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摘要:近些年,随着我国科学水平的进步,带动了新能源的进步。新能源汽车因结构及类型差异较大,使得其最为核心的电池包结构也具有明显的差异,进而对于整车生产线的装配工艺也产生了一定影响。通过整理归纳当前新能源汽车(包括油电混合动力汽车、插电混合动力汽车和纯电动汽车)电池包的常见结构,针对不同结构电池包的特点,分别对其装配策略和定位方案进行了优化研究,同时,对于所需的工装设备进行了简要说明,其对于电池包壳体的设计和总装生产工艺具有较大的参考价值。
关键词:新能源汽车;电池包;装配
引言
新形势下,我国新能源汽车产业实现迅猛发展,但由于不同的车型具有不同的结构,如此就需要配置不同结构的电池包,导致在生产线装配过程中,因为无法兼顾不同种类车型的装配对策而出现负面影响。其次,在装配过程中,为了保证装配质量与水平,需利用机械手或者自动导引小车等工具,这在很大程度上提高了装配难度,影响装配质量与水平。接下来,谈谈对基于新能源汽车电池包装配策略的几点思考。
1我国新能源汽车电池概况及发展方向
新能源汽车动力电池,按照是否需要充电,分为蓄电池和燃料电池。蓄电池主要应用于纯电动汽车、混合动力汽车、插电混合动力汽车;燃料电池主要应用于燃料电池汽车。本文主要介绍蓄电池。
1.1铅酸蓄电池
铅酸蓄电池的电极材料为铅及其氧化物,电解液是硫酸溶液。它的优点:电压稳定、价格便宜。它的缺点:比能低、使用寿命短、日常维护频繁。在国内,铅酸蓄电池已经非常广泛地应用到低速电动汽车领域。
1.2镍氢电池
镍氢电池的阳极材料是氢氧化镍、阴极材料是由钒、锰、镍等金属形成的多成分合金组成,它的能量体积密度约为铅酸电池的3倍,它的比功率约为铅酸电池的10倍。镍氢电池的短板如下:在低温条件下容量减小,在高温条件下充电耐受性差;它的原材料如金属镍非常昂贵;过度放电会造成电池性能永久性损伤,荷电状态受到了很大的限制。镍氢电池在遥控玩具领域得到广泛应用,在混合动力汽车、纯电动汽车领域也有应用车型。
1.3锂离子电池
高性能、低成本的新型锂离子电池将是新能源汽车动力系统开发工作获取成功的方向。新型鋰离子动力电池将采用高电压/高容量正极材料、高容量负极材料和高压电解液替代现有锂离子电池材料,电池成本、比能量和能量密度将具有明显优势,能够大幅度提升新能源汽车经济性和使用的便利性。未来我们将重点研发制造高比能量高比功率的动力锂电池。此项工作已经纳入2017年国家重点研发计划。我们将主要研究下列问题:制造一致性;成组后的安全性和寿命;高能量和高功率兼容;原材料的筛选。
2新能源汽车常见结构分类
2.1纯电动汽车
纯电动汽车(ElectricalVehicle,简称EV)具有零排放、噪音小、运行平稳及结构简单等特点,与以上两种新能源汽车稍微不同的是,其只有一种动力输出系统,即电池包+电机的动力模式驱动整车,电池包通过外接充电插口进行电量补充,并且将其储存在电池包内,待有需要时,通过电机控制器进行调控,并由电机将电能转换为机械能输出,用以驱动车轮行驶。为了满足车辆的日常行驶需求,其电池包容量要足够大,且采用能量较高的锂电池(如磷酸铁锂、三元锂等),以实现纯电动模式行驶较长里程,而若行驶过程中电池包电量耗尽,则车辆无法继续行驶。因纯电动汽车仅有一种动力系统,其结构相对简单,布置空间也较为充足,但是鉴于电池包体积较大,常将其布置在车身地板下方。目前常见车型有特斯拉MODEL S,比亚迪e6、荣威E50、知豆等。
2.2油电混合动力
油电混合动力新能源汽车,简称“HEV”,该中车型不仅具有电动力源,还具有热动力源。其中,电动力源主要依靠电池包、电机提供动力;热动力源主要依靠油箱与汽油机提供动力。发动机驱动汽车车轮,起步、加减速阶段的驱动都是依靠电机辅助发动机。HEV电机能够让发动机在驱动汽车的时候,综合性能始终处于最佳状态,进而大大减少油耗量,实现节能减排目的。其次,汽车在启动、刹车时,电池包能够以存储电能的手段发挥作用,发动机直接把多余或者流失的能量直接转变成电能并有效储存,为下次驱动车轮夯实基础。
3新能源汽车常见电池包的结构分类
3.1插电混合动力汽车电池包
PHEV多装配电动力源独立运行系统,电池包体积大,占据整车较大的空间,且不同厂商所生产的电池包结构也不同,原则上电池包应放在后备箱,但实际上多放在地板下方。容量加持说明需要增加模组与电芯,确保性能一致性至关重要,需要配置完善的冷却液来促进水冷循环。如果电动力源系统独立运转时,那么需要高压电作支撑,放在地板下方的电池包要制定行之有效的对策来规避碰撞或者涉水而引发的诸多问题。
3.2油电混合动力汽车电池包
鉴于油电混合动力汽车的特点,其所配备的电池包仅在起步、加速、制动等特殊阶段辅助发动机进行工作,因此,其电池包相对体积较小,质量也较轻,目前市场上的油电混合动力汽车电芯多为镍氢电池,冷却系统也相对简单,常采用自然通风冷却装置进行冷却。因其体积不大,车内空间基本可以满足布置需求,因此,常将其放置于座椅后面的后备箱位置,有利于生产装配,同时也方便日常的维护和检修,常见结构如图1所示。
3.3纯电动汽车电池包
纯电动汽车完全依靠电池包内的能量来行使,因此它的电池包体积很大,一般布置在车身的地板下方,前悬架与后悬架之间。而且它的电池包重量很大,约占整车质量的1/3,部分车型达到1/2,因此电池包的装配质量稳定性对整车性能有重要影响。
结语
随着新能源汽车技术的日渐成熟与完善,新能源汽车无疑将登上历史的舞台,焕发迷人的魅力,集环保、节能、高效于一体,其电池包的批量生产将成为未来发展的重点。我们需要不断解决在新能源电池包生产中遇到的问题,让我国新能源汽车发展得越来越快。
参考文献
[1]丁玉章.新能源汽车动力电池包液冷散热特性仿真研究[D].重庆交通大学,2017.
[2]程凡.基于专利分析的新能源汽车电池发展研究[D].华中师范大学,2017.
[3]崔俊博,张勇,王晶星.电动汽车用动力电池的研究[J].新技术新工艺,2010(09):81-84.
[4]张菊.电动汽车的总装生产线工艺[J].汽车制造业,2012(5):84.
[5]付甜甜.新能源汽车电池概述[J].电源技术,2014(12):2217-2218.
关键词:新能源汽车;电池包;装配
引言
新形势下,我国新能源汽车产业实现迅猛发展,但由于不同的车型具有不同的结构,如此就需要配置不同结构的电池包,导致在生产线装配过程中,因为无法兼顾不同种类车型的装配对策而出现负面影响。其次,在装配过程中,为了保证装配质量与水平,需利用机械手或者自动导引小车等工具,这在很大程度上提高了装配难度,影响装配质量与水平。接下来,谈谈对基于新能源汽车电池包装配策略的几点思考。
1我国新能源汽车电池概况及发展方向
新能源汽车动力电池,按照是否需要充电,分为蓄电池和燃料电池。蓄电池主要应用于纯电动汽车、混合动力汽车、插电混合动力汽车;燃料电池主要应用于燃料电池汽车。本文主要介绍蓄电池。
1.1铅酸蓄电池
铅酸蓄电池的电极材料为铅及其氧化物,电解液是硫酸溶液。它的优点:电压稳定、价格便宜。它的缺点:比能低、使用寿命短、日常维护频繁。在国内,铅酸蓄电池已经非常广泛地应用到低速电动汽车领域。
1.2镍氢电池
镍氢电池的阳极材料是氢氧化镍、阴极材料是由钒、锰、镍等金属形成的多成分合金组成,它的能量体积密度约为铅酸电池的3倍,它的比功率约为铅酸电池的10倍。镍氢电池的短板如下:在低温条件下容量减小,在高温条件下充电耐受性差;它的原材料如金属镍非常昂贵;过度放电会造成电池性能永久性损伤,荷电状态受到了很大的限制。镍氢电池在遥控玩具领域得到广泛应用,在混合动力汽车、纯电动汽车领域也有应用车型。
1.3锂离子电池
高性能、低成本的新型锂离子电池将是新能源汽车动力系统开发工作获取成功的方向。新型鋰离子动力电池将采用高电压/高容量正极材料、高容量负极材料和高压电解液替代现有锂离子电池材料,电池成本、比能量和能量密度将具有明显优势,能够大幅度提升新能源汽车经济性和使用的便利性。未来我们将重点研发制造高比能量高比功率的动力锂电池。此项工作已经纳入2017年国家重点研发计划。我们将主要研究下列问题:制造一致性;成组后的安全性和寿命;高能量和高功率兼容;原材料的筛选。
2新能源汽车常见结构分类
2.1纯电动汽车
纯电动汽车(ElectricalVehicle,简称EV)具有零排放、噪音小、运行平稳及结构简单等特点,与以上两种新能源汽车稍微不同的是,其只有一种动力输出系统,即电池包+电机的动力模式驱动整车,电池包通过外接充电插口进行电量补充,并且将其储存在电池包内,待有需要时,通过电机控制器进行调控,并由电机将电能转换为机械能输出,用以驱动车轮行驶。为了满足车辆的日常行驶需求,其电池包容量要足够大,且采用能量较高的锂电池(如磷酸铁锂、三元锂等),以实现纯电动模式行驶较长里程,而若行驶过程中电池包电量耗尽,则车辆无法继续行驶。因纯电动汽车仅有一种动力系统,其结构相对简单,布置空间也较为充足,但是鉴于电池包体积较大,常将其布置在车身地板下方。目前常见车型有特斯拉MODEL S,比亚迪e6、荣威E50、知豆等。
2.2油电混合动力
油电混合动力新能源汽车,简称“HEV”,该中车型不仅具有电动力源,还具有热动力源。其中,电动力源主要依靠电池包、电机提供动力;热动力源主要依靠油箱与汽油机提供动力。发动机驱动汽车车轮,起步、加减速阶段的驱动都是依靠电机辅助发动机。HEV电机能够让发动机在驱动汽车的时候,综合性能始终处于最佳状态,进而大大减少油耗量,实现节能减排目的。其次,汽车在启动、刹车时,电池包能够以存储电能的手段发挥作用,发动机直接把多余或者流失的能量直接转变成电能并有效储存,为下次驱动车轮夯实基础。
3新能源汽车常见电池包的结构分类
3.1插电混合动力汽车电池包
PHEV多装配电动力源独立运行系统,电池包体积大,占据整车较大的空间,且不同厂商所生产的电池包结构也不同,原则上电池包应放在后备箱,但实际上多放在地板下方。容量加持说明需要增加模组与电芯,确保性能一致性至关重要,需要配置完善的冷却液来促进水冷循环。如果电动力源系统独立运转时,那么需要高压电作支撑,放在地板下方的电池包要制定行之有效的对策来规避碰撞或者涉水而引发的诸多问题。
3.2油电混合动力汽车电池包
鉴于油电混合动力汽车的特点,其所配备的电池包仅在起步、加速、制动等特殊阶段辅助发动机进行工作,因此,其电池包相对体积较小,质量也较轻,目前市场上的油电混合动力汽车电芯多为镍氢电池,冷却系统也相对简单,常采用自然通风冷却装置进行冷却。因其体积不大,车内空间基本可以满足布置需求,因此,常将其放置于座椅后面的后备箱位置,有利于生产装配,同时也方便日常的维护和检修,常见结构如图1所示。
3.3纯电动汽车电池包
纯电动汽车完全依靠电池包内的能量来行使,因此它的电池包体积很大,一般布置在车身的地板下方,前悬架与后悬架之间。而且它的电池包重量很大,约占整车质量的1/3,部分车型达到1/2,因此电池包的装配质量稳定性对整车性能有重要影响。
结语
随着新能源汽车技术的日渐成熟与完善,新能源汽车无疑将登上历史的舞台,焕发迷人的魅力,集环保、节能、高效于一体,其电池包的批量生产将成为未来发展的重点。我们需要不断解决在新能源电池包生产中遇到的问题,让我国新能源汽车发展得越来越快。
参考文献
[1]丁玉章.新能源汽车动力电池包液冷散热特性仿真研究[D].重庆交通大学,2017.
[2]程凡.基于专利分析的新能源汽车电池发展研究[D].华中师范大学,2017.
[3]崔俊博,张勇,王晶星.电动汽车用动力电池的研究[J].新技术新工艺,2010(09):81-84.
[4]张菊.电动汽车的总装生产线工艺[J].汽车制造业,2012(5):84.
[5]付甜甜.新能源汽车电池概述[J].电源技术,2014(12):2217-2218.