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      基于新能源汽車(chē)電池包裝配策略的研究

      2020-09-10 22:23:42劉政陳
      內(nèi)燃機(jī)與配件 2020年6期
      關(guān)鍵詞:新能源汽車(chē)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。

      參考文獻(xiàn):

      [1]丁玉章.新能源汽車(chē)動(dòng)力電池包液冷散熱特性仿真研究[D].重慶交通大學(xué),2017.

      [2]程凡.基于專利分析的新能源汽車(chē)電池發(fā)展研究[D].華中師范大學(xué),2017.

      [3]馬亮,仲偉俊,梅姝娥.基于續(xù)航能力需求的新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)鏈補(bǔ)貼策略研究[J].系統(tǒng)工程理論與實(shí)踐,2018,38(7):1759-1767.

      [4]杜振新,高飛飛.基于主動(dòng)均衡的純電動(dòng)汽車(chē)電池管理系統(tǒng)的研究[C]//第十八屆中國(guó)科協(xié)年會(huì)——分2,中國(guó)新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展論壇,2016.

      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。

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