TRUNG QUỐC – Sản xuất xe điện ở quy mô hàng triệu chiếc hàng năm yêu cầu khả năng duy trì độ chính xác xuyên suốt chuỗi chế tạo. Mỗi thân xe, bộ pin, động cơ, mạch điện, mối hàn và chi tiết lắp ghép đều cần đáp ứng yêu cầu kỹ thuật để chiếc xe hoàn thiện hoạt động như một thể thống nhất.
Trong bài viết này, Ban biên tập technologyMAG giới thiệu quy trình sản xuất xe điện của BYD dựa trên nội dung video từ kênh YouTube Fábricas e Fatos, từ khâu chuẩn bị nguyên liệu, chế tạo pin và động cơ đến sản xuất thân xe, lắp ráp và kiểm tra chất lượng trước khi xuất xưởng.
Để xem video đầy đủ trên YouTube, vui lòng nhấn vào đây.
Công ty BYD đã sản xuất hơn 17 triệu xe năng lượng mới. Đằng sau quy mô này là chuỗi công đoạn từ chuẩn bị nguyên liệu, chế tạo linh kiện, sản xuất pin và động cơ đến dập thân xe, hàn, sơn, lắp ráp và kiểm tra cuối cùng. Quy trình cụ thể có thể khác nhau giữa các mẫu xe và nhà máy, nhưng yêu cầu chung vẫn là kiểm soát kích thước, chất lượng và khả năng tương thích của hàng nghìn chi tiết. Quá trình sản xuất bắt đầu với thép cuộn, nhôm, đồng, polymer, thủy tinh, cao su và các vật liệu dùng trong mạch điện tử. Những nguyên liệu này được chuyển thành linh kiện có kích thước được kiểm soát chặt chẽ để có thể lắp khớp ở các công đoạn tiếp theo.
Chiến lược tích hợp dọc và kiểm soát linh kiện Trong mô hình sản xuất ô tô truyền thống, nhiều cụm quan trọng được nhà cung cấp chuyển đến ở trạng thái đã hoàn thiện. Công ty BYD khởi đầu trong lĩnh vực pin trước khi tham gia ngành ô tô và duy trì chiến lược tích hợp dọc trong những lĩnh vực then chốt của điện hóa. Công ty đã phát triển pin, động cơ điện và các bộ điều khiển điện tử, qua đó giữ một phần quan trọng của lõi công nghệ xe, bên trong hệ sinh thái riêng. Chiến lược này không đồng nghĩa với việc tự sản xuất mọi chi tiết. Chất lượng linh kiện ảnh hưởng trực tiếp đến hoạt động của dây chuyền và độ hoàn thiện của xe. Đầu nối phải chịu được dòng điện, bộ dây điện phải có chiều dài chính xác, chi tiết nhựa ra khỏi khuôn mà không biến dạng, còn chi tiết kim loại cần đáp ứng kích thước quy định. Một sai lệch nhỏ có thể gây khó khăn khi lắp ráp hoặc gây ra tiếng ồn, rò rỉ và lệch vị trí sau một thời gian sử dụng. Các yêu cầu này cần được duy trì trong điều kiện xe chịu sự rung lắc, mưa, nóng, lạnh, ổ gà, tác động khi phanh và nhiều năm vận hành.
Kiểm tra và truy xuất nguồn gốc Trước khi đi vào dây chuyền chính, nhiều linh kiện trải qua kiểm tra, đọc mã và theo dõi. Nhà máy cần xác định được lô sản xuất của một chi tiết quan trọng và chiếc xe sử dụng chi tiết đó. Thông tin truy xuất tạo cơ sở để điều tra khi phát hiện sai lệch. Nếu kiểm tra phát sinh vấn đề, nhà máy có thể truy ngược chuỗi sản xuất để xác định những chi tiết, lô hàng hoặc công đoạn cần kiểm tra. Song song với việc chuẩn bị linh kiện, các cuộn kim loại được đưa vào quá trình cắt và tạo hình thân xe. Hệ thống lưu trữ năng lượng cũng được chế tạo theo một quy trình riêng, với những yêu cầu kiểm soát đặc trưng của sản xuất pin. Bộ pin là một trong những bộ phận quan trọng nhất của xe điện. Pin Blade của công ty BYD được đặt tên theo hình dáng thuôn dài, giống lưỡi dao của các cell pin. Công ty từng mô tả cell pin Blade có chiều dài khoảng 96 cm, tức gần một mét cho mỗi cell pin.
(Hình minh họa từ YouTube)
Cấu tạo và sản xuất pin Blade Bộ pin là tập hợp các cell pin riêng lẻ được bố trí có tổ chức. Mỗi cell lưu trữ năng lượng, cung cấp dòng điện có kiểm soát và hoạt động cùng các cell khác mà không vượt quá giới hạn nhiệt độ và điện áp. Quá trình chế tạo gồm phủ vật liệu hoạt tính lên các lá kim loại mỏng, sau đó thực hiện các công đoạn phủ, ép, cắt và lắp ráp bên trong. Bụi và độ ẩm được kiểm soát nghiêm ngặt. Công ty BYD từng mô tả các dây chuyền sản xuất pin Blade sử dụng hệ thống kiểm soát độ ẩm, cảm biến độ chính xác cao và hàng trăm robot. Sau khi chế tạo, cell pin được đo thông số điện, kiểm tra cách điện và phân loại. Hình thức bên ngoài không đủ để xác nhận chất lượng; cell pin cần đáp ứng yêu cầu hoạt động bên trong trước khi được đưa vào cụm pin dùng trên xe. Pin Blade sử dụng hệ hóa học lithium sắt phosphate. Trong thử nghiệm đâm xuyên, một chiếc đinh được đưa xuyên qua cell pin nhằm chủ động gây đoản mạch bên trong. Theo các thử nghiệm do công ty BYD công bố, pin đã không bốc cháy.
Thử nghiệm an toàn và tích hợp bộ pin Trong một màn thử nghiệm phức tạp khác, xe tải 46 tấn chạy đè qua cụm pin mà không gây rò rỉ, phát khói hoặc biến dạng. Tuy nhiên, yêu cầu của sản xuất hàng loạt là duy trì cùng một tiêu chuẩn trên hàng nghìn cell pin. Các cell sau đó được lắp thành cụm cùng với kết cấu đỡ, kết nối điện, hệ thống giám sát và quản lý nhiệt. Ở một số mẫu xe, công nghệ cell-to-body (CTB) (*), đưa bộ pin trực tiếp vào kết cấu thân xe. Động cơ điện chuyển điện năng từ bộ pin thành chuyển động. So với động cơ đốt trong, động cơ điện có kích thước tương đối nhỏ gọn, không có piston chuyển động lên xuống hoặc các vụ nổ diễn ra hàng trăm lần mỗi giây. Dù vậy, stator, rotor, dây quấn, ổ trục, vỏ động cơ và cảm biến vẫn hoạt động với độ chính xác cao. Các bộ biến tần và bộ điều khiển điện tử quản lý dòng năng lượng giữa bộ pin và động cơ. Trên nền tảng e-Platform 3.0, công ty BYD kết hợp tám chức năng của hệ truyền động trong một cụm tích hợp, giúp giảm thể tích, dây cáp và số lượng kết nối. Bộ pin lớn phối hợp với động cơ nhỏ gọn để di chuyển toàn bộ xe. (*) Cell-to-body: là công nghệ tích hợp bộ pin vào kết cấu thân xe, trong đó bộ pin vừa lưu trữ năng lượng vừa tham gia chịu lực, thay vì chỉ được lắp như một cụm riêng bên dưới sàn. Trong thiết kế CTB của công ty BYD, phần nắp trên của bộ pin đồng thời đóng vai trò sàn khoang hành khách, giúp tăng độ cứng vững của xe và tận dụng không gian hiệu quả hơn.
Dập tạo hình các chi tiết thân xe Các tấm kim loại phẳng được đưa vào máy ép để tạo hình đường cong, đường gân, phần gia cường và các bề mặt của cửa, nóc, nắp ca-pô, hai bên thân xe và cụm gầm xe (gồm bộ pin, động cơ điện, hệ thống treo, phanh và các mô-đun khác tùy thiết kế). Mỗi chi tiết cần đáp ứng yêu cầu về dạng hình học và vị trí liên kết trong phạm vi dung sai quy định. Vì vậy quá trình dập vừa phụ thuộc vào lực tạo hình, vừa yêu cầu kiểm soát kích thước chính xác. Nếu bị kéo giãn quá mức, kim loại có thể bị rách. Nếu mức độ uốn chưa đạt yêu cầu, chi tiết có thể co một phần về hình dạng trước đó. Một biến dạng rất nhỏ cũng có thể thấy rõ sau khi sơn, khi ánh sáng phản chiếu trên bề mặt thân xe. Sau bước tạo hình, các chi tiết được đặt trong đồ gá định vị để liên kết thành thân xe. Robot phối hợp giữ, đưa các bộ phận vào vị trí và thực hiện hàn. Hai bên thân xe, dầm ngang, sàn và nóc được ghép theo trình tự, với vị trí xác định cho từng điểm hàn.
Hàn và liên kết các thành phần của thân xe Sự phối hợp giữa các trạm có ảnh hưởng đến nhịp độ của cả khu vực. Khi hàng chục thao tác diễn ra nối tiếp, chênh lệch vài giây tại một trạm có thể tác động đến toàn bộ chuỗi công việc. Robot hỗ trợ duy trì tính ổn định bằng cách lặp lại chuyển động qua các chu kỳ liên tiếp. Ngoài hàn điểm, dây chuyền có thể sử dụng keo kết cấu, vít, đinh tán hoặc các kỹ thuật liên kết khác, tùy theo vật liệu và khu vực trên xe. Cảm biến kiểm tra sự hiện diện của các chi tiết, hệ thống nhận diện thân xe đi vào từng trạm, các thiết bị xác nhận vị trí. Khi một bộ phận nằm sai chỗ, thao tác tiếp theo có thể bị chặn. Kết cấu thân xe và các điểm chuẩn được kiểm tra để bảo đảm dạng hình học phù hợp với cửa, kính chắn gió, hệ thống treo và những bộ phận khác. Phát hiện sai sót ở giai đoạn này ít tốn kém hơn so với phát hiện khi xe đã đến cuối dây chuyền. Thân xe thô sau đó được làm sạch và xử lý bề mặt trước khi phủ các lớp chống ăn mòn, vật liệu làm kín, sơn lót, sơn màu và lớp hoàn thiện theo quy trình của nhà máy.
Xử lý bề mặt và lắp ráp nội thất Robot hỗ trợ phun sơn đồng đều, còn thân xe đi qua các khu vực đóng rắn (curing) (*) và sấy khô. Lớp sơn vừa tạo bề mặt hoàn thiện, vừa bảo vệ kim loại. Ánh sáng phản chiếu giúp nhận diện những chỗ gợn, trong khi hoạt động kiểm tra tìm kiếm các lỗi khó quan sát trên tấm kim loại chưa sơn. Trong công đoạn lắp ráp cuối cùng, thân xe đã sơn được gắn thêm kính, vật liệu cách âm và cách nhiệt, dây điện, các tấm ốp, ghế ngồi, hệ thống chiếu sáng và hàng chục hệ thống phục vụ người sử dụng. Các cụm được lắp theo thứ tự xác định. Bộ dây điện chạy qua những khu vực khuất, vật liệu cách âm và cách nhiệt được đưa vào các khoang rỗng, tiếp đến là ống dẫn điều hòa, mô-đun điện tử, túi khí, bảng táp-lô, cụm điều khiển trung tâm, kính cửa và hệ thống chiếu sáng. Công nhân và hệ thống tự động hóa phối hợp trong cùng khu vực. Robot phù hợp với việc nâng các bộ phận nặng, bôi keo và lặp lại chuyển động. Con người đảm nhiệm hiệu quả công việc lắp các bộ phận mềm dẻo, kiểm tra độ hoàn thiện và xử lý lỗi. (*) Curing: là quá trình lớp sơn xảy ra phản ứng hóa học để tạo thành màng sơn cứng, bền và bám chắc vào bề mặt thân xe, thường nhờ gia nhiệt trong lò. Quá trình này khác với sấy khô, vốn chủ yếu làm bay hơi nước hoặc dung môi trong sơn.
Phối hợp giữa công nhân và tự động hóa Dụng cụ siết điện tử kiểm soát mô-men xoắn và có thể ghi lại việc mối ghép đã đạt yêu cầu hay chưa. Nhờ đó, ngay cả thao tác siết vít cũng tạo ra dữ liệu kiểm soát quá trình. Trong khi thân xe được lắp nội thất, một khu vực khác chuẩn bị cụm gầm xe. Bộ pin, động cơ điện, hệ thống treo, phanh và các mô-đun khác được bố trí theo kết cấu của mẫu xe. Công đoạn tiếp theo, thân xe được đưa từ phía trên, cụm gầm xe được đưa từ bên dưới. Thiết bị nâng và cơ cấu định tâm đưa hai kết cấu này lại gần nhau, sau đó các điểm ghép nối được căn chỉnh và siết chặt. Công đoạn này thể hiện nguyên lý sản xuất theo mô-đun: những cụm lớn được chuẩn bị song song và chỉ ghép nối khi cả hai đã sẵn sàng. Với xe có bộ pin tham gia trực tiếp vào kết cấu, mức độ quan trọng của bước tích hợp càng cao. Công nghệ CTB của công ty BYD liên kết bộ pin và thân xe chặt chẽ hơn về mặt kết cấu. Kiến trúc, trình tự và mức độ tích hợp có thể khác nhau giữa các mẫu xe, nhưng các cụm vẫn có kích thước chính xác và giao diện tương thích.
Hoàn thiện kết nối và thiết lập hệ thống Sau khi ghép các cụm chính, quá trình lắp ráp tiếp tục với kết nối điện cao áp, mạch quản lý nhiệt, bộ phận lái, bánh xe, ghế ngồi và các chi tiết hoàn thiện còn lại. Các bộ điều khiển bắt đầu trao đổi thông tin, cảm biến phản hồi và xe được thiết lập thông số. Hoàn thành lắp ráp chưa đủ để xác nhận xe hoạt động đúng. Đầu nối có thể đã được lắp nhưng chưa cố định chắc chắn, cảm biến có thể gửi số đo sai, còn vị trí bịt kín có thể trông hoàn hảo nhưng vẫn rò rỉ. Vì vậy, hệ thống chẩn đoán kiểm tra hoạt động của các hệ thống trên xe. Camera, cảm biến và công nhân đồng thời kiểm tra bộ phận, khe hở giữa các tấm thân xe, độ hoàn thiện và khả năng trao đổi thông tin điện tử. Một chiếc xe hiện đại có mạng lưới các mô-đun điều khiển bộ pin, động cơ, phanh, điều hòa không khí, chiếu sáng, cụm đồng hồ và hệ thống an toàn. Công cụ chẩn đoán giao tiếp với các bộ điều khiển để xác nhận kết nối, nhận diện mã lỗi và kiểm tra phản hồi của cảm biến. Đây là bước xác minh khả năng phối hợp của các hệ thống sau khi lắp ráp.
Kiểm tra điện tử và chức năng cơ học Các quy trình kiểm tra cơ học đánh giá độ căn chỉnh bánh xe, tính ổn định của phản hồi phanh và khả năng hoạt động của hệ thống lái trong phạm vi thông số quy định. Trên một số dây chuyền, con lăn mô phỏng chuyển động ngay trong nhà máy, cho phép kiểm tra chức năng truyền lực và phanh trước khi đưa xe ra đường. Các buồng thử phun nước lên thân xe để phát hiện vấn đề về độ kín. Gioăng cao su lắp sai hoặc mối ghép bị lỗi có thể khiến nước xâm nhập vào những khu vực không được phép. Việc phát hiện trong điều kiện kiểm soát giúp xử lý vấn đề trước khi xe đến tay khách hàng. Quá trình kiểm tra ngoại quan tiếp tục với việc quan sát lớp sơn dưới ánh sáng phù hợp, đo khe hở giữa các tấm thân xe và kiểm tra thao tác mở, đóng cửa. Đèn, kính cửa, màn hình, các bộ phận điều khiển và hệ thống điều hòa đều nằm trong danh sách kiểm tra. Những hạng mục khác có thể được bổ sung tùy theo nhà sản xuất và mẫu xe.
Kiểm tra an toàn điện cao áp và khắc phục lỗi Hệ thống điện cao áp phải được kiểm tra với yêu cầu an toàn riêng. Hệ thống quản lý pin phải trao đổi dữ liệu chính xác với các bộ điều khiển trên xe, khả năng cách điện phải đáp ứng yêu cầu và hệ thống quản lý điện tử phải nhận biết được các tình trạng bất thường. Khả năng vận hành của xe điện còn phụ thuộc vào các cơ chế bảo vệ kiểm soát thời điểm cho phép dòng điện cao áp chạy qua. Vì vậy, việc xác nhận hoạt động phải bao quát cả bộ pin, động cơ và các chức năng bảo vệ liên quan. Một lỗi nhỏ được phát hiện ở cuối dây chuyền có thể khiến xe phải quay lại quy trình để khắc phục. Dù làm gián đoạn quá trình hoàn thiện, bước xử lý này giúp ngăn lỗi đến tay khách hàng. Khi mọi bước kiểm tra hoàn tất, chiếc xe có thể tự di chuyển bằng động cơ điện của mình sau nhiều giờ được vận chuyển trên băng tải, nâng hạ và xử lý bởi robot. Toàn bộ quá trình đã biến cuộn kim loại, vật liệu hóa học, dây điện, đầu nối, nhựa và mạch điện riêng lẻ thành một sản phẩm hoàn chỉnh.
Hoàn tất sản xuất và đưa xe vào vận hành Cell pin được lắp thành bộ pin, linh kiện tạo thành động cơ và hệ thống điện tử công suất, và các tấm kim loại tạo thành thân xe. Kết cấu được liên kết, bảo vệ bằng sơn, bổ sung nội thất và ghép với cụm gầm xe trước khi trải qua kiểm tra chất lượng. Khách hàng nhìn thấy vô-lăng, ghế, màn hình và bàn đạp, trong khi nhiều yếu tố quyết định chất lượng nằm ngoài tầm quan sát: kiểm soát độ ẩm khi sản xuất pin, điểm hàn sau lớp ốp, mô-men siết được ghi lại và kiểm tra độ kín trước khi xuất xưởng. Tháng 11 năm 2022, công ty BYD kỷ niệm chiếc xe năng lượng mới thứ 3 triệu. Đến tháng 7 năm 2026, công ty đạt chiếc xe thứ 17 triệu, tương ứng khoảng 14 triệu xe được sản xuất thêm trong chưa đầy bốn năm. Mỗi chiếc xe hoàn thiện là kết quả của một chuỗi công đoạn phụ thuộc lẫn nhau, trong đó độ chính xác của từng bước góp phần quyết định chất lượng của toàn bộ sản phẩm.
Để xem các tin bài khác về “Xe điện”, hãy nhấn vào đây.
Nguồn: Fábricas e Fatos
