新能源电动汽车总装工艺技术日益成熟

介绍智能制造工艺技术,分享汽车人的心路历程。

近几年来,在国家政策大力支持和科技创新日新月异的背景下,国内新能源汽车实现爆发式增长。2021年,国内新能源车累计销售326.6万辆,同比增长156%,市场份额从2020年的6%提升至15.7%。发展新能源汽车已成为行业共识,对于众多的传统整车厂而言,要在新能源汽车市场中分一杯羹,必须积极研发符合消费者预期的新能源汽车产品。因此,如何低成本、短周期的改造并升级现有生产线设备,实现新能源汽车与传统燃油车的高效混流生产,已成为总装工艺技术中的重要研究方向。

混流技术方案背景

1、产品结构差异

传统燃油汽车是通过发动机和变速箱提供动力,并通过传动轴、前后桥、轮胎等传动系统实现车辆正常行驶。为实现乘客舱的制冷需求,汽车上的空调系统借助发动机的输出动力带动空调压缩机实现制冷剂在空调管路内不断循环;而发动机系统内用于冷却和润滑的冷却液在散热器、水泵、暖风水管等系统内的循环实现乘客舱内的制热需求。汽车发动机燃烧汽油后产生的废气经由排气系统排放至大气中。

与传统汽车相比,电动汽车的能量来源为布置在汽车底部或行李箱内的动力电池。电动车正常工作时,正常电压为直流300-400V,通过电机及减速器实现动力输出,因不涉及汽油等燃料燃烧,故无需排放系统。因电机在运行中产生的热量远低于传统燃油车发动机产生的热量,电动车乘客舱内的暖风需求需要额外的制热设备来实现功能,空调系统的重要零部件空调压缩机的动力来源由发动机旋转的机械能变为直流高压电能。

因此,电动汽车在产品结构上的差异主要集中在动力系统(三电系统)、冷却系统(包括空调及暖风)、排气系统、电器系统(高压电缆)等。

新能源电动汽车总装工艺技术日益成熟

图1 某纯电动汽车三电系统示意图

2、车辆检测要求差异

新能源汽车的能量获取方式为电驱动总成+动力电池,取代了传统汽油车的发动机总成+汽油,新增了三电系统的检测要求。

新能源电动汽车总装工艺技术日益成熟

图2 某纯电动汽车三电系统检测原理示意图

序号

检测项目

电动汽车

传统汽油车

1

电池包检测

/

2

等电位检测

/

3

整车绝缘性能检测

/

4

充电功能检测

/

5

热管理功能检测

/

6

模拟涉水检测

/

7

四轮定位检测

8

灯光检测

9

侧滑检测

10

静态制动力检测

11

动态转毂检测

12

淋雨检测

13

动态道路测试

14

尾气排放检测

/

混流装配技术方案

1、装配工序流程设计

因新能源汽车结构与传统燃油车产品结构差异明显,新增的检测项目专业性强,在原生产线上的混流生产需要充分考虑经济适用性,对原有工艺流程适当调整,利用3D数字仿真技术虚拟装配,将新能源工艺融入现有工艺流程,完成工艺流程再造;并研究并应用工序分配及工时平衡技术,将新能源新增检测项目嵌入现有工艺布局,满足新能源检测要求。

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图3 某混流生产线装配流程示意图

2、动力电池合装技术

因动力电池固定点多,安装尺寸链长,装配错孔风险高,难以保证产品质量和生产节拍;动力电池重量大,外轮廓复杂,传统吊具固定不稳固,吊装安全风险大。研究并应用两级浮动技术,通过AGV+托盘双浮动补偿制造公差,实现快速精准合装;基于外轮廓仿型设计技术,设计一种可自动夹紧动力电池的吊具。

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图4 动力电池合装示意图

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图5 动力电池吊具示意图

3、电驱动总成分装技术

结合非共点力作用下的稳定平衡原理,对电动力总成吊运稳定平衡模型逐一验证,最终确定电驱动总成吊具受力支点模型。电驱动总成分装过程中,电驱动受力情况复杂,处于不稳定平衡状态,托盘支撑不稳定;结合非共点力作用下的稳定平衡原理,对电动力总成吊运稳定平衡模型逐一验证,最终确定电驱动总成吊具受力支点模型。

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图6 电驱动总成受力模型示意图

4、整车水密装配技术

新能源汽车以传统车身为基础开发,现有水密管控方法无法满足新能源汽车严苛的水密要求;新能源车辆水密管控方法无行业经验可参考,需要边实践边探索;高压电缆插接器结构复杂,密封要求高(IP67),缺乏装配经验。构建从工艺设计、生产制造到整车检查的全流程水密管控体系;建立高压器件安装及插接指导规范。

新能源电动汽车总装工艺技术日益成熟

图7 某车型整车水密风险表(部分)

高压检测技术方案

1、等电位检测技术

在国标《GBT 18384.3-2015 电动汽车安全要求 第3部分:人员触电防护》中针对电动汽车的电位均衡要求,提出了“①所有组成电位均衡电流通路的组件〈导体、连接部分〉应能承受单点失效情况下的最大电流;②电位均衡通路中任意两个可以被人同时触碰到的外露可导电部分之间的电阻应不超过0.1 Ω。”对于各整车厂而言,只能参考标准中的相关指导性描述,并根据各自的产品特点来选择等电位检测测量点,从而满足国标要求。

为此,需要开发了以电位均衡原理为基础,开发可视化、可编程化的上位机及等电位检测仪;以蓄电池负极为零电位点,结合三电系统布局,选取可操作性的测量点。

新能源电动汽车总装工艺技术日益成熟

图8 某车型等电位测试台

2、整车绝缘检测技术

在国标GBT 18384.3-2015中,对于电动车整车绝缘性能有着更为严苛的要求:①在最大工作电压下,直流电路绝缘电阻的最小值应至少大于100 n/V ,交流电路应至少大于500 Cl/ V;②整个电路为满足以上要求,依据电路的结构和组件的数量,每个组件应有更高的绝缘电阻。

在国标中同样提出了测量B级电压的指导性方法,但是,出于安全性考虑和节拍要求,研究以绝缘检测原理为基础,开发诊断设备获取整车高压系统回路的绝缘阻值和电池的关键状态参数,实现整车绝缘检测需求。并在整车下线前、淋雨试验后、涉水试验后分三次检测整车绝缘性能,建立了三级整车绝缘管控体系,确保安全第一。

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图9 某车型整车绝缘性能测试台

3、热管理检测技术

新能源汽车特别是纯电动汽车能量来源是动力电池,其能量存贮及转换效率受环境温度影响较明显,必须重新设计整车热管理系统及其控制策略,对PTC制热系统、空调制冷系统及动力电池循环系统等方面进行控制,以确保车辆实现最优的动力配置和续航里程。

根据电动汽车热管理系统控制策略,车辆可在行车工况或充电工况下满足乘员舱及动力电池的温控需求,结合某电动汽车的整车产品设计定义,研究了热管理系统控制策略,开发诊断设备,调用工厂检测模式,修改BMS温度需求参数,满足实时热管理系统功能检测需求。并利用诊断设备,实时读取并监控温度信号,由诊断程序实现检测判断一体化,代替人工目视检查。

新能源电动汽车总装工艺技术日益成熟

图10 热管理功能检测工作原理

结束语

新能源电动汽车的生产制造技术在广大工程技术人员的努力下日益成熟,与传统燃油车同线混流生产也逐渐普遍实行,提高电动汽车的制造品质保证体系建设也在不断完善,所有这些都为新能源电动汽车的大规模低成本制造奠定了基础,当然技术在不断的进步,要求在不断的提升,竞争也越来越激烈,需要不断总结提升电动汽车的工艺技术,实现我国新能源汽车的跨越式发展。

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