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探秘上海通用动力电池系统工厂,我们亲手组装了 VELITE 6 电池包

摘要: 作为别克品牌“电动化”的重要落子,插电式混动车别克 VELITE 6 搭载了新一代模块化高性能三元锂离子电池组。

图源@别克

图片由 @别克 官方提供

作为别克品牌电动化的重要落子,今年年初,通用汽车发布了新插电式混动车别克 VELITE 6。

VELITE 6 发售之后就引起了关注,主要几个关注点集中在其使用的 PHEV 插电式电驱技术,搭载高性能三元锂电池组、EVT电控智能无极变速箱、和1.5L自然吸气发动机。此外,综合油耗1.4L/100km,综合续航里程达到了700km。

上汽通用动力电池系统发展中心及电池工厂,也差不多同时正式投运。该工厂产品线包括液冷和风冷电池组装配线,覆盖轻混、全混动、插电混动(含增程式)、纯电动等全系新能源车电池组,而VELITE6专用液冷动力电池包也在该工厂生产。

延续通用一贯的“高安全性、高可靠性、高耐久性”的原则,这一电池包根据 VELITE 6 定位和需求专门开发,采用了通用汽车新一代高度集成式模块化设计,集电池组模块设计、BMS电池管理系统、热管理系统(液冷)、电池封装技术等于一体。

那么,别克动力电池系统及动力电池包到底是怎样实现组装的?钛媒体得以走进上海通用的动力电池系统工厂,一探究竟。

在工厂中,整个电池包生产都在全自动化流水线拼装完成,由高精度机器人和专业的电气工程师安装,同时要经过三道电测试以及三道泄露测试通过后才能正式下线,拼装到整车上。

当然,钛媒体编辑体验“徒手组装”的过程(见上面视频),和标准生产流程差别很大。

该动力电池包由 104 个电芯组成,并带有智能控制“大脑”—电子元器件和继电器部件。其中,高效电池热管理系统和可靠的BMS电池管理系统是这个电池包的核心技术。

百余个电芯分为两组,每组52片。每两片电芯组成一个 mini 堆垛单元,并通过流水线焊接在一起形成一组模块。电芯与电芯之间由铝制冷却片隔开,冷却液通过注水口注入,填充冷却片上的“毛细管”,循环流动,控制整个电池包的热量,使整车工作温度范围宽达-30度至55摄氏度。两组模块由线束接入电压电流温度检测模块(VITM模块),也就是上述视频中的“黑匣子”——这一模块也就是整个动力电池包的“大脑”。

接来下会接入继电器;BMS系统能够通过传感器及软件对动力电池状态进行高精度估计,实现精准的均衡能力,实时高压能量与功率管理,以及智能充电。

第一步,电池模组拼装——全自动堆垛流水线


那么,104个电芯如何组成两组模具?答案是通过拼装成一个一个的mini堆垛单元后,再由超声波技术将mini堆垛单元焊接在一起,组成整个模组。

mini 堆垛单元则有液冷电池、冷却片、隔热泡棉、重复框架组成。
由右边液冷电芯、隔热泡膜及冷却片堆叠进重复框架即构成了左边一个mini堆垛单元,其安装顺序是先放入一个电芯,再放入隔热泡棉

由右边液冷电芯、隔热泡膜及冷却片堆叠进重复框架即构成了左边一个mini堆垛单元。

液冷电芯与风冷电芯在外形上略有不同,液冷电芯的一面外表附有凹槽——流道槽。在电芯表面及冷却片上设置流道槽能够让电芯与冷却片紧密贴合。也能让冷却液在槽中流动,控制温度。

值得一提,每一片液冷电芯上都会有对应二维码,整个安装生产过程能够全程溯源。

电池工人扫描零部件二维码即刻能获得电芯信息

电池工人扫描零部件二维码即刻能获得电芯信息

液冷电芯装配称mini堆垛单元的过程

液冷电芯装配称mini堆垛单元的过程

一个mini堆垛单元的安装顺序是:先放入一个电芯,流道槽面向下,再放入隔热泡棉,紧接着放入另一块电芯,将流道槽面向上,放入冷却片使之能够紧贴液冷电芯上的流道槽。

这样的安装顺序,能使得每个mini堆垛单位之间由铝制冷却片隔开。

冷却片厚度仅为0.2毫米,看上去薄薄一层,但功能十分强大。冷却液通过模组上的注水口注入,填充冷却片上的“毛细管”,循环流动。冷却液可以在流道槽内流动带走热量,也可以通过线圈加热冷却液,控制整个电池包的热量,使整车工作温度范围宽达-30度至55摄氏度。

这即是通用汽车动力电池先进的热管理系统。通用汽车热管理系统主要分为液冷、风冷两种。顾名思义,液冷即采用冷却液控制电池温度的方式。VELITE 6搭载的即为业界唯一的电芯级独立液冷系统。这一套系统能够使电池组散热循环精准分布到每个电芯,确保整片电芯温度控制在2℃以内,有效保证了电芯的一致性。

在真正工厂流水线上。整个堆垛过程为100%全自动流水线。并添加了多道检测步骤。

装配前的第一步就是针对电芯的检测。通过高精度机器人将电芯抓取到流水线,并进行第一道电检测以及第一道泄露检测。这一步的目的是检测每一片电芯是否合规。

在检测合格后,高精度机器人会按照上述顺序组成mini堆垛单元。并将多个mini堆垛单元堆叠成更大的电芯单元。
由mini堆垛单元构成的一组模块,里面包含52个电芯

由mini堆垛单元构成的一组模块,里面包含52个电芯(拍摄/钛媒体编辑 赵宇航)

对应工业流水线上,高精度机器人进行电芯堆叠

对应工业流水线上,高精度机器人进行电芯堆叠

芯片堆垛和电池模组装配过程中,机器人每一次上料、下料、搬运过程中精度都在0.1-0.2mm以内,极大提高产品装配效率、准确性及质量稳定性。

装配工序后,下一道步骤仍然是检测——即整个流水线过程中的第二道泄露测试;将对模组进行压力控制复查,保证整体质量的稳定性。该检测测试目的在于检验两大模组之间连接没有泄露问题。
电池组泄露测试

电池组泄露测试

第二步,焊接——超声波焊接流水线


接下来就是将极耳焊接至模组上,使两组模组组成的电池模组形成通路。
极耳

图示即为极耳(拍摄/钛媒体编辑 赵宇航)

超声波焊接

超声波焊接

超声波极焊接技术焊接极耳可以规避熔焊的缺陷,而且可以针对不同的材料采用不同的超声波焊接技术。在上汽大通的流水线上,高精度机器人在视觉系统引导下准确定位,自动操纵超声波焊接头,完成电芯正负极极耳焊接,并安装上汇流板,使电池模组形成通路。汇流板(ICB板)的作用类似导线,使得两组模具能够互联互通。当然,在焊接完成后依然有检测工序——三维扫描和电阻测量。最后在打进四组长螺丝钉和端板固定整个模组。

随后,在整个电池组互联互通后,将会对整个电池模组进行第二次电性测试——二级电测试。在本次电性测试中,主要会监测以下几个方面:第一是每一片电芯的电压值,第二是整个电池组的电压值,最后会对完整的电池组进行大量充放电模拟实验。以保证能够得到一个安全、稳定、高一致性的电池组。

第三步:人工装配电气部件,上盖


在整个稳定、高一致性的完整模组下线后。则进入到人工装配阶段。人工装配主要由电气工程师完成一些复杂电气部件安装,包括高压线束、低压线束、冷却水管、加热管及电压电流温度控制模块(VITM模块)、接触器总成(BDU)的安装。

下图中黑色的长方形匣子即整个动力电池包的“大脑”,在这个黑匣子中,有不少传感器、集成电路并搭载控制软件。电压、电流、温度信号通过线束传递至VITM模块进行数据收集和控制。黑色的两个粗管线即冷却水管,冷却液最后通过该管道从进水口进入电池组,从出水口中流出。

线束等电气部件安装示意图

线束等电气设备安装示意图

在整个安装完成后,则进入到第三道检测工序——第三级泄露测试及第三级电性测试,监测整个电池组的性能与安全。

在整个电池装配过程中,一共有三连测在三个层级上全线保障了整个VELITE6动力电池包生产质量。 

从上面的描述可以看出,整个流水线对电芯、模组、电池组三个级别,都进行了功能性、电性能和电气绝缘等安全检测和评估。

其中在三级电池组性能测试上,整个电池包需要通过高热灵敏度、-20℃至350℃超宽温度范围的红外热成像探测技术,实现非接触的全产品轮廓范围内的实施温度变化检测。同时这一检测还确保工人不会误入检测工位,一旦检测到人立即会发出警报,确保安全生产工。
整个电池包上盖后下线

整个电池包上盖后下线

最后一步即上盖,上盖采用高强度V0级SMC复合物材料。整个动力电池包就完成了。

同期,钛媒体编辑还参观了通用汽车在上海的动力电池系统实验室。上文中所描述的液冷电芯大部分性能测试就在这里完成。动力电池无疑是新能源汽车的灵魂部件,而通用汽车选择将动力电池实验室、并将量产车动力电池工厂放置在上海,可以见得通用汽车对中国市场的重视程度。数据显示,截至今年5月,通用汽车在华新能源车产品的累计纯电动行驶里程已超过7500万公里。

据记者了解,通用汽车“2016年至2020年间在中国市场推出10款新能源车”这一计划正在有序推进中,接下来,公司将进一步扩大产品布局,预计到2023年在华新能源车型总数将再翻一番。目前,通用汽车旗下已有3款新能源产品投放中国市场,包括凯迪拉克CT6插电式混合动力车、别克VELITE 5增程式混合动力车及宝骏E100纯电动车。别克VELITE 6插电式混合动力车及其姊妹车型VELITE 6纯电动车也正陆续上市。

通用汽车全球执行副总裁兼通用汽车中国公司总裁钱惠康(Matt Tsien)先生钛媒体等人表示:“中国对于实现‘零排放’的愿景至关重要。我们将继续拓展在中国市场的电动车产品布局,并在电气化解决方案、续航里程以及车身设计等方面为消费者提供丰富多样的选择。”

(本文首发钛媒体,作者/赵宇航)

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赵宇航
赵宇航

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