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别克转型新征程 探秘武汉奥特能工厂及 E5 三电技术解读
新出行原创 · 文章

2022 年 12 月 28 日,上汽通用武汉奥特能超级工厂正式竣工投产。与此同时,别克品牌首款奥特能平台车型——别克 Electra E5 试装车也于同日正式生产下线。

随着上汽通用在新能源领域的第二座奥特能本土化工厂、别克品牌首款奥特能平台落地成果,预示着上汽通用汽车电动化转型升级按下了“加速键”。

根据官方介绍,未来五年,上汽通用将推出 10 款以上奥特能平台车型,其中在 2023 年,就将有 4 款奥特能平台车型进入中国市场。而这座武汉奥特能超级工厂自然而然也成为了上汽通用在中国市场落地的“主力军”。

那么这座刚刚面世的上汽通用武汉奥特能超级工厂能够实现怎么样的产能效率?被冠以“超级工厂”之名,又能有多么厉害? 此次我们就走进车间,带大家来探秘探秘。

几乎看不到工人的超级工厂?

那么我们是先走进武汉奥特能超级工厂的电池车间,迎面而来的是一股让我感到诧异的气息,这个工厂车间怎么几乎看不到操作工人,也听不到巨大的设备运转声,取而代之的是大型机械臂旋转不停,以及按地面轨道行驶的 AGC 小车运输生产零件时所发出的滴滴声。 

随后现场的车间人员也是解释到,电池和电驱系统车间已经实现了全自动化生产,车间生产人员不到百人,即可达到电池 10 万、电驱 22.5 万台的年产能。  

那么我也是简单了解到,电池车间内的电池模组上线工位、电池模组拧紧工位、整包电测工艺、电池包涂胶工位以及电池包密封测试等等绝大部分工序都由智能机器人完成。

而其余的一些必要工序,比如模组之间的铜板安装、电池高压连接、电池冷却系统管路的泄漏测试等等,才需要少部分人工进行操作。

电池高压连接
电池冷却系统管路的泄漏测试

正式走进车间,首先看到电池模组上线工位线,多个电芯之间的组合是在自动运输线上依靠机械臂的抓取以及定位所完成,针对不同模组的需求进行装配。装配完成后,每一个模组也会转运到必要的性能监测点进行检测,途中也是全部由 AGV 小车进行运输。

电池模组组装
AGV 小车运输

而奥特能平台也是提供了三种电池包方案,分别使用 8 模组、10 模组以及 12 模组自由组合。在电池车间内也可以看到,为了满足奥特能平台上所要兼容的不同尺寸、不同续航里程、不同驱动形式以及不同性能的产品,在电池层面是拥有着相当高的柔性化工序。

通过横向排列的电芯,可按需进行布置模组的数量,模组还能够进行可替换、可升级的能力,不光是三元锂电池和磷酸铁锂电池的混装,包括今后的固态电池与非固态电池之间同样可以封装,可以小小期待一下。

同时,由于奥特能的电池包采用的是无线电池管理系统(wBMS),得益于无线通信技术,装配系统可以直接通过无线通信来检测电池性能,可有效避免插拔接头带来的零件损伤,装配的质量和整个产线的效率大幅提升。

电池模组预安装之后,就到了电池模组拧紧工位,奥特能超级工厂也是通过六轴全自动一次性拧紧的装配技术,保证了螺栓拧紧的质量以及工艺效率。螺栓拧紧的过程中同样是可以进行全过程的监控的,包括拧紧的扭矩和角度,并把整套的数据进行回传,保证能够溯源和可查询。

六轴全自动一次性拧紧的装配技术

之后再整包电性能测试的过程中,系统可模拟电池包在整车上真实的运行情况,在充放电过程中对温度、电流、电压数据进行采集和判断。准光是这一测试,就包含了 15 个测试步骤和 3000 条测点内容,比如电池包温度通过红外测温,整个电池包发热异常的电芯快速识别,降低热失控的风险等等。

进行一些列测试以及装配后,就来到了电池包涂胶车间,整个涂胶也是基于数字孪生技术的机器人自动完成。设备加工方案在设计初期,会针对轨迹、速度、出胶量等工艺参数进行数百次虚拟仿真,生产时将仿真运行后的最优程序输出到现场设备,并配合 3D 视觉手段进行多重质量保证, 全系统实现测量精度小于 0.1mm。

最终下线前还会采用机器人智能视觉技术进行产品下线智能质量检查。同时,结合工业大数据及视觉追溯技术,还可以通过对每个零件的生产全过程质量数据分析和精确追溯,确保产品零缺陷。

电池预电测工位
整包气密性检测

接下来,来到电驱车间机加工线,其整个产线也与电池车间一样,实现了从上料、加工、清洗、测试、检测到下线的全过程自动化生产,但相对操作工人的比例会比电池车间更多一些。

在上产线之前,电机壳体、转子、定子等等料件都是经过“质检员”以及自动化机器人共同完成检测,通过合格的产品才进入到产线进行装配。

那么根据现场车间人员介绍到,在电驱加工上是需要一个高精度的装配工艺,那么上汽通用在这方面也已经达到了微米级的加工水平。

在电机的定子和转子压装线上,采用行业首创的自适应浮动导向设计,开发灵敏浮动单元,结合伺服压机力感知技术,将电机装配精度控制在 50 微米以内,相当于一根头发丝的直径。

其次中汇区域上,也是可以看到 8 台柔性的压装单元,根据介绍,其可以实现 54 个零件的高柔性压装,覆盖了两个系类 22 款产品。

针对前/后驱不同造型的电驱单元,还能利用人工智能算法与虚拟仿真技术,通过数字化工艺开发,自动化工艺编排,全面化校核验证,实现工艺规划全过程智能化设计,提高整个生产效率。

差速器装配
定子转子装配

同时,电驱车间也是采用了严苛的最终性能测试标准,会模拟整车真实工况,结合数理统计、相关特性分析,进行智能诊断,对电驱整机进行包含密封、绝缘、功能 3 大类共 7 大项的性能测试才能完成下线。

最终性能测试标准

最终下线前还会采用机器人智能视觉技术进行产品下线智能质量检查。同时,结合工业大数据及视觉追溯技术,通过对每个零件的生产全过程质量数据分析和精确追溯,确保产品零缺陷。

机器人视觉识别

别克 Electra E5 三电技术解读

那么探访完部分的武汉奥特能超级工厂之后,我们也来看看作为别克首款奥特能平台产品——Electra E5 ,在三电技术上有什么过人之处吧。

1、奥特能电芯专属正极配方

首先在电芯方面,别克与大多数厂商统一与供应商采购不同,而是通过与供应商合作定制的方式来制定电芯材料(811 正极电芯材料)。

通过改进正极配方:定向掺杂稀土元素铆定游离氧,减少氧的释放量;以及搭建核壳结构:以及原位涂层包覆搭建核壳结构,减少正极发生负反应,降低氧的释放量,来提升电芯的热稳定性。

2、无线管理,时时云端协同

相较于传统的电池包通过大量的线束以及连接器连接控制调节,别克则采用了业内首创的可无线连接的电池管理系统,减少 90% 线束和大量连接器、接插件,降低传统线束老化带来的故障风险,提升系统运行的质量和寿命。

无线连接电池管理系统的底层架构也支持软件功能的更新,配合全新一代 VIP 智能电子架构,电池管理系统可像智能手机一样进行软件更新。

同时,这个无线技术也具有超强抗干扰能力,其自适应混合网络架构,当某一组模组出现通信丢失时,将通过临近模组代发,杜绝信号丢失;采用 3 种加密算法及密钥管理保护用户隐私,使车辆免受恶意攻。

利用这个对于无线技术,也对于电池的三大关键数据:电压、温度和压力进行 24 小时不间断的状态检测,检测频率可以达到 100 毫秒一次。一旦检测到电池热失控风险,主动唤醒电池管理模块,并在第一时间自动采取快速冷却,保障电池包安全 。

与此同时,也由于无线技术所带来的优势,带来了云端数据平台的失控预警系统。基于电池全生命周期数据,能够提前识别电池析锂、内短、鼓胀、漏液等热失控隐患,并按周提供电池健康异常预警,防患于未然。

此外,还能根据大数据进行 AI 迭代,通过 AI 融合多重机理特征构建电池健康评估模型,并经过海量数据训练,为用户提供定制化服务。

3、电池失控防护

在电池包的失控保护上,别克也是分别拥有模组级热失控防护以及整包级热失控防护。

首先在模组级热失控防护上也是采用了三个专利设计:

  • 纳米级气凝胶隔热墙: 使用航天级隔热材料气凝胶,有效降低电芯间热量传递 
  • 独立式模组液冷板:每个模组都配置了独立液冷板,比起业内常见电池包集中式液冷板设计,换热效果提高约 10% 。
  • 电芯模组上盖排气通道:能快速将电芯热失控产生的高温气体和物质排出,降低对周围电芯伤害

而整包级热失控防护同样采用了两个专利设计以及一个常规防护:

  • 整包泄压: 电池包内快速排气通道(专利设计) ,结合 后置大面积高通量防爆阀 ,可以迅速排出电芯热失控产生的高温气体,降低其对相邻电芯及模组伤害
  • 高压元器件防拉弧设计 :电池包内部的绝缘材料采用特种橡胶和特种塑料制成,高温下也不会软化变形。这种高温下陶瓷化的效果,可以让高压元器件有效保持绝缘,确保不会因为高温引发电弧造成次生灾害。
  • 上盖内置防火毯(专利设计): 电池包上盖内置防火毯,由高硅氧布、气凝胶和玻纤布叠放构成,减少电池包热失控时对座舱的危害,进一步保护乘客安全。

4、自研高效电驱系统

在电驱动系统方面,上汽通用也是通过全自研形式进行开发设计, 而在别克 Electra E5 上也是采用了最新的电驱动成果。

别克 Electra E5 的电驱系统采用了 8 合 1 高集成设计,体积和重量功率都实现了进一步提升。其次在电驱电机上也采用了许多新技术,比如扁线工艺,提升功率密度,热传导效率更高、定子喷淋冷却结合转子甩油,提升系统综合效率、自粘铁芯,提高电机效率等等。

根据此前工信部目录显示,别克 Electra E5 搭载了 180kW 的电驱系统,官方表示还将会提供双电机四驱版本车型,加强全地形的适应性。

5、双热源热管理系统

最后在热管理系统上,别克也是全新开发了一套 BEV HEAT 双热源热管理系统。

这套热管理系统以空气源热泵和水源热泵双热源为核心,综合利用空调、电池和电驱三大热系统来进行整车热管理,通过 8 路六通阀,实现多路串并联的融合式热管理,适用温度区间宽,效率高。

同时,可回收电池、电驱系统余热,可利用电池进行蓄热,制冷剂直接对空气换热,座舱可快速出热风或出冷风。

配合这套热管理系统的还有智能化热管理软件策略,能够通过车机端或手机端提前对车辆进行加热,座舱温度设定范围为 18-30℃ ,系统将通过 Pre-Condition 预处理功能将电池舱( RESS )保持在 25℃ ,使得启动车辆后电池立刻处于更佳的放电状态,为冬季低温和夏季高温用车带来更好的座舱舒适性。

编辑总结:

虽然别克在电气化进程上相较于新势力或者其他品牌都略晚一点,但是依靠上汽通用强大的资源以及平台,也逐渐后来居上。

随着 Ultium 奥特能超级工厂的不断投产,这也成为了上汽通用 700 亿计划中一个全新的起点,而推出全新的电动化平台以及车型,也看到了一个百年车企对于转型的态度。

未来,上汽通用不光是在产品上带来非常强大的竞争力,在用户共创、补能体系、直营模式用同样带来全新的变化。也期待接下来上汽通用能够为国内市场带来更多的好产品。

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