì)新能源汽車提供動(dòng)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(dòng)力汽車電池包

針對(duì)油電混合動(dòng)力汽車的特點(diǎn)，其所配備的電池包僅在起步、加速、制動(dòng)等特殊階段輔助發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行工作，因此其電池包相對(duì)體積較小，質(zhì)量也較輕，目前市場(chǎng)上的油電混合動(dòng)力汽車電芯多為鎳氫電池，冷卻系統(tǒng)也相對(duì)簡(jiǎn)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。圖1是油電混合動(dòng)力汽車電池包的常見(jiàn)結(jié)構(gòu)。

2.2 插電混合動(dòng)力汽車電池包

插電混合動(dòng)力汽車具有純電動(dòng)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(dòng)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(lái)的安全問(wèn)題。圖2是插電混合動(dòng)力汽車電池包的常見(jiàn)結(jié)構(gòu)。

2.3 純電動(dòng)汽車電池包

純電動(dòng)汽車完全依靠電池包內(nèi)的能量來(lái)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(duì)整車性能有重要影響。圖3是純電動(dòng)汽車電池包的常見(jiàn)結(jié)構(gòu)。

3.電池包裝配線及工藝流程

動(dòng)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(chǔ)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(kù)

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(guò)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(dòng)阻擋器完成。人工通過(guò)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(cè)，氣密性試驗(yàn)等。

4.3 充電線：通過(guò)自動(dòng)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(tái)位后，由電氣占位開關(guān)完成充電臺(tái)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(tái)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(cāng)庫(kù)。

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(dòng)力電池包鋁質(zhì)銘牌雕刻。

（3）全自動(dòng)螺栓供給機(jī)：用于裝配線螺絲自動(dòng)供給。

4.7 信息化控制系統(tǒng)

系統(tǒng)主要功能：生成生產(chǎn)計(jì)劃；關(guān)鍵零部件信息采集；裝配質(zhì)量、扭矩、檢驗(yàn)數(shù)據(jù)采集；電壓、電流、溫度、充電時(shí)間、充電量等充電狀態(tài)控制；上述信息集成到服務(wù)器上，形成電池包的電子檔案；根據(jù)需要將要展示的信息通過(guò)服務(wù)器傳送到車間顯示屏；根據(jù)需要將要追溯的信息形成報(bào)文打印后隨電池包發(fā)走。

結(jié)語(yǔ)

隨著新能源汽車技術(shù)的日漸成熟與完善，新能源汽車無(wú)疑將登上歷史的舞臺(tái)，煥發(fā)迷人的魅力，集環(huán)保、節(jié)能、高效于一體，其電池包的批量生產(chǎn)將成為未來(lái)發(fā)展的重點(diǎn)。我們需要不斷解決在新能源電池包生產(chǎn)中遇到的問(wèn)題，讓我國(guó)新能源汽車發(fā)展得越來(lái)越快。

參考文獻(xiàn)

[1]楊帆，孔方方.國(guó)內(nèi)外新能源汽車動(dòng)力電池發(fā)展及供求現(xiàn)狀[J].上海汽車，2014（9）：3-8.

[2]付甜甜.新能源汽車電池概述[J].電源技術(shù)，2014（12）：2217-2218.