混合动力汽车总装工艺与生产线规划研究

黄逸稳 廖肇镪 许宝强 陈 平

（1.广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院，广州 511434；2.比亚迪丰田电动车科技有限公司，深圳 518100）

混合动力汽车（以下简称混动汽车）通常指同时使用燃料发动机和动力电池作为动力来源的汽车。发动机的燃料一般为汽油或柴油，但也存在使用压缩天然气、液化石油气或液态氢作为替代燃料的情况。根据能否外接电网给动力电池充电，混动汽车可分为插电式混动汽车（Plug-in Hybrid Electric Vehicle，PHEV）和非插电混动汽车（Hybrid Electric Vehicle，HEV）。由于排放法规越来越严苛、汽油价格持续上涨以及国家政策的引导等，近年来我国新能源汽车发展突飞猛进，产销量快速增长，成为汽车工业发展的一大亮点。

1 混动汽车的发展现状

中国汽车工业协会数据显示，2016—2023 年我国混动汽车产量整体呈上升趋势，如图1 所示。2020 年以前，我国混动市场以日系的HEV 为主，2021 年以后PHEV 逐渐被大众接受。随着以比亚迪为代表的自主品牌强势崛起，2022 年混动汽车的产量是2021 年的3 倍以上。

注：2023 年为第1 ～3 季度数据。图1 2016—2023 年我国混动汽车产量

混动汽车之所以在我国快速发展，不仅得益于政策的引导，更是因为它具有许多优点。近年来，由于整车成本大幅下降，再加上其出色的燃油经济性、行驶平顺性、静谧性以及油门响应速度带来良好的客户体验，混动汽车越来越受到大众的欢迎。

2 混动汽车的结构类型

混动汽车研发的根本出发点在于提升燃油经济性，发展更环保的汽车。混动汽车配备燃油驱动系统、电动驱动系统、能量回收系统，可以通过行车计算机实现极其复杂的控制逻辑，让发动机长时间在最高效的工况下运行，以提升燃油经济性[1]。根据动力传动和车辆驱动形式，可以将混动汽车的结构可以分为串联式、并联式和混联式3 种[2]。

2.1 串联式

串联式混动汽车依靠电机驱动车辆，发动机不直接驱动车辆行驶，其动力传递路径为发动机→发电机→动力电池→驱动电机→减速器→车轮。该类型动力传递路径单一，结构简单，成本优势明显。

2.2 并联式

并联式混动汽车的动力传递路径有2 条：一是发动机→变速器→车轮；二是发动机→发电机→动力电池→驱动电机→车轮。这2 条路径可以单独或同时驱动车辆行驶。并联式混动汽车以发动机为主、电机为辅的方式驱动车辆行驶。

2.3 混联式

混联式混动汽车的发动机和电机可同时驱动车辆，也可根据需要独立驱动车辆行驶，或实现反向充电以实现能量回收。与并联式相比，混联式的结构和控制逻辑更复杂，因此更加智能、高效。目前，混联式技术已经很成熟，是主流的技术路线，采用该技术的典型代表是丰田混动系统（Toyota Hybrid System，THS）。

3 混动汽车总装工艺

从结构上来分析，混动汽车和常规燃油汽车的总装工艺差异主要表现在高压系统和温控系统。高压系统包括高压电流经的部件，如电机、电控系统、电池、充电机及高压线束等。温控系统指使用冷却液进行温度调控，实现对电池、电控系统、充电机等进行冷却或加热的控制系统，包括膨胀壶、水泵、散热器、加热器、热交换器等。

3.1 混动汽车主要模块

汽车整车总装是一个极其复杂的过程，整车工艺设计需要对各系统零件进行拆分、重组，形成工艺模块，以匹配装配顺序、作业人机工程、生产设备、场地面积等因素的要求，下面是几个典型的工艺模块。

3.1.1 动总-前悬模块

动力总成模块不仅包括发动机、机电耦合变速器、电机控制器，还包含线束、燃油管、冷却管路等外围附件，装配在专用的分装线上。动力总成模块与前悬模块合并后形成动总-前悬模块，安装在车身上。

3.1.2 动力电池模块

动力电池模块包括动力电池以及按需安装的线束、盖板、手动维护开关（Manual Service Disconnect，MSD）、隔热罩等。由于动力电池尺寸、质量较大，需要使用专用的物流区、输送线。动力电池合车可选择随底盘模块整体合车，或设立独立的合车工位、举升设备。这2 种形式的工艺路线、工艺设备存在很大差异。

3.1.3 温控系统及管线模块

混动汽车的温控系统是热交换系统，作用是使相关零部件在所有工况下都保持正常的工作状态。温控系统的结构极其复杂，主要部件包括膨胀壶、散热器、加热器、水泵、热交换器以及连接这些主要部件的管路。为使温控系统正常运行，需要配备相应的传感器及控制计算机。

3.2 典型总装工艺分析

3.2.1 底盘合车及动力电池安装

底盘合车是整车装配流程中最关键的工序。合车前，要将所需的底盘零件组装在一起形成底盘模块，并通过工装夹具把相关零件定位、夹紧到所需状态，使用底盘合车工位将底盘模块向上举升或将车身下降，完成底盘和车身的对接。常见的底盘与车身的连接方式为底盘举升，然后与车身连接[3]。

底盘模块通常由动总-前悬模块、后悬模块、动力电池模块、燃油箱模块及排气系统等组成。根据底盘模块的集成度不同，可以将底盘合车工艺分为3 种。

第一，低集成模式，独立合车。动总-前悬模块、后悬模块、燃油箱模块、动力电池模块分别单独合车。这种形式各模块相对独立，生产线柔性高，对不同车型兼容性好，产线改造容易。

第二，中集成模式。动总-前悬模块与后悬模块、排气管、后传动轴集成合车，燃油箱模块、动力电池模块分别单独合车。目前，汽车行业正处转型阶段，传统燃油汽车与混动汽车共线生产的情况非常普遍，混动汽车的加入需要对生产线做较大的改造。采用中集成模式既有效减少了合车工位，又将混动动力电池独立，生产线较灵活，降低了改造难度和改造成本，对生产线的改造有极大的参考价值。

第三，高集成模式，整体合车。动总-前悬模块、后悬模块、排气管、后传动轴、燃油箱模块以及动力电池模块集成合车，部分车企还集成了前端散热模块。这种形式最大的优点在于合车工位少、效率高、产线面积较小。但是，其缺点也比较突出，如柔性低、设备复杂、维护成本高、产线扩展困难等。

3.2.2 温控系统安装工艺

温控系统管线极为复杂，装配难度大。据统计温控系统80%～90%的管路布置在发动机舱内，而发动机舱空间小、设计紧凑，是总装工艺问题的高发区。总装工艺问题主要包括装配空间不足、装配人机不良、拧紧设备无法使用和售后维修困难等。

为避免温控系统出现装配问题，工艺工程师需要参与设计早期阶段，充分识别风险，并及时提出解决方案，如合理分段、预留合理的手部空间、使用快插接头等。在生产阶段设计合理的工艺模块，使各模块在线边分装，以减少主线工位，同时达到降低生产线成本的目的。

3.2.3 整车检测及油液加注工艺

整车检测需要在传统车型检测的基础上增加混动系统专项检测，包括动力电池上线前绝缘检测、整车装配后的充电座绝缘检测、针对混动系统的初始化等。由于混动汽车温控系统比较复杂，需增加相应的冷却-加热回路，通常比常规燃油汽车多出1 ～3 道加注工序，如机电耦合变速器冷却液、电机控制器冷却液、动力电池冷却液等的加注。其中，冷却液加注采用真空加注方式，需配备相应的加注设备。

3.2.4 涉高压电岗位及防护措施

总装线上安装与高压电有关零件的岗位称为涉高压电岗位。涉电岗位为关键工序岗位，该工序的操作者应做到3 点要求：第一，需经过相关的操作规范培训，持证上岗；第二，按需穿戴好劳保用品，使用绝缘工具，如绝缘手套、绝缘鞋等；第三，严格按照操作规程作业。

下线车辆检修如涉及高压电零件，则必须确保车辆处于断开状态，确认组合仪表熄屏后，断开蓄电池负极、动力电池高压线束，等待一定时间后方能进行操作（具体流程和参数因车而异）。

4 混动汽车生产线规划案例分析

当混动汽车在原有燃油车生产线上投产时，如何改造生产线成为总装工艺的关键课题。基于前文对混动汽车结构差异、产品特点、工艺特点的分析，提供一个典型的产线布局案例，为生产线建设和改造提供借鉴。此方案主线由内饰线、底盘线、外装线、检查线等构成，相应线体输送形式包括滑板线、吊装线和板链[4]，具体如表1 所示。

表1 总装线体形式及输送形式

该混动汽车生产线是在原有常规动力汽车生产线上改造而成的。由于原底盘输送链无法承载安装动力电池后的质量，在外装1 线之后将主线延长，扩展了电池合车线，采用举升电池的方式完整合装（同底盘吊装线），从而解决了底盘线载荷问题和底盘线扩展困难的问题[5]。混线生产生产线改造布局如图2 所示。

图2 混线生产生产线改造布局

5 结语

随着碳中和政策的逐步推进，燃油车向混动车转变已成为一个大趋势。关键动力方式的变革导致制造工艺的变更，而对于在燃油车时期建立起来的生产线来说，大的变革必然导致大的投入，影响极其深远。文章分析混动汽车的主要模块及总装工艺，阐述了混动汽车生产线的规划案例，以期为相关人员提供借鉴，并在此基础上研究出更符合未来新能源车型设计需求的工艺解决方案。