纯电动汽车电池包自动合装工艺研究

摘要:在汽车生产制造过程中，底盘的合装工序较为复杂，且对汽车品质及生产效率有着直接影响，而动力电池的合装是纯电动汽车底盘装配线的关键环节之一。梳理总结了几款纯电动车型的动力电池自动合装及拧紧的开发及量产经验，针对整个合车拧紧系统的定位策略、工装方案及相关设备的关键尺寸参数进行了简要说明，为电池包及其他底盘零部件合装的深入研究提供了参考。

关键词:纯电动汽车;自动合装;拧紧;定位策略;尺寸参数

0引言

乘用车的底盘整体自动合装工艺在总装工艺中属于较为重要的部分，也一直是总装车间自动化和节拍提升的主要瓶颈。就汽车行业来看，早在数十年前外资车企就已将此项工艺技术运用到汽车生产制造中。由于在自动化、人力节省及效率提升上存在较大优势，且有利于数字化工厂建设，整体式自动合装工艺也被越来越多国内汽车品牌采用。本文作者简要介绍了如何实现电池包的自动合车、孔位对正及拧紧的高成功率，以满足高节拍的生产需求。

1动力电池包自动合车工艺概述

动力电池包顺利进行自动装配拧紧的实现主要分为3个过程，分别为电池包与车身的结合、电池包安装过孔与车身螺母的孔位对正以及拧紧枪的自动拧紧，暂且分别称之为“合车”、“对孔”以及“拧紧”，过程分解如图1所示。

2合车

目前国内有两种主流合车工艺:动态式连续合车和静态启停式合车(图2)。文中介绍的自动合车属于后者，整体式合装自动化程度较高，装配质量更多靠设备来保证［1］，故其对车身、零部件、托盘等精度的要求较高。合车是通过底层设备与吊具的串联来实现车身孔与托盘销之间的连接，从而实现电池包与车身的结合。由于该尺寸链较长，最终的累积偏差需通过托盘浮动吸收，一般该浮动量设置为单边5mm。该浮动量可通过三维仿真软件核算，建议运行次数设置为10000次或以上，以得到的最大偏差值作为评价依据，从而对各工装设备的公差及过程配合的孔销浮动量进行适当的优化调整，直至满足合车需求。

3对孔

电池包与车身通过托盘上的定位销及托块进行精确定位，保证车身螺母孔与电池包安装过孔的孔位对正，从而实现顺利拧紧装配。从定位销数量上来讲，托盘的定位方案通常有两种，第一种为托盘上设置两组主副定位销，以分别独立定位白车身与电池包，如图3所示［2］;第二种为托盘上仅布置一组主副定位销，每个定位销同时定位车身与电池包，即“一销穿两孔”。定位策略需根据实际情况选取，如若托盘定位销均可做成固定结构，定位销精度及整体刚度易保证，则建议采用第一种分别独立定位的方案;如若托盘需多车型共用，定位销须做成翻倒销等非固定结构切换使用，则建议采用第二种“一销穿两孔”的定位方案，其原因为翻倒销等由于受到高度、加工和装配精度、使用损耗及合装挤压等影响，其量产阶段精度较难保证，且托盘数量过多，维护困难。从定位销位置上来讲，托盘的定位方案通常也有两种，第一种为主副定位销均布置在车身同侧，即单侧定位;第二种为主副定位销分别布置在车身两侧，即双侧定位。根据续航里程的不同，电池包宽度相同，但长度会有几种不同规格，如图4所示，故建议托盘主副定位销采用双侧布置，这样同一组定位销可满足同宽不同长电池包的定位需求，且定位长度足够。采用双侧定位时，如电池包往托盘上放置工序为人工操作，则可在操作侧增加一个适当减径的菱形导向销，便于观察落位。另外为便于电池包落位及避免定位孔刮擦损伤，可将定位销导向段做成过渡平缓的子弹头形式。在定位方案确定后，可通过三维仿真软件搭建模型进行电池包安装过孔量的核算，建议运行次数设置为10000次或以上，以得到的最大偏差值作为评价依据，从而对孔销浮动量、各零部件的公差及安装过孔量进行适当的优化调整，直至满足对孔需求，单边安装过孔量一般设置为2.5～3.0mm。

4拧紧

合车完成车身与电池包结合后，进入拧紧部分。文中介绍的为三轴伺服分体式移动拧紧台，拧紧台大底座可以沿X轴伺服移动，拧紧枪子底座沿Y轴伺服移动，拧紧枪沿Z轴上升拧紧。螺栓先预紧或放在分装区联系杆上，拧紧枪直接拧紧联系杆［3］，从而完成螺栓的拧紧。由上可知，若要顺利完成自动拧紧，则需在拧紧枪完全将螺栓拧入车身安装螺母后分别满足两个条件，第一个是拧紧枪与螺栓不产生硬干涉(不考虑联系杆，假定拧紧枪与螺栓直接连接)，即拧紧枪的浮动量需不小于该尺寸链的累积偏差;第二个是联系杆与螺栓不产生硬干涉。拧紧枪与联系杆的浮动量均需通过尺寸链校核确认是否满足拧紧要求，两者分别独立计算。建议拧紧轴与联系杆的浮动量分别设置为单边3、2.5mm。另外联系杆需通过两销两钉的方式定位装配到托盘上，以保证足够的装配精度，减少后期的调试工作。

5结束语

文中通过对静止式合装系统的工艺流程及拧紧原理进行梳理分析，从尺寸配合角度出发，将该系统分解为“合车”、“对孔”及“拧紧”3个部分。该3个部分彼此独立，但又环环相扣，是达到“自动拧紧”这一最终目标的三层阶梯。通过前期的对标研究及量产车型的实践，简要总结了各环节尺寸配合相关的设计要点，提供了相关关键尺寸参数的建议值，对静止式合装及自动拧紧系统的前期设计规划有一定参考意义。

作者:申平 单位:广汽埃安新能源汽车有限公司