淺析電動汽車防靜電技術(shù)在總裝工藝中的應(yīng)用

隨著科技水平日新月異的發(fā)展，汽車已經(jīng)成為我國國民經(jīng)濟(jì)的支柱，取得了舉世矚目的成就，并將成為今后一個時期乃至若干個時期內(nèi)經(jīng)濟(jì)工作發(fā)展的主線。但隨著國民經(jīng)濟(jì)水平的高速發(fā)展，汽車產(chǎn)量與銷售量也出現(xiàn)了持續(xù)高速增長的現(xiàn)象。汽車保有量和產(chǎn)量的迅猛增加一方面使得經(jīng)濟(jì)實(shí)力不斷攀升，就業(yè)壓力得到有效緩解;同時環(huán)境污染和資源枯竭等弊端也日益凸顯。所以在面臨能源危機(jī)和環(huán)境保護(hù)的雙重壓力下，電動汽車的發(fā)展就必定成為汽車工業(yè)未來發(fā)展的趨勢，電動汽車由此也進(jìn)入了加速發(fā)展的時期。

電動汽車概述及核心零部件介紹

1.電動汽車概述

電動汽車(EV)是指以車載電源為動力，用電動機(jī)驅(qū)動車輪行駛，符合道路交通、安全法規(guī)等各項(xiàng)要求的車輛。電動汽車工作原理如圖1所示。

電動汽車主要分為三類：純電動汽車(EV)、混合動力汽車(PHEV)和燃料電池汽車(FCEV)。

圖1  電動汽車工作原理

2.電動汽車核心零部件介紹

(1 )電池 電動汽車的電池是為驅(qū)動電動機(jī)提供電能，電動機(jī)將電池的電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。電動汽車電池可以分為蓄電池和燃料電池兩大類。蓄電池適用于純電動汽車，而燃料電池專用于燃料電池電動汽車。電動汽車電池組由多個電池串聯(lián)疊置組成。

(2)驅(qū)動電機(jī) 驅(qū)動電機(jī)的作用是將電池的電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，通過傳動裝置或直接驅(qū)動車輪和工作裝置。目前正在應(yīng)用或開發(fā)的電動汽車電機(jī)主要有直流有刷電機(jī)、感應(yīng)電機(jī)、稀土永磁電機(jī)和開關(guān)磁阻電機(jī)四類電動機(jī)。

(3)逆變器 電動汽車逆變器是一種能夠?qū)⒅绷麟娔?電池、蓄電瓶)轉(zhuǎn)變成交流電(一般為220V、50Hz正弦或方波)的裝置。通俗的講，電動汽車逆變器就是一種將直流電(DC)轉(zhuǎn)化為交流電(AC)的裝置，它能夠?qū)⒌蛪?12V/24V/48V)直流電轉(zhuǎn)變?yōu)?20V交流電的電子設(shè)備。它由逆變橋、控制邏輯和濾波電路組成。

(4)電機(jī)控制器 電動車電機(jī)控制器由功率變換器、傳感器組成。電機(jī)控制器應(yīng)兼顧蓄電池及電機(jī)的實(shí)際使用情況，并且應(yīng)充分考慮蓄電池、控制器和電機(jī)三者之間的關(guān)系，將它們作為一個綜合的系統(tǒng)來反饋，從而得到更為理想的電機(jī)控制效果。

(5) HV-ECU HV-ECU是電動汽車電池組件的關(guān)鍵控制部分，調(diào)節(jié)電池電量。

3.電動汽車產(chǎn)品結(jié)構(gòu)介紹

(1)沖壓工藝結(jié)構(gòu) 電動汽車與傳統(tǒng)汽車在沖壓工藝方面相同，其工藝流程均為胚料→清洗→拉延→修邊→沖孔→整形→檢查→入庫。

(2)車身工藝結(jié)構(gòu) 電動車型與傳統(tǒng)車型在車身工藝方面相同，其工藝流程均為凸焊→機(jī)艙、前后地板焊接→左右側(cè)圍焊接→車身總拼→四門安裝、調(diào)整→合格下線。

(3)涂裝工藝結(jié)構(gòu) 電動車型與傳統(tǒng)車型在涂裝工藝方面相同，其工藝流程為水洗→脫脂→磷化→電泳→烘干→涂抹密封膠→中涂→色漆→清漆→烘烤→檢查→拋光→合格下線。

(4)總裝工藝結(jié)構(gòu) 電動車型與傳統(tǒng)車型在總裝工藝方面的差異點(diǎn)在于核心部件(電池、驅(qū)動橋、逆變器、HV-ECU和電機(jī)控制器)裝配工藝不同，其區(qū)別主要在于電動車在核心零部件裝配時需要增加防靜電措施。

綜上所述，四大工藝對電動汽車的影響只是在于總裝核心零部件裝配時需要增加防靜電措施。

4. 電動汽車標(biāo)桿對比

電動汽車標(biāo)桿對比如表1所示，核心零部件裝配靜電消除特殊工藝對比如表2所示。通過對比，標(biāo)桿公司的零部件在裝配過程中靜電可直接通過防靜電鋼板或防靜電網(wǎng)導(dǎo)致大地。

表1 電動汽車標(biāo)桿對比

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，為了視覺化效果及品位提升的需求，越來越多的汽車工廠線體材質(zhì)多采用木地板及塑料滑板等非導(dǎo)體材質(zhì)，其不具有導(dǎo)電性，這就使得電動汽車核心部件在裝配過程中所產(chǎn)生的靜電應(yīng)需通過靜電消除器的方式進(jìn)行消除。

電動汽車特殊工藝—防靜電方案

電動汽車核心零部件的工藝布置與傳統(tǒng)汽車類似，均采用“先里后外”的布局方式進(jìn)行工藝排布，如表3所示。

1. 靜電產(chǎn)生的原因

靜電是由于兩個物體接觸和剝離(分離)、摩擦、物體變形或附著離子時產(chǎn)生的。

2. 靜電產(chǎn)生的原理

從原子的角度來看，物質(zhì)都是由-極電子和+極質(zhì)子結(jié)構(gòu)組成的;通常情況下負(fù)極電子和正極的質(zhì)子數(shù)量相同，在電子性質(zhì)上屬于中性，處于穩(wěn)定狀態(tài)。但當(dāng)兩個物體產(chǎn)生摩擦、剝離等接觸時，其中一個物體的電子飛出，此時正極質(zhì)子為10個，負(fù)極電子為9個，物體的帶電平衡狀態(tài)被打破，產(chǎn)生電勢差，物體帶正電。但如果另一方其它的物體處飛來了電子，此時正極質(zhì)子為10個，負(fù)極電子為11個，物體的帶電平衡狀態(tài)被打破，產(chǎn)生電勢差，物體帶負(fù)電。

3.電動汽車防靜電的目的

靜電的產(chǎn)生是因人員操作產(chǎn)生摩擦以及各種能量，如動能、熱能和化學(xué)能等形式的作用使原子的正負(fù)電不平衡而產(chǎn)生靜電，造成電動車裝配過程中核心部件及電路的損壞及對人體造成的傷害，須對靜電的產(chǎn)生進(jìn)行消除。

4.物體帶電量標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)圖2所示，3kV為人體所能接受靜電的最大安全點(diǎn)，超過此點(diǎn)時，靜電對人體有危害。

5.電動汽車防靜電要求

電動汽車與傳統(tǒng)汽車的裝配工藝區(qū)別在于，電動車需要增加防靜電措施。

6.電動汽車防靜電方案對比

因目前越來越多的汽車工廠線體材質(zhì)多采用木地板及塑料滑板等非導(dǎo)體材質(zhì)，其不具有導(dǎo)電性，基于此我們要對靜電采取以下措施進(jìn)行預(yù)防。

(1)方案一：無繩靜電手環(huán)

靜電手環(huán)的工作原理是將手環(huán)下面的金屬片與人體直接接觸，使人體所帶靜電通過金屬片傳遞到內(nèi)置的1kΩ電阻來聚集，然后利用電暈放電的原理將其消耗掉。其優(yōu)缺點(diǎn)如表4所示。

(2)方案二：有繩靜電手環(huán)

有繩靜電手環(huán)是通過腕帶及接地線，將人體身上的靜電排放至大地，故使用時腕帶必需與皮膚接觸，才能發(fā)揮功效。其優(yōu)缺點(diǎn)如表5所示。

(3)方案三：靜電消除器

靜電消除器的工作原理是由高壓電源產(chǎn)生器和放電極(一般為離子針)組成，通過尖端高壓電暈放電把空氣電離為大量正負(fù)離子，然后用風(fēng)把大量正負(fù)離子吹到物體表面以中和靜電，或者直接把靜電消除器靠近物體的表面而中和靜電。其優(yōu)缺點(diǎn)如表6所示。

方案一和方案二中的無繩和有繩靜電手環(huán)都只能消除人體靜電，所以此方案不建議使用。方案三因靜電消除器可以同時消除人體及物體所帶靜電，所以此方案建議選用。

7.防靜電工藝布置

(1)靜電消除器線體布置

如圖3所示，線體上方建議布置4根(每根/間隔1m)型號為SJ-H180V/C的棒型靜電消除器，將其安裝在電動車核心零部件裝配區(qū)域(如電池、驅(qū)動橋、逆變器、HV-ECU和電機(jī)控制器)，布置在車頂上方600mm處。

圖3  棒型靜電消除器線體上方布置

如圖4所示，線體兩側(cè)建議左右各布置4根(每根/間隔1m)型號為SJ-H156V/C的棒型靜電消除器，并將其安裝在電動車核心零部件裝配區(qū)域(如電池、驅(qū)動橋、逆變器和 HV-ECU)工位，布置在車體兩側(cè)1500mm處。

圖4  棒型靜電消除器線體兩側(cè)布置

(2)靜電消除器物料存儲區(qū)布置

物料存儲區(qū)建議在每個工位器具兩側(cè)各布置1臺型號為SJ-F5500的風(fēng)扇型靜電消除器(移動架式)，如圖5所示。

圖5風(fēng)扇型靜電消除器

結(jié)語

新能源汽車項(xiàng)目的研發(fā)及工藝裝配又與傳統(tǒng)汽車裝配工藝存在很大的差異，其差異點(diǎn)主要在于電動汽車核心零部件在總裝工藝裝配時需要增加防靜電的特殊工藝，因?yàn)楝F(xiàn)場操作人員在裝配過程中會因摩擦以及各種能量，如動能、熱能及化學(xué)能等形式的作用使原子的正負(fù)電不平衡而產(chǎn)生靜電，造成電動汽車核心零部件在裝配過程中電路損壞及對人體造成傷害。

電動汽車工藝結(jié)構(gòu)在沖壓、焊裝、涂裝工藝方面無差異，而總裝工藝方面只是在核心部件裝配時需要增加防靜電措施。以上對于防靜電方案的分析及解決，無論是從靜電消除器前期選型識別、所需設(shè)備成本投入、減少制造過程風(fēng)險(xiǎn)和提高產(chǎn)品質(zhì)量等方面都具有非常好的效果。所以，我們有理由相信，在今后的工作和實(shí)踐中，通過我們不斷的努力，電動汽車必將引領(lǐng)汽車行業(yè)走向一個更加廣闊的發(fā)展，為緩解能源消耗、提升國民產(chǎn)值等作出更大的貢獻(xiàn)。