新能源汽车制造技术 课件 01-绪论

第一章概论2026.05SchoolofAutomotiveandTrafficEngineeringHeifeiUniversityofTechnology合肥工业大学

车辆工程专业课程_新能源汽车制造技术概论前言P2自1885年德国人卡尔.本茨发明了第一辆三轮汽车以来，汽车制造经历了单件小批量生产、大批量生产、精益生产等不同的生产阶段。新能源汽车经历了近两个世纪的发展过程，从最初的纯电动汽车发展到今天多种类型的新能源汽车，成为全球未来汽车发展方向的共识，其生产模式与制造技术也发生了较大变化。本章概要介绍新能源汽车产业结构特点、新能源汽车制造工艺类别、制造过程及生产组织。1概论P31.1新能源汽车产业结构的发展1.1.1节能与新能源汽车是汽车制造强国的必由之路1.1.2新能源汽车发展历程1.2新能源汽车制造的制造工艺类别1.2.1传统汽车制造工艺1.2.2新能源汽车制造工艺1.2.3新能源汽车先进制造技术发展1.3新能源汽车制造过程与生产组织1.3.1新能源汽车制造过程1.3.2新能源汽车生产组织1.4课程教学目标及教学内容1.1.1节能与新能源汽车是汽车制造强国的必由之路1.1新能源汽车产业结构的发展P4从制造强国看，汽车产业以其在国民经济中的重要地位和对经济增长的重要贡献被列为国家的战略性竞争产业。新能源汽车融汇新能源、新材料和互联网、大数据、人工智能等多种变革性技术，推动汽车从单纯交通工具向移动智能终端、储能单元和数字空间转变，带动能源、交通、信息通信基础设施改造升级，促进能源消费结构优化、交通体系和城市运行智能化水平提升，对建设清洁美丽世界、构建人类命运共同体具有重要意义。发展新能源汽车是我国从汽车大国迈向汽车强国的必由之路，是应对气候变化、推动绿色发展的战略举措。1.1.1节能与新能源汽车是汽车制造强国的必由之路1.1新能源汽车产业结构的发展P5新能源汽车按动力源的不同可分为纯电动汽车、混合动力汽车以及燃料电池汽车。纯电动汽车（BEV，BladeElectricalVehicle），能量主要依赖车载可充电蓄电池或其它能量储存装置并由电动机实现驱动，纯电动汽车的核心技术是动力电池、电池管理系统以及驱动电机，即三电技术。燃料电池汽车（FCEV，FuelCellElectricalVehicle），电动车的一种，其电池的能量是通过氢气和氧气的化学作用，而不是经过燃烧，直接变成电能的。燃料电池汽车以燃料的氢气与空气的氧气反应，以其产生的电力推动马达而得以行驶。氢燃料电池汽车作为目前主流的燃料电池汽车，其核心部件燃料电池发动机主要由燃料电池堆、空气/氢气供给系统、水热管理系统等构成。1.1.1节能与新能源汽车是汽车制造强国的必由之路1.1新能源汽车产业结构的发展P6混合动力汽车（HEV，HybridElectricalVehicle），指车辆驱动系统由两个或多个能同时运转的单个驱动系统联合组成的车辆。插电式混合动力汽车（PHEV，Plug-inHybridElectricalVehicle），其是HEV的一种，与一般的HEV相比，最大的区别就是PHEV可以利用电网给电池组充电，拥有较长的纯电动续航里程。PHEV可分为串联式、并联式和混联式。串联式并联式混联式1.1.2新能源汽车发展历程1.1新能源汽车产业结构的发展P7新能源汽车经历了近两个世纪的发展过程，从最初的纯电动汽车发展到今天多种类型的新能源汽车，主要经历了以下几个阶段：19世纪末—20世纪初：电动汽车的崛起、发展和停滞早在1835年，荷兰的SibrandusStratingh教授就设计了第一款小型电动车，但更具实用价值的电动车是由美国人托马斯·达文波特和苏格兰人罗伯特·戴维森在1842年研制的，他们首次使用的是不可充电电池。20世纪初，随着电池性能、容量等关键技术方面的不断进步，安东尼电气、贝克、底特律电气、爱迪生、Studebaker和其他公司相继推出电动汽车，电动汽车的销量全面超越汽油动力汽车。随着石油的大量开采和内燃机技术的不断提高，在1920年之后，与内燃机汽车相比，电动汽车逐渐地失去了其竞争优势。相应地，汽车市场也逐步被内燃机驱动的汽车所取代，电动车的发展从此开始停滞了大半个世纪。1.1.2新能源汽车发展历程1.1新能源汽车产业结构的发展P820世纪70年代左右：发展与停滞世界爆发石油危机，纯电动车再次受到重视，尤其是日本与美国。但好景不长，随着石油供求矛盾逐步缓解，以日本小型车为代表的节能环保车快速普及，电动车发展受到压制。20世纪末—21世纪初：电动汽车的复苏与突破20世纪末，随着全球石油资源的日益减少、环境问题的日趋严重，在节能环保车辆的需求越来越迫切的大环境下，人们重新认识到了电动汽车的重要性。各个主要的汽车生产商开始关注电动汽车的未来发展，并且开始不断投入资金和技术到电动车领域。新能源汽车的概念应运而生，在日趋激烈的竞争中，新能源汽车的类型不断丰富起来。电池技术仍未取得突破，制约纯电动汽车发展；但在混合动力汽车技术取得突破，成功走向市场。1.1.2新能源汽车发展历程1.1新能源汽车产业结构的发展P921世纪初至今：电动汽车的复苏及创新期成立于2003年特斯拉汽车公司(TeslaMotors)是一家以生产和销售电动汽车及零件成功的标杆公司。受其成功的影响和中国政府鼓励，以及市场需求驱动，中国也研发、销售与Tesla技术水平旗鼓相当的纯电动汽车。总之，随着电池、智能网联、大数据、云计算等技术发展，新能源汽车发展潜力巨大。未来：高能智慧体智能车下一代的新能源汽车将打造高能智慧体智能车，智能时代科技变革趋势：智能驾驶技术将极大程度地解放了驾驶者，让用户对智能座舱的体验，有了更多的想象与期待。1.1.2新能源汽车发展历程1.1新能源汽车产业结构的发展P10汽车产业肩负改善交通、保护环境、节约能源等的重要责任，中国汽车产业发展节能与新能源汽车，实现低碳化、电动化、智能化发展刻不容缓。在政策和市场的双重作用下，新能源汽车持续快速增长，2023年，新能源汽车产销分别完成958.7万辆和949.5万辆，分别同比增长35.8%和37.9%，市场占有率达到31.6%，连续9年位居全球第一。2013-2023年新能源汽车销量及增长率（数据来源：中国汽车工业协会）1.2新能源汽车制造的制造工艺类别P11随着数字化、网络化和智能化技术的迅速发展，新能源汽车制造业正迎来数字化转型的关键阶段。与传统汽车制造的机械加工工艺相比，新能源汽车的研发和生产涉及多个领域的复杂工艺，尤其是在电池、电机、电控系统以及轻量化设计等方面。这些新兴技术不仅对生产效率提出了更高要求，也对质量管理和工艺优化提出了更为严苛的挑战。因此，如何有效提升制造工艺，满足新能源汽车在技术和性能上的多重需求，已成为当前汽车制造行业亟待解决的核心问题。1.2.1传统汽车制造工艺1.2新能源汽车制造的制造工艺类别P12常见的机械加工方法：铸造。将熔化金属浇入铸型，待其冷却凝固后得到所需形状和尺寸的零件。用铸造方法可制造出复杂形状的工件，但尺寸不准确。锻造。将金属坯料用锤或压力机加压，使之变形，以获得所需形状和尺寸的锻件。粉末冶金。将粉末压缩成所需形状，加热到低于熔点的高温状态，再将粉末烧结成固体的方法。钣金加工。将板料进行切割、弯曲、拉深成形的方法。焊接。使板料实现永久连接的方法。使用焊接可将板料连接成各种各样的形状，应用非常广泛。1.2.1传统汽车制造工艺1.2新能源汽车制造的制造工艺类别P13常见的机械加工方法切削与磨削。用切削刀具或用砂轮在各种机床上进行加工。这种加工方法加工出来的零件表面粗糙度值小、尺寸精度高。特种加工。用于对硬度高、难切削材料进行加工的特殊方法。如电火花加工、激光加工、电解加工、等离子弧加工等。热处理。将金属材料加热、保温后冷却，由于其加热温度与冷却速度不同，能赋予金属材料特殊的性能。机械制造中常利用淬火、退火、正火、回火来改善零件的力学性能。1.2.1传统汽车制造工艺1.2新能源汽车制造的制造工艺类别P14传统汽车制造工艺流程在传统汽车制造过程中，四大主要工艺（冲压、焊接、涂装和总装）构成了整个汽车生产的核心流程。随着汽车工业的发展，这些工艺不断优化和更新，推动了汽车制造的自动化、精密化和高效化。1.冲压工艺冲压工艺是汽车制造过程中最早进行的步骤，主要通过金属板材的冲压加工，制造出车身的基本结构部件。采用如拉深、弯曲、切割等冲压技术，能够将金属板料精确成形。这一过程使用的设备包括大型冲床和模具，能够在较短的时间内大量生产车身的零部件，如车门、车顶、侧围等。2.焊接工艺焊接是将通过冲压工艺制作的车身零部件进行永久性连接的过程。通过点焊、激光焊接、弧焊等方式，将不同的零件固定成车身框架。在传统汽车制造中，点焊是最常用的焊接方法，它通过电流加热金属材料的接触面，使其熔化并连接。1.2.1传统汽车制造工艺1.2新能源汽车制造的制造工艺类别P15传统汽车制造工艺流程3.涂装工艺涂装是汽车制造过程中提升外观、增强耐用性和抗腐蚀能力的重要步骤。涂装工艺包括车身底漆、面漆以及清漆的喷涂。在这一过程中，车身会经过预处理、磷化、涂料喷涂和烘干等环节，最终形成光滑且耐用的涂层。4.总装工艺总装是汽车制造的最后一个环节，将各个零部件进行最终的组装，完成整车的组建。这一过程中，包括发动机、底盘、内饰、车轮、座椅、电子系统等各个组件的安装，最后进行整车检查和测试。1.2.2新能源汽车制造工艺1.2新能源汽车制造的制造工艺类别P16新能源汽车的制造一方面与传统汽车的制造在制造工艺和装备上有传承关系，另一方面由于新能源汽车采用了新的动力来源和驱动系统以及相应的控制系统，在制造上又与传统汽车在生产工艺设备上存在很大差异。其中变化最大的是在汽车动力总成的制造上，如电池系统和电动机系统的制造及其工艺与装备。实体工厂/车间装备向数字化、网络化、智能化方向发展，装备将大量采用传感器、无线电射频识别、智能网关等智能化技术，形成智能装备，实现装备的自感知、自学习、自决策、自执行和自适应。同时，智能装备将与系统无缝集成，实时交互信息，并且基于数据分析进行装备运行优化，实现自适应加工、装配、人机协同及物流供应精准化。1.2.2新能源汽车制造工艺1.2新能源汽车制造的制造工艺类别P17新能源汽车的制造一方面与传统汽车的制造在制造工艺和装备上有传承关系，另一方面由于新能源汽车采用了新的动力来源和驱动系统以及相应的控制系统，在制造上又与传统汽车在生产工艺设备上存在很大差异。其中变化最大的是在汽车动力总成的制造上，如电池系统和电动机系统的制造及其工艺与装备。实体工厂/车间装备向数字化、网络化、智能化方向发展，装备将大量采用传感器、无线电射频识别、智能网关等智能化技术，形成智能装备，实现装备的自感知、自学习、自决策、自执行和自适应。同时，智能装备将与系统无缝集成，实时交互信息，并且基于数据分析进行装备运行优化，实现自适应加工、装配、人机协同及物流供应精准化。1.2.3新能源汽车先进制造技术发展1.2新能源汽车制造的制造工艺类别P18伴随信息技术、网络通信技术、数字化技术、人工智能技术的发展，通过相关技术的带动与支撑，世界制造业由手工操作模式逐步向机械化制造、自动化制造、智能化制造模式转变。世界制造模式发展进程1.2.3新能源汽车先进制造技术发展1.2新能源汽车制造的制造工艺类别P19汽车制造是制造业的重要组成部分，汽车制造技术紧跟世界制造业发展潮流而发展进步。伴随世界四次工业革命，世界汽车制造业由小批量手工作坊式生产逐步向大批量流水线生产、柔性化、自动化、数字化精益制造、智能化绿色制造模式转变。世界汽车制造发展阶段由起步阶段的单一品种小批量半机械化生产，逐步发展为大批量流水线生产、多品种柔性化自动化生产、信息化精益制造，汽车制造业正逐步向智能化大规模定制方向发展。1.2.3新能源汽车先进制造技术发展1.2新能源汽车制造的制造工艺类别P20汽车制造技术紧跟世界制造技术发展步伐，目前，通过人工智能等相关技术的发展，汽车制造单元实现可自由重构，汽车制造向生态制造、个性化定制方向发展。节能与新能源汽车智能制造技术应用示意图1.3.1新能源汽车制造过程1.3新能源汽车制造过程与生产组织P21新能源汽车的生产过程是指将原材料转变为汽车产品的全部过程。汽车的生产过程包括毛坯制造、机械加工、热处理、装配过程及试验等。新能源汽车的生产过程1.3.1新能源汽车制造过程1.3新能源汽车制造过程与生产组织P22工艺过程是指新能源汽车生产过程中，改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质等使其成为成品或半成品的过程。工艺过程包括毛坯制造工艺过程、热处理工艺过程、零件的机械加工工艺过程、部件或汽车的装配工艺过程，以工艺文件的形式确定下来的工艺过程称为工艺规程。由原材料经浇铸、锻造、冲压或焊接而成为铸件、锻件、冲压件或焊接件的过程，分别称为铸造、锻造、冲压或焊接工艺过程。将铸、锻的毛坯或钢材经过各种机械加工方法，改变它们的形状、尺寸、表面质量，使其成为合格零件的过程，称为机械加工工艺过程。在热处理车间，对汽车零件的半成品通过各种热处理方法，改变它们的材料性质的过程，称为热处理工艺过程。最后，将合格的汽车零件和外购件、标准件装配成组件、部件和汽车的过程，则称为装配工艺过程。1.3.1新能源汽车制造过程1.3新能源汽车制造过程与生产组织P23工艺过程的组成1.工序。一个或一组工人在一个工作地对一个或同时对几个相同的工件所连续完成的那一部分工艺过程称为工序。2.安装。在某一工序中，有时需要对零件进行多次装夹加工，工件经一次装夹后所完成的那一部分工序称为安装。3.工位。为了完成一定的工序内容，一次装夹后，工件与夹具或设备的可动部分一起相对刀具或设备的固定部分所占据的每一个位置称为工位。4.工步。工步是指零件被加工表面不变、加工所使用的刀具不变、切削用量不变时所连续完成的那部分工艺过程。1.3.1新能源汽车制造过程1.3新能源汽车制造过程与生产组织P24基准的概念1.设计基准。零件图上标注设计尺寸及要求所采用的基准。2.工艺基准。零件在工艺过程中所采用的基准。按照作用不同，工艺基准又可分为以下几种：（1）工序基准。工序卡的工序图上，用来确定本工序加工表面加工后的尺寸、位置所采用的基准。（2）定位基准。加工时，用以确定工件在机床上或夹具中占有正确位置的基准。（3）测量基准。在测量时所采用的基准。（4）装配基准。在机器装配时，用来确定零件或部件在产品中的相对位置所采用的基准。1.3.2新能源汽车生产组织1.3新能源汽车制造过程与生产组织P25

1.3.2新能源汽车生产组织1.3新能源汽车制造过程与生产组织P26汽车产品的销售与工厂的生产能力，决定了工厂的生产纲领，生产纲领的制定，决定了产品的生产类型，即生产规模。汽车生产有单件生产、批量生产和大量生产等类型。新能源汽车生产选用生产类型与生产方式的准则仍然是：质量、成本、生产率。但随着生产技术的发展，人们消费水平的提高，消费的个性化以及汽车制造竞争日趋激烈，使传统的大批量生产类型正逐步被多品种小批量生产模式所取代。质量、成本、生产率这一传统准则的内涵也被赋予了新的含义，从而在新能源汽车制造领域内，提出了新的T（交货时间）、Q（质量）、C（成本）、S（服务）准则。1.3.2新能源汽车生产组织1.3新能源汽车制造过程与生产组织P27汽车生产制造能力的提升路径1.3.2新能源汽车生产组织1.3新能源汽车制造过程与生产组织P28传统的汽车制造工艺需要经过冲压环节先生产出众多零部件，再通过焊接将这些零部件组合到一起，最后再进行涂装。而新能源汽车一体化压铸能够“取代”传统的冲压、焊接环节，一次性做出大型的零部件。具体来说，特斯拉在ModelY上使用一体化压铸后，车身后底板零部件一下从70个削减到2个，本来用于后车身装配生产线简化为一个压铸机，带来生产工艺流程大幅简化。特斯拉ModelY后底板的一体化压铸工艺（来源：特斯拉）1.3.2新能源汽车生产组织1.3新能源汽车制造过程与生产组织P29新能源汽车的制造流程包括工艺流、信息流、材料和零件流、工人及其作业流、工程活动流。1.工艺流工艺流是可见的，故经常被用于车辆制造工艺分析中。车辆装配制造工艺流程的路线是固定的，制造工艺、工位转换等都有实体可以展示，有助于帮助人们更好地理解汽车制造运营。2.信息流制造系统中的信息可以分为三类：控制、指令、信息。第一类是控制信息，是车辆制造的大脑和制造流程的指挥中心，其作用包括可以使零件移动、机器人作业和设备关机等。第二类是指令信息，可以为生产作业提供指导，如生产计划等。第三类是实时信息数据，包括生产状态监测和质量预警。运营管理者和工程技术人员依据上述信息进行决策。1.3.2新能源汽车生产组织1.3新能源汽车制造过程与生产组织P303.材料和零件流在生产车间内，材料和零件的传输及交付过程较为复杂。物料的接收、搬运及相关管理统称为入厂物流，用