淺析電動(dòng)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(guó)國(guó)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(gè)時(shí)期乃至若干個(gè)時(shí)期內(nèi)經(jīng)濟(jì)工作發(fā)展的主線。但隨著國(guó)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(zhǎng)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(shí)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(dòng)汽車的發(fā)展就必定成為汽車工業(yè)未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)，電動(dòng)汽車由此也進(jìn)入了加速發(fā)展的時(shí)期。

電動(dòng)汽車概述及核心零部件介紹

1.電動(dòng)汽車概述

電動(dòng)汽車(EV)是指以車載電源為動(dòng)力，用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)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(dòng)汽車工作原理如圖1所示。

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

圖1  電動(dòng)汽車工作原理

2.電動(dòng)汽車核心零部件介紹

(1 )電池 電動(dòng)汽車的電池是為驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)提供電能，電動(dòng)機(jī)將電池的電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。電動(dòng)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(dòng)汽車，而燃料電池專用于燃料電池電動(dòng)汽車。電動(dòng)汽車電池組由多個(gè)電池串聯(lián)疊置組成。

(2)驅(qū)動(dòng)電機(jī) 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的作用是將電池的電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，通過(guò)傳動(dòng)裝置或直接驅(qū)動(dòng)車輪和工作裝置。目前正在應(yīng)用或開(kāi)發(fā)的電動(dòng)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(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)四類電動(dòng)機(jī)。

(3)逆變器 電動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(gè)綜合的系統(tǒng)來(lái)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(dòng)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(dòng)汽車產(chǎn)品結(jié)構(gòu)介紹

(1)沖壓工藝結(jié)構(gòu) 電動(dòng)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(kù)。

(2)車身工藝結(jié)構(gòu) 電動(dòng)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(mén)安裝、調(diào)整→合格下線。

(3)涂裝工藝結(jié)構(gòu) 電動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)車在核心零部件裝配時(shí)需要增加防靜電措施。

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

4. 電動(dòng)汽車標(biāo)桿對(duì)比

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

表1 電動(dòng)汽車標(biāo)桿對(duì)比

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，為了視覺(jué)化效果及品位提升的需求，越來(lái)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(dòng)汽車核心部件在裝配過(guò)程中所產(chǎn)生的靜電應(yīng)需通過(guò)靜電消除器的方式進(jìn)行消除。

電動(dòng)汽車特殊工藝—防靜電方案

電動(dòng)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(gè)物體接觸和剝離(分離)、摩擦、物體變形或附著離子時(shí)產(chǎn)生的。

2. 靜電產(chǎn)生的原理

從原子的角度來(lái)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(gè)物體產(chǎn)生摩擦、剝離等接觸時(shí)，其中一個(gè)物體的電子飛出，此時(shí)正極質(zhì)子為10個(gè)，負(fù)極電子為9個(gè)，物體的帶電平衡狀態(tài)被打破，產(chǎn)生電勢(shì)差，物體帶正電。但如果另一方其它的物體處飛來(lái)了電子，此時(shí)正極質(zhì)子為10個(gè)，負(fù)極電子為11個(gè)，物體的帶電平衡狀態(tài)被打破，產(chǎn)生電勢(shì)差，物體帶負(fù)電。

3.電動(dòng)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(dòng)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(dòng)車裝配過(guò)程中核心部件及電路的損壞及對(duì)人體造成的傷害，須對(duì)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(guò)此點(diǎn)時(shí)，靜電對(duì)人體有危害。

5.電動(dòng)汽車防靜電要求

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

6.電動(dòng)汽車防靜電方案對(duì)比

因目前越來(lái)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(duì)靜電采取以下措施進(jìn)行預(yù)防。

(1)方案一：無(wú)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(guò)金屬片傳遞到內(nèi)置的1kΩ電阻來(lái)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(guò)腕帶及接地線，將人體身上的靜電排放至大地，故使用時(shí)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(guò)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(wú)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(shí)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(hào)為SJ-H180V/C的棒型靜電消除器，將其安裝在電動(dòng)車核心零部件裝配區(qū)域(如電池、驅(qū)動(dòng)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(hào)為SJ-H156V/C的棒型靜電消除器，并將其安裝在電動(dòng)車核心零部件裝配區(qū)域(如電池、驅(qū)動(dòng)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(chǔ)區(qū)布置

物料存儲(chǔ)區(qū)建議在每個(gè)工位器具兩側(cè)各布置1臺(tái)型號(hào)為SJ-F5500的風(fēng)扇型靜電消除器(移動(dòng)架式)，如圖5所示。

圖5風(fēng)扇型靜電消除器

結(jié)語(yǔ)

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(dòng)汽車核心零部件在總裝工藝裝配時(shí)需要增加防靜電的特殊工藝，因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)操作人員在裝配過(guò)程中會(huì)因摩擦以及各種能量，如動(dòng)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(dòng)汽車核心零部件在裝配過(guò)程中電路損壞及對(duì)人體造成傷害。

電動(dòng)汽車工藝結(jié)構(gòu)在沖壓、焊裝、涂裝工藝方面無(wú)差異，而總裝工藝方面只是在核心部件裝配時(shí)需要增加防靜電措施。以上對(duì)于防靜電方案的分析及解決，無(wú)論是從靜電消除器前期選型識(shí)別、所需設(shè)備成本投入、減少制造過(guò)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(guò)我們不斷的努力，電動(dòng)汽車必將引領(lǐng)汽車行業(yè)走向一個(gè)更加廣闊的發(fā)展，為緩解能源消耗、提升國(guó)民產(chǎn)值等作出更大的貢獻(xiàn)。