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        新能源汽車電池包裝配生產(chǎn)技術(shù)

        2017-04-18 23:28:01曾光
        關(guān)鍵詞:裝配新能源汽車

        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.

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