1 整車制造及總裝
新能源汽車在整車車身的制造上, 與傳統汽車的車身差別不大, 通常還是需要沖壓、 焊裝及涂裝等工藝及相應的設備和輸送裝置等。在總裝配工藝流程中主要的變化是需相應地安排電池、 電動機、 電控裝置及高壓線束等新增零部件的裝配以及電動空調、 電動助力轉向系統等電驅動的其他汽車零部件的裝配工序和相應的工裝。在整車檢測上, 新能源汽車工藝與裝備和傳統汽車有明顯差別。一般說來, 整車檢測涉及到汽車主要功能、 性能檢驗的各個方面。新能源電動汽車新增了電驅動系統及高壓電系統的檢測等, 加強了電性能和電安全性的檢測( 見圖1) 。2 電動汽車動力總成系統
電動汽車動力總成的關鍵制造技術主要體現在電動機系統、 電池系統以及電控系統的制造上。與傳統汽車相比,電動汽車裝配線的工藝變化最為突出。在電動汽車中, 電動機系統涉及到電動機控制系統、 機械減速及傳動裝置等部件的制造, 以及電池模組和電池包的裝配工藝。1) 電動機, 交流感應電動機結構如圖2所示。
涉及到電動機殼體加工、 后端蓋加工、 電動機整體裝配加工和轉子加工。德國Grob公司是全面投身于“ 電動汽車”領域的制造商之一, 重點是電動機的基本組成部分, 如前述三個主要零件, 新型高度靈活的伺服控制機床用于電動機部件定子和轉子的量產。特別是定子生產中, 有多種將銅線圈入定子槽的制造工藝。Grob公司產品線包含了電動機整個制造過程, 從波繞技術到Hairpin線成型工藝再到扇繞技術, 電動機的核心過程是將銅線卷入定子的過程。轉子軸變化的工藝有感應、淬火、 硬加工及內齒輪磨削等, 目前汽車電動機已經成為整車廠投資的熱點。電動機轉子軸制造系統如圖3所示。
2) 機械減速及傳動裝置, 機械減速及傳動裝置涉及到同步襯套、 齒輪和差速器等變化的生產工藝, 主要涉及磨削、 滾齒及焊接等工藝。3) 電池裝配線, 目前, 大部分車企都在投資建電池工廠, 高自動化、 數字化及擁有先進技術的現代化工廠正在規劃中。動力電池組裝自動化生產主要包括分配組工藝、 自動焊接工藝、 半成品組裝工藝、 測試工藝、PACK檢測工藝以及PACK包裝工藝。典型工藝流程為:殼體組裝或焊接-電池模組入箱-電氣線路及零件安裝( 安裝線束, 安裝BMS系統等)-在線電氣測試-整包合蓋密封(涂膠/螺栓擰緊) -最終測試( 線末檢測、 電氣測試、 絕緣性檢測、 充電等) -密封測試-下線( 見圖4) 。4) AGV在電池包生產中的應用, 近年來,新能源得到飛速發展, AGV柔性化滿足了新能源汽車及動力電池產業對自動化的要求, 逐漸被廣泛應用。AGV新能源電池包組裝PACK生產線的應用, 可提升生產效率、 降低生產成本、 并實現生產制造的數字化、 柔性化甚至智能化。AGV組成的生產線可以實現靈活多變的工藝及編排,很好地實現不同品種產品的生產, 在產品變更工藝布局調整中, 大幅降低改造成本和周期。這部分重點關注兩個方面:①保證電池裝配線安全, 涉及安全硬件、 操作安全管理、 運行安全管理等。②控制AGV與節拍的矛盾, 涉及緩存、交通管制點等, 在保證安全的前提下, 縮短運輸設備在無工位區間內的運行時間。5)電池密工藝, 目前有兩種, 一種是螺栓擰緊, 另一種是涂膠+FDS。①螺栓擰緊:電池包上蓋附著一層發泡密封圈, 通過螺栓擰緊將上下殼體聯結。優點是無需涂膠、 工藝簡單;缺點是一段時間后密封圈容易老化, 密封性能下降,將來優化改進, 還需加些涂膠。②涂膠+FDS:先在上殼體由機器人涂敷一層密封膠水, 再由機器人將上蓋放置在下殼體上, 通過FDS工藝進行合蓋。優點是長期密封性好, 缺點是自動化精度要求高, 拆卸困難, 工藝較復雜。鋁合金熱熔自攻螺紋釧接:FDS是flow-drillscrews的縮寫, 是通過螺釘的高速旋轉軟化待聯結的板材, 并在巨大的軸向壓力作用下擠壓并旋入待聯結板材, 最終在板材與螺釘之間形成螺栓聯結( 見圖5)。6 )刀具, 很多刀具制造廠積極與主機廠合作, 比如德國MAPAL、 GUEHRING及WALTER,他們共同規劃工藝方案, 設計用于電動汽車加工的創新刀具。筆者與德國GUEHRING公司有很好的溝通交流, GUEHRING成立專門的研究電動市場小組, 研發了多款加工電動汽車的新型刀具, 比如為電動機殼體加工設計的刀具( 見圖6)。圖7 MAPA的PCD銃刀(上) 圖8 MAPAL螺旋刃銃刀(下)
德國MAPAL為加工不同類型的電池殼體提供PCD銃刀( 見圖7)和油霧潤滑技術, 實現無振刀加工高度復雜的薄壁電池殼體JMAPAL還提供加工電動汽車鋁制渦輪用的螺旋刃銃刀( 見圖8)3.對電動汽車未來發展和制造的看法
新能源不可否認是未來的發展方向, 它要受到安全、 節能及環保的檢驗, 而安全對于任何技術路線都有絕對的否決權。現在預測還是太早,只能摸著石頭過河。豐田汽車公司制定新能源汽車發展趨勢圖, 2050年是傳統能源汽車的終點。然而德國科技界普遍認為, 電動汽車市場方興未艾, 但取代的說法尚且太早, 專家預測, 即使20年后, 燃油車依舊占據市場3/4。未來電動汽車的制造技術將是一個漸進的發展過程, 涉及產品、 工藝、 設備、 刀具和材料等,產品一定是主導作用, 電池的制造和裝配技術有很多創新的變化,另外數字化技術、 智能制造技術以及3D打印技術也將會廣泛應用。