当前,发展新能源汽车产业已成为世界各国加大环境保护力度、实现产业技术创新升级、寻找新经济增长引擎的必经之路。然而新能源汽车产品要成为用户的新的选择,在个人市场和运营市场占据重要地位,需要在机械性能、自动化生产、装配要求和产品成本等方面持平乃至优于传统燃油车,这也给其核心零部件——动力电池系统(包)的生产制造技术带来更高要求。电池包中的一些重要零部件(如模组、电池管理系统BMS、继电器、连接器和铜排等)和箱体总成等普遍采用螺纹连接,电动汽车电池包平时工作处在高速、高压、高负荷、振动等恶劣工况下,若锁紧螺纹紧固件(螺母、螺栓)时仍然沿用之前传统的扭力扳手、气动拧紧枪等工具,无法对装配螺栓的夹紧力、旋转角度、锁紧顺序等进行实时记录和监控,无法较好的验证螺纹紧固件的夹紧力是否足够、是否出现松动、脱落等问题,对整个电池包的机械性能和密封性能等带来不利影响。而丹尼克尔智能电批能够实现电池包关键零部件的装配锁紧过程的监控、追溯,确保智能化锁紧装配,提升动力电池系统(包)装配制造能力。
动力电池包的关键装配流程具体如下:
1.高低压连接器的装配
电池包或者BMS上分布有很多高低压连接器,这些接口的装配都是安全件,需要收集数据反馈,应该使用可追溯数据的智能电批;接口拧紧时通常都是单手持工件,单手持智能电批,握持拧紧更为方便;扭矩范围不大,易选用紧凑型的工具。
2.高压线束的安装
电池包内有总正总负的高压线束需要连接装配,模组充上电时,这部分连接的电压高达数百伏特。通常工位地面都会做绝缘处理,为高压防护工位。除此之外,在装配上也需要做绝缘处理,这部分工位的绝缘处理不仅影响着电池的安全,更影响着操作者的生命安全。
3.高压铜巴的连接安装
高压铜巴用于连接模组之间的导通,电流大且使用密集,装配复杂,作为电池导通的关键结构,装配安全同样至关重要,装配的疏忽很有可能导致电池发生短路。
4.模组安装
电池包由多个电池模块组成,电池模块的装配要求松紧度适中,各结构部件具有足够的强度,防止因电池内部外力的作用而发生变形或破坏。电池模组又由多个动力电芯串并联组合而成,电池模块的装配需要将电池模块固定在铝制箱体里,一般使用吹加吸拧紧模组搭配智能电批将长螺栓穿过模组固定到箱体底部的螺母上;也有电池包为了节约空间,采用双层模组的形式,会有安装模组支架用于固定上层模组。
5.上盖安装
为了减重,电池包通常采用铝制壳体。电池包铝制壳体上盖和下箱体之间通过数十个螺栓连接装配,螺栓数量多且分布规则,拧紧方向都为垂直向下,在装配时需要顺序拧紧,保证上盖拧紧应力分布均匀。
动力电池的装配重难点及解决方案
从动力电池的关键装配流程可以了解到,动力电池的装配重难点主要集中在以下几方面:
1.过流件问题
动力电池中有很多部件在装配时或者装配之后会通过电流,称之为过流件。这些过流点通常为接线端子,接线端子未锁紧,会造成端子连接处的接触不好,有较大的接触电阻,相当于在回路中串接了一个电阻。由于这个电阻的存在,在流过电流时,此处将发热;流过大电流时,接线端子上会有较大压降,此处会过热,有可能烧毁接线端子。
据此,建议使用机用智能电批,实时监控拧紧过程曲线,保证装配接线端子达到正确的扭矩,防止假贴合、假扭矩等情况发生。
2.残余扭矩问题
在电池包的装配中,上盖工位、连接器装配工位等特别容易出现扭矩衰减的问题,主要是由于连接的位置安装有弹性材料、密封件等导致,所以在装配的时候要尤为注意螺栓拧紧的先后顺序,并需采用多段不同的螺栓装配拧紧速度,从而降低螺栓的扭矩衰减。丹尼克尔数显扭矩智能电批可以检测螺栓的残余扭矩来进行质量的管控。
如下表所示,针对于不同的扭矩衰减产生的原因,会采用不同的方式减少。
表残余扭矩产生的原因及解决方法
4.拧紧顺序问题
电池包上盖等大平面的零部件拧紧装配时需要保证应力分布均匀,因此会有拧紧顺序要求。通过控制拧紧螺栓的先后顺序,保证应力分布得尽可能均匀,同时这也能从一定程度上减少扭矩衰减的发生。
通常,工厂里常用的拧紧顺序控制是采用反作用力臂通过编码器来实现对位置点的控制。这种方式比较常规,但是对于电池包上盖的螺栓定位并不是好的选择,因为电池包上盖通常尺寸范围比较大,用力臂覆盖布置会很困难,人员操作也很困难,且容易有覆盖死角。而采用视觉定位系统+丹尼克尔智能电批的集成能可靠解决这一问题,视觉定位系统由红外相机实现三维坐标定位,定位精度高且稳定性好,安装操作十分方便。
现在,动力电池作为电动汽车的重要零部件,已经走在了创新装配的前沿,丹尼克尔智能电批能很好地适应动力电池的装配工况,帮助动力电池这一关键部件实现全装配拧紧数据的可靠追溯。针对于动力电池扭矩不太大,产品操作范围较大的情况,能很好地兼顾便携灵活与高性能的表现。因此,丹尼克尔智能电批也在动力电池的装配中得到了广泛的应用,从电池包的上盖到模组的装配,自动化的装配系统帮助客户提高了防错等级,提高了产品的装配质量,提高了生产节拍,节省了人力资源,为动力电池乃至电动汽车走向智能制造往前迈进了一大步。
文章来源:丹尼克尔,