浅析电动汽车防静电技术在总装工艺中的应用

随着科技水平日新月异的发展，汽车已经成为我国国民经济的支柱，取得了举世瞩目的成就，并将成为今后一个时期乃至若干个时期内经济工作发展的主线。但随着国民经济水平的高速发展，汽车产量与销售量也出现了持续高速增长的现象。汽车保有量和产量的迅猛增加一方面使得经济实力不断攀升，就业压力得到有效缓解;同时环境污染和资源枯竭等弊端也日益凸显。所以在面临能源危机和环境保护的双重压力下，电动汽车的发展就必定成为汽车工业未来发展的趋势，电动汽车由此也进入了加速发展的时期。

电动汽车概述及核心零部件介绍

1.电动汽车概述

电动汽车(EV)是指以车载电源为动力，用电动机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规等各项要求的车辆。电动汽车工作原理如图1所示。

电动汽车主要分为三类：纯电动汽车(EV)、混合动力汽车(PHEV)和燃料电池汽车(FCEV)。

图1  电动汽车工作原理

2.电动汽车核心零部件介绍

(1 )电池 电动汽车的电池是为驱动电动机提供电能，电动机将电池的电能转化为机械能。电动汽车电池可以分为蓄电池和燃料电池两大类。蓄电池适用于纯电动汽车，而燃料电池专用于燃料电池电动汽车。电动汽车电池组由多个电池串联叠置组成。

(2)驱动电机 驱动电机的作用是将电池的电能转化为机械能，通过传动装置或直接驱动车轮和工作装置。目前正在应用或开发的电动汽车电机主要有直流有刷电机、感应电机、稀土永磁电机和开关磁阻电机四类电动机。

(3)逆变器 电动汽车逆变器是一种能够将直流电能(电池、蓄电瓶)转变成交流电(一般为220V、50Hz正弦或方波)的装置。通俗的讲，电动汽车逆变器就是一种将直流电(DC)转化为交流电(AC)的装置，它能够将低压(12V/24V/48V)直流电转变为220V交流电的电子设备。它由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成。

(4)电机控制器 电动车电机控制器由功率变换器、传感器组成。电机控制器应兼顾蓄电池及电机的实际使用情况，并且应充分考虑蓄电池、控制器和电机三者之间的关系，将它们作为一个综合的系统来反馈，从而得到更为理想的电机控制效果。

(5) HV-ECU HV-ECU是电动汽车电池组件的关键控制部分，调节电池电量。

3.电动汽车产品结构介绍

(1)冲压工艺结构 电动汽车与传统汽车在冲压工艺方面相同，其工艺流程均为胚料→清洗→拉延→修边→冲孔→整形→检查→入库。

(2)车身工艺结构 电动车型与传统车型在车身工艺方面相同，其工艺流程均为凸焊→机舱、前后地板焊接→左右侧围焊接→车身总拼→四门安装、调整→合格下线。

(3)涂装工艺结构 电动车型与传统车型在涂装工艺方面相同，其工艺流程为水洗→脱脂→磷化→电泳→烘干→涂抹密封胶→中涂→色漆→清漆→烘烤→检查→抛光→合格下线。

(4)总装工艺结构 电动车型与传统车型在总装工艺方面的差异点在于核心部件(电池、驱动桥、逆变器、HV-ECU和电机控制器)装配工艺不同，其区别主要在于电动车在核心零部件装配时需要增加防静电措施。

综上所述，四大工艺对电动汽车的影响只是在于总装核心零部件装配时需要增加防静电措施。

4. 电动汽车标杆对比

电动汽车标杆对比如表1所示，核心零部件装配静电消除特殊工艺对比如表2所示。通过对比，标杆公司的零部件在装配过程中静电可直接通过防静电钢板或防静电网导致大地。

表1 电动汽车标杆对比

随着科学技术的不断发展，为了视觉化效果及品位提升的需求，越来越多的汽车工厂线体材质多采用木地板及塑料滑板等非导体材质，其不具有导电性，这就使得电动汽车核心部件在装配过程中所产生的静电应需通过静电消除器的方式进行消除。

电动汽车特殊工艺—防静电方案

电动汽车核心零部件的工艺布置与传统汽车类似，均采用“先里后外”的布局方式进行工艺排布，如表3所示。

1. 静电产生的原因

静电是由于两个物体接触和剥离(分离)、摩擦、物体变形或附着离子时产生的。

2. 静电产生的原理

从原子的角度来看，物质都是由-极电子和+极质子结构组成的;通常情况下负极电子和正极的质子数量相同，在电子性质上属于中性，处于稳定状态。但当两个物体产生摩擦、剥离等接触时，其中一个物体的电子飞出，此时正极质子为10个，负极电子为9个，物体的带电平衡状态被打破，产生电势差，物体带正电。但如果另一方其它的物体处飞来了电子，此时正极质子为10个，负极电子为11个，物体的带电平衡状态被打破，产生电势差，物体带负电。

3.电动汽车防静电的目的

静电的产生是因人员操作产生摩擦以及各种能量，如动能、热能和化学能等形式的作用使原子的正负电不平衡而产生静电，造成电动车装配过程中核心部件及电路的损坏及对人体造成的伤害，须对静电的产生进行消除。

4.物体带电量标准

根据图2所示，3kV为人体所能接受静电的最大安全点，超过此点时，静电对人体有危害。

5.电动汽车防静电要求

电动汽车与传统汽车的装配工艺区别在于，电动车需要增加防静电措施。

6.电动汽车防静电方案对比

因目前越来越多的汽车工厂线体材质多采用木地板及塑料滑板等非导体材质，其不具有导电性，基于此我们要对静电采取以下措施进行预防。

(1)方案一：无绳静电手环

静电手环的工作原理是将手环下面的金属片与人体直接接触，使人体所带静电通过金属片传递到内置的1kΩ电阻来聚集，然后利用电晕放电的原理将其消耗掉。其优缺点如表4所示。

(2)方案二：有绳静电手环

有绳静电手环是通过腕带及接地线，将人体身上的静电排放至大地，故使用时腕带必需与皮肤接触，才能发挥功效。其优缺点如表5所示。

(3)方案三：静电消除器

静电消除器的工作原理是由高压电源产生器和放电极(一般为离子针)组成，通过尖端高压电晕放电把空气电离为大量正负离子，然后用风把大量正负离子吹到物体表面以中和静电，或者直接把静电消除器靠近物体的表面而中和静电。其优缺点如表6所示。

方案一和方案二中的无绳和有绳静电手环都只能消除人体静电，所以此方案不建议使用。方案三因静电消除器可以同时消除人体及物体所带静电，所以此方案建议选用。

7.防静电工艺布置

(1)静电消除器线体布置

如图3所示，线体上方建议布置4根(每根/间隔1m)型号为SJ-H180V/C的棒型静电消除器，将其安装在电动车核心零部件装配区域(如电池、驱动桥、逆变器、HV-ECU和电机控制器)，布置在车顶上方600mm处。

图3  棒型静电消除器线体上方布置

如图4所示，线体两侧建议左右各布置4根(每根/间隔1m)型号为SJ-H156V/C的棒型静电消除器，并将其安装在电动车核心零部件装配区域(如电池、驱动桥、逆变器和 HV-ECU)工位，布置在车体两侧1500mm处。

图4  棒型静电消除器线体两侧布置

(2)静电消除器物料存储区布置

物料存储区建议在每个工位器具两侧各布置1台型号为SJ-F5500的风扇型静电消除器(移动架式)，如图5所示。

图5风扇型静电消除器

结语

新能源汽车项目的研发及工艺装配又与传统汽车装配工艺存在很大的差异，其差异点主要在于电动汽车核心零部件在总装工艺装配时需要增加防静电的特殊工艺，因为现场操作人员在装配过程中会因摩擦以及各种能量，如动能、热能及化学能等形式的作用使原子的正负电不平衡而产生静电，造成电动汽车核心零部件在装配过程中电路损坏及对人体造成伤害。

电动汽车工艺结构在冲压、焊装、涂装工艺方面无差异，而总装工艺方面只是在核心部件装配时需要增加防静电措施。以上对于防静电方案的分析及解决，无论是从静电消除器前期选型识别、所需设备成本投入、减少制造过程风险和提高产品质量等方面都具有非常好的效果。所以，我们有理由相信，在今后的工作和实践中，通过我们不断的努力，电动汽车必将引领汽车行业走向一个更加广阔的发展，为缓解能源消耗、提升国民产值等作出更大的贡献。