1、簡介
近年來，我國的新能源汽車（包括油電混合動(dòng)力汽車、插電混合動(dòng)力汽車和純電動(dòng)汽車等）得到較大發(fā)展，但是各種車型的結(jié)構(gòu)差異較大，與之相匹配的電池包結(jié)構(gòu)也具有明顯差異，使得其在生產(chǎn)線裝配時(shí)，因不能兼顧不同車型的裝配策略而產(chǎn)生較大影響。與此同時(shí)，電池包是新能源汽車zui為核心的零部件之一，為保證裝配質(zhì)量，裝配過程中需要借助機(jī)械手或自動(dòng)導(dǎo)引小車（AGV）輔助進(jìn)行裝配，也增加了整體的裝配難度，因此，不斷優(yōu)化不同新能源汽車電池包的裝配策略及定位方案，對(duì)于提高電池包的裝配效率，完善整車生產(chǎn)線的裝配質(zhì)量具有重要意義。
2、新能源汽車常見結(jié)構(gòu)分類
新能源汽車種類較多，包括燃料汽車、甲醇汽車、氫能源汽車、油電混合汽車、插電混合汽車、純電動(dòng)汽車等，其在節(jié)省能源，保護(hù)環(huán)境方面都具有較大優(yōu)勢，但就目前而言，我國在重點(diǎn)推進(jìn)油電混合動(dòng)力汽車、插電混合動(dòng)力汽車及純電動(dòng)汽車，下面對(duì)這3種類型的新能源汽車進(jìn)行介紹。
2.1 油電混合動(dòng)力汽車
油電混合動(dòng)力汽車（Hybrid Electrical Vehicle，簡稱HEV）是指同時(shí)具備兩種動(dòng)力來源——熱動(dòng)力源（汽油機(jī)和油箱）與電動(dòng)力源（電機(jī)和電池包）的汽車。電機(jī)不能直接驅(qū)動(dòng)車輪，而是輔助發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行車輪驅(qū)動(dòng)，通過在混合動(dòng)力汽車上使用電機(jī)，使得發(fā)動(dòng)機(jī)可以根據(jù)不同工況（如起步、加速、減速等）由電機(jī)輔助驅(qū)動(dòng)，從而使得發(fā)動(dòng)機(jī)可以始終保持在綜合性能*的工況下運(yùn)行，以此實(shí)現(xiàn)油耗的降低與減排。同時(shí)，當(dāng)需要進(jìn)行剎車制動(dòng)時(shí)，還可以將原本要流失的能量轉(zhuǎn)換為電能，并儲(chǔ)存在電池包內(nèi)。另外，電池包也無需外接電源，只需通過發(fā)動(dòng)機(jī)將其多余的能量轉(zhuǎn)化為電能儲(chǔ)存在電池包內(nèi)，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)再次需要電動(dòng)機(jī)輔助驅(qū)動(dòng)時(shí)，電池包內(nèi)的電能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能傳輸給電機(jī)，由電機(jī)輔助發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車。常見車型有雷克薩斯CT200h、豐田普銳斯、君越Eco Hybrid等。
2.2 插電混合動(dòng)力汽車
插電混合動(dòng)力汽車（Plug-in Hybrid ElectricalVehicle，簡稱PHEV）也是同時(shí)具備兩種動(dòng)力來源——熱動(dòng)力源（汽油機(jī)和油箱）與電動(dòng)力源（電機(jī)和電池包）的汽車，其與油電混合動(dòng)力汽車的主要不同點(diǎn)在于：
a.可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)單獨(dú)直接驅(qū)動(dòng)，且相比于油電混合動(dòng)力汽車，其電池包容量更大，可以實(shí)現(xiàn)電池包+電機(jī)的純電動(dòng)工作模式行駛一定里程。
b.車身配有充電插口，電池包可以通過外接電源獲得電能并將其儲(chǔ)存在電池包內(nèi)。兩個(gè)系統(tǒng)既可以同時(shí)協(xié)調(diào)工作，也可以各自單獨(dú)工作驅(qū)動(dòng)汽車，且根據(jù)日常運(yùn)行工況的不同，兩套動(dòng)力系統(tǒng)也需彼此切換互助工作。因需要兼顧兩種動(dòng)力系統(tǒng)，其整車零件單元相比汽油車較多，整車布置更為緊湊。
c.根據(jù)工作模式不同，插電混合動(dòng)力汽車可分為串聯(lián)、并聯(lián)、混聯(lián)等結(jié)構(gòu)。因?yàn)樵谌粘＿\(yùn)行中可能需要頻繁切換工作模式，所以其整個(gè)控制系統(tǒng)也較為復(fù)雜，是集成整車技術(shù)的核心之一。目前常見車型有比亞迪秦、榮威550、比亞迪唐、豐田普銳斯等。
2.3 純電動(dòng)汽車
純電動(dòng)汽車（Electrical Vehicle，簡稱EV）具有*、噪音小、運(yùn)行平穩(wěn)及結(jié)構(gòu)簡單等特點(diǎn)，與以上兩種新能源汽車稍微不同的是，其只有一種動(dòng)力輸出系統(tǒng)，即電池包+電機(jī)的動(dòng)力模式驅(qū)動(dòng)整車，電池包通過外接充電插口進(jìn)行電量補(bǔ)充，并且將其儲(chǔ)存在電池包內(nèi)，待有需要時(shí)，通過電機(jī)控制器進(jìn)行調(diào)控，并由電機(jī)將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能輸出，用以驅(qū)動(dòng)車輪行駛。為了滿足車輛的日常行駛需求，其電池包容量要足夠大，且采用能量較高的鋰電池（如磷酸鐵鋰、三元鋰等），以實(shí)現(xiàn)純電動(dòng)模式行駛較長里程，而若行駛過程中電池包電量耗盡，則車輛無法繼續(xù)行駛。因純電動(dòng)汽車僅有一種動(dòng)力系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單，布置空間也較為充足，但是鑒于電池包體積較大，常將其布置在車身地板下方。目前常見車型有特斯拉MODEL S，比亞迪e6、榮威E50、知豆等。
3、新能源汽車常見電池包結(jié)構(gòu)分類不同類型的新能源汽車對(duì)于電池包的需求和定義也不盡相同，因此，各新能源車型所匹配的電池包存在著明顯差別。
3.1 油電混合動(dòng)力汽車電池包
鑒于油電混合動(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)簡單，常采用自然通風(fēng)冷卻裝置進(jìn)行冷卻。因其體積不大，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箱位置，有利于生產(chǎn)裝配，同時(shí)也方便日常的維護(hù)和檢修，常見結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 油電混合動(dòng)力車電池包
3.2 插電混合動(dòng)力汽車電池包
為了實(shí)現(xiàn)插電混合動(dòng)力汽車所需要的純電動(dòng)工作模式，其所配備的電池包容量稍大，體積也會(huì)相應(yīng)增加，目前各公司的插電混合動(dòng)力汽車所配備的電池包結(jié)構(gòu)稍有不同，有的將其布置在后備箱位置（比亞迪秦，結(jié)構(gòu)類似于混合動(dòng)力汽車），但多數(shù)車型都布置在了地板下方中通道位置。電池包容量的增加，意味著其模組數(shù)量、電芯都在增加，因此整個(gè)電池包性能的一致性就顯得尤為重要，所以日常的風(fēng)冷模式已經(jīng)不能滿足需求，須通過冷卻液進(jìn)行水冷循環(huán)。因插電混合動(dòng)力汽車在實(shí)現(xiàn)純電工作模式時(shí)，需要借助高壓電，則布置在地板下方的電池包，需要從涉水、碰撞等安全角度考慮對(duì)其增加防護(hù)。目前常見的電池包結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 插電混合動(dòng)力汽車電池包
3.3 純電動(dòng)汽車電池包
因?yàn)榧冸妱?dòng)汽車的能量都儲(chǔ)存于電池包內(nèi)，為了達(dá)到一定的續(xù)航里程，純電動(dòng)汽車的電池包體積都比較龐大，為了拆裝及維修方便，一般都布置在車身的地板下方，所覆蓋面積為前懸架與后懸架之間，同時(shí)，體積龐大的電池包也使得其質(zhì)量較重，部分車型電池包的質(zhì)量甚至已經(jīng)達(dá)到了整車質(zhì)量的40%～50%，因此電池包的裝配質(zhì)量對(duì)于純電動(dòng)汽車來說就尤為重要。常見的純電動(dòng)汽車電池包結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 純電動(dòng)汽車電池包
4、電池包裝配方案及定位策略研究
從生產(chǎn)制造方面來說，在當(dāng)前及今后一段時(shí)間內(nèi)，需要實(shí)現(xiàn)新能源汽車與傳統(tǒng)燃油汽車的共線生產(chǎn)，因此，在考慮電池包的裝配方案時(shí)，需首先遵循共線生產(chǎn)這一前提條件。
因?yàn)椴煌男履茉窜囆退鋫涞碾姵匕Y(jié)構(gòu)存在明顯差異，所以，針對(duì)不同的電池包結(jié)構(gòu)應(yīng)該分別采取不同的裝配方案。
4.1 油電混合動(dòng)力汽車電池包裝配方案
如前文所述，油電混合動(dòng)力汽車的電池包多布置在后備箱，則結(jié)合電池包的結(jié)構(gòu)，其裝配方式有兩種方案可選：
*種方案為通過輔助機(jī)械手將電池包從左\右后車門送入車內(nèi)，旋轉(zhuǎn)后放置到位，再由工人進(jìn)行擰緊操作，如圖4所示。

圖4 機(jī)械手側(cè)門進(jìn)入裝配
在并線生產(chǎn)前提下，通過參考總裝車間生產(chǎn)線的布置信息，此裝配過程需要在zui終線實(shí)現(xiàn)，同時(shí)，為了避免機(jī)械手移動(dòng)電池包過程中對(duì)車身產(chǎn)生損傷，建議在車門拆卸的狀態(tài)下進(jìn)行，另外，還需要對(duì)車身的B、C立柱增加包覆物以達(dá)到防護(hù)目的。
電池包進(jìn)入車身后，仍需借助機(jī)械手沿X 向移動(dòng)，且因車身內(nèi)空間狹小，操作工人需要將電池包一次性移動(dòng)到位，因此，電池包與車身應(yīng)該有限位裝置，可考慮在安裝支架做限位凸臺(tái)或在車身做限位結(jié)構(gòu)，保證電池包在移動(dòng)到位的情況下實(shí)現(xiàn)合理裝配。
對(duì)于電池包的定位方案，建議將定位基準(zhǔn)設(shè)置在前方，即車身內(nèi)方便人員操作的位置，分別設(shè)定主副基準(zhǔn)孔，而在電池包的后方，即后備箱方向，孔位尺寸可以放開，只要能夠?qū)崿F(xiàn)安裝即可。
第二種方案為通過機(jī)械手將電池包直接從后備箱方向移動(dòng)到位，此種方式能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械手的便捷移動(dòng)和撤回，比前一種方案更方便，只是在移動(dòng)電池包過程中，需注意機(jī)械手不能對(duì)后背門產(chǎn)生磕碰劃傷。為了保證一次性移動(dòng)到位，也同樣需要在電池包與車身內(nèi)增加限位裝置。
對(duì)于定位方案，與前一種情況較為相似，只是把定位基準(zhǔn)設(shè)置在后備箱位置，便于工人擰緊裝配。綜合來說，此種方案較為合理，可優(yōu)先考慮。
4.2 插電混合動(dòng)力汽車電池包裝配方案
插電混合動(dòng)力汽車為同時(shí)兼顧傳統(tǒng)燃油車零件及新能源零件，布置空間相對(duì)較緊湊，對(duì)于將電池包布置在后備箱的情況，其裝配策略及定位方案與油電混合動(dòng)力汽車情況類似，不再一一贅述。而對(duì)于布置在地板下方中通道位置的“T”型電池包或“1”字型電池包，雖然稍有差異，但就裝配性而言，可視為一種。此處主要以“T”型電池包結(jié)構(gòu)進(jìn)行研討。通過對(duì)比總裝車間生產(chǎn)線的布置形式，混合動(dòng)力車型的電池包裝配只能在底盤線實(shí)現(xiàn)，且考慮到大部分車型都為前置前驅(qū)結(jié)構(gòu)，而前置的動(dòng)力總成模塊也需要在底盤線完成裝配，并通過高壓線束與電池包連接，因此，其電池包需要在底盤線的前端完成裝配，即在動(dòng)力總成模塊之前完成裝配，并完成相應(yīng)高壓線束的插接。
因其電池包結(jié)構(gòu)不規(guī)則，為保證裝配順利，在電池包被托舉裝配到車身過程中，需要在工裝上增加一主一副定位銷，來保證定位銷與電池包、車身的定位，以此實(shí)現(xiàn)電池包一次性托舉到位。此種定位方案的實(shí)施需要注意以下方面：需要分別在電池包、車身相應(yīng)位置增加定位孔，以實(shí)現(xiàn)定位銷的定位；需要注意電池包Z 向高度，避免因定位銷過短而使得電池包舉升過程中定位銷不能及時(shí)插入到車身，不能起到定位作用；電池包定位孔應(yīng)設(shè)置在同側(cè)，便于工人移動(dòng)電池包放置到工裝上，避免因電池包Z 向較高，而使得工人移動(dòng)電池包時(shí)不能同時(shí)兼顧兩個(gè)定位銷。插電混合動(dòng)力車電池包工裝如圖5所示。

圖5 插電混合動(dòng)力車電池包工裝
4.3 純電動(dòng)汽車電池包裝配方案
純電動(dòng)汽車的電池包體積較大，則裝配時(shí)必須借助AGV輔助進(jìn)行，因電池包直接固定在車身下方，則裝配過程中應(yīng)通過AGV 工裝實(shí)現(xiàn)一次性托舉到位，然后再擰緊其余螺栓的裝配策略。通過對(duì)比總裝車間生產(chǎn)線的布置形式得知，其必須在底盤線完成裝配，鑒于常規(guī)車間底盤線工位的數(shù)量相對(duì)較少，在確定電池包裝配策略之前必須分析所需增加AGV 小車的數(shù)量并明確其運(yùn)行軌跡，同時(shí)，因電池包體積較大，還需考慮電池包線旁配送、上件、運(yùn)輸?shù)纫蛩?，避免在搬運(yùn)過程中與周邊物料發(fā)生干涉而影響其裝配方案的實(shí)施。
純電動(dòng)汽車的電池包多被置于車身底部，所覆蓋區(qū)域?yàn)榍皯壹芸偝膳c后懸架總成之間的整個(gè)地板，且其整體結(jié)構(gòu)也多以長方形為主，因此，對(duì)于其特殊的結(jié)構(gòu)形式，若采用一主一副定位銷的定位方案，需使得工裝定位銷Z 向較長（覆蓋電池包高度），同時(shí)，對(duì)車身的精度要求較高，如此方案反而會(huì)增加裝配難度。所以，此處建議應(yīng)對(duì)其分別進(jìn)行定位，即工裝與電池包、工裝與車身分別獨(dú)立定位，如圖6所示。

圖6 純電動(dòng)汽車電池包工裝
此種方式雖然使得工裝稍微復(fù)雜，但是便于裝配，尤其是將電池包開箱后吊裝到工裝時(shí)，操作工人只需注意電池的定位孔與定位銷配合即可，同理，工裝在舉升過程中，操作工人只需注意前方工裝與車身的定位孔和定位銷配合即可。