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东风汽车 | 某电动汽车动力电池合装错孔问题分析与改善
2020-04-09 22:43:04· 来源：电动学堂
作者单位：东风汽车公司技术中心引言目前，国内外电动汽车发展，从动力技术上来说主要分为三种类型：纯电动汽车、燃料电池汽车和棍合动力汽车。纯电动汽车完全由
作者单位：东风汽车公司技术中心
引言
目前，国内外电动汽车发展，从动力技术上来说主要分为三种类型：纯电动汽车、燃料电池汽车和棍合动力汽车。纯电动汽车完全由蓄电池提供动力；燃料电池汽车以燃料电池作为动力源，利用燃料和氧化剂在催化剂作用下直接经电化学反应产生电能；混合动力汽车则采用内燃机和电机两种动力，将内燃机与储能器件通过先进控制系统相结合。某主机厂新型纯电动汽车首次搭载自主电驱动模块，电池电量为49.1kW·h，续驶里程35lkm，且首次与A、B、C等多平台8车型混流生产装配，正常生产的工艺节拍为109s(33JPH）。动力电池作为电动车关键总成，总质量约为360kg，固定点12个，分别与车身及动力电池后者支架连接，螺栓力矩为100N•m。该车型在上线初期，动力电池合装过程中问题众多，停线频繁，对工厂正常的泪流生产造成了严重影响。在总装装配过程中，动力电池合装到车身上时涉及零件多，尺寸链复杂，尺寸精度控制要求高、难度大，通过对车间节拍和停线原因进行分析，发现动力电池合装工位节拍为152s严重超出了正常节拍。在总装工艺设计中要求动力电池在底盘线进行合装，其合装节拍是否满足工艺要求直接关系着整个车型项目能否顺利实现量产。本文采用帕累托图及鱼刺图分析，找出了影响动力电池合装错孔的重要因素，通过对各要因进行一一对策，彻底解决了动力电池合装错孔现象，使得该车型动力电池合装时能够精确定位，降低了装配工时，圆满达到了该工位工艺节拍目标。
1项目研究内容
1.1问题现状
某车型在上线初期，在动力电池合装工位出现了多频次长时间停线，该工位工艺节拍为152s0经分析发现，动力电池在合装过程中不满足工艺节拍的关键因素是动力电池存在错孔，主要部位有两类：一是动力电池包与车身错孔，如图1所示；二是动力电池包与后安装支架错孔，如图2所示。
动力电池包与车身错孔动力电池与车身之间的定位方式采用圆孔＋长圆孔，车身上有定位销轴，动力电池上有定位孔。动力电池包与车身安装点有10个，分别位于前地板横梁、左右边纵梁处，动力电池包与后安装支架安装点有2个，后安装支架通过2个M10螺栓固定在车身上，如图3所示。
1.2问题分析
对车间节拍和停线原因进行分析，发现动力电池合装工位节拍为152s，严重超出了正常节拍109s(33JPH）。通过帕累托图分析停线日报，发现动力电池合装错孔是影响节拍的最重要因素，如图4所示。
通过鱼刺图对所有可能造成错孔的因素一一进行验证，发现4项要因，分别为动力电池包螺栓孔径容错不足、自车身合拼变形、动力电池后支架定位孔失效、后支架与车身尺寸放大到电池，如图5所示。
1.2.1电池包结构设计分析
1.电池框架调查
通过实际测量电池包外边框上下板同轴度偏差量为0～0.1mm，如图6所示，满足设计定义，该因素属于非要因。
2.电池包螺栓安装孔处外边框焊接搓板调查
电池包螺栓安装孔处上下两层铜板之间有支撑导套，确保动力电池紧固强度，如图7所示。若上下铜板孔与导套孔出现错孔，会降低电池包安装孔容错性。通过目视和触摸，发现外板安装孔与导套无错孔现象，此因素为非要因，可以不采取对策。
3.动力电池螺栓与电池包外尺寸链计算错孔风险
动力电池螺栓直径为M12mm，而电池包外框安装孔径为16mm，经零部件尺寸链计算单边应为3mm，高于设计定义2mm，错孔风险25%，容错能力差，为动力电池合装错孔的主要因素之一，需要增大孔径，如图8所示。
4.电池包安装孔位置尺寸调查
通过核查动力电池包质量检查报告，电池安装孔尺寸精度符合设计要求，如图9所示。
1.2.2车身结构设计解析
1）车身前、后地板尺寸精度调查
通过3D测量车身前、后地板尺寸，结果显示自车身测量结果正常，符合设计定义，可排除该因素影响，如图10所示。
2）运输过程分析
对比动力电池各阶段运输前和运输后，中部支撑无变形现象，因此可排除该因素影响。
3）车身合拼过程分析
车身焊接前和焊接后对比，变形严重，分析原因为焊接沿用夹具中部定位不足，如图11所示，该因素为动力电池合装错孔的主要因素之一。
1.2.3后安装支架结构设计解析
1）后安装支架尺寸
自然状态下，测量后安装支架零件3D坐标尺寸，结果正常，如图12所示。
2）后安装支架安装孔
后安装支架有4个安装孔，属于过定位，造成中间两个装配孔定位失效，如图13所示，该因素为动力电池合装错孔的主要因素之一。
3）定位孔安装面刚度分析
安装平面板厚2mm，由于零件结构定义平面尺寸会放大到电池，如图14所示。该因素为动力电池合装错孔的主要因素之一。
采用鱼刺图从人机料法环等多方面对动力电池合装错孔的所有可能因素进行分析发现电池包螺栓孔径容错不足、自车身合拼过程变形、后安装支架定位孔定位失效、后安装支架车身安装平面尺寸放大到电池，是造成动力电池合装错孔的主要因素。
2解决方案及实施效果
对影响动力电池合装错孔的所有零部件因素进行逐一分析，通过新增工装检具确保关键零部件总成来货质量，增加自车身夹具定位功能，调整动力电池后支架装配顺序等一系列措施，从零部件来货、检查、装配等环节管控动力电池合装错孔问题。
2.1动力电池包因素对策
1）对策一：安装孔直径由16mm增大至17mm。
2）对策二：冲压件补偿、保证安装孔位置精度。
3）对策三：定位孔双层板采用一大一小焊接，保证孔径。
2.2车身因素对策
地板运输过程中增加中部支撑，保证运输过程不变形。因动力电池布置需要，车身地板中间无横梁进行Y向固定，导致左右侧地板间缺乏足够的刚度。在地板运输过程中，容易造成地板变形，动力电池安装孔Y向尺寸超差。因此，在地板运输过程中增加中部支撑，保证Y向刚度，如图16所示。
2.3动力电池后支架因素对策
1）对动力电池安装支架的定位原理和定位方式进行分析，发现支架与车身横梁连接的两个中部吊耳支架意义不大，取消中部吊耳，优化作业空间。
2）优化动力电池后支架作业顺序。原顺序左右顺序为拧紧动力电池后支架与车身连接螺栓→拧紧动力电池与动力电池后支架连接螺栓。优化后作业顺序为预带动力电池后支架与车身连接螺栓→拧紧动力电池与动力电池后支架连接螺栓→拧紧动力电池后支架与车身连接螺栓，如图17所示，装配顺序由1234调整为3412。
2.4方案实施效果
分别对动力电池包、车身、动力电池后支架实施以上措施后，白车身电池安装点精度正常，电池包孔径及孔位检测正常，电池合装效果确认正常，如图18所示。结合装配工艺改进及定位结构优化方案，PT阶段同步实施后，有效解决了动力电池合装错孔问题，避免了因质量缺陷而停产的风险，确保新车SOP按节点顺利进行。
3结论
本文通过节拍统计法和帕累托图等质量分析方法，寻找影响动力电池合装节拍的最关键因素，采用鱼刺图从人机料法环等多方面对动力电池合装错孔的所有可能因素进行分析、验证，寻找要因并列出对策计划逐一落实改善，解决了某电动汽车大批量生产的瓶颈问题，同时动力电池设计、工艺、质量等同步得到提升，为后续电动车项目奠定基础。
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