电动出行注塑机 – 2025 年高压组件生产

电动出行注塑机简介

全球电动汽车市场迫使制造商重新设计整个注塑工位。注塑机用于电池组件、高压连接器和BMS外壳，必须结合最高精度、工艺洁净度和完整质量追溯路径。在百万级产量以及OEM对ISO 21434、Automotive SPICE或PPAP 4 m级别要求下，误差裕度极小。本文介绍如何设计一条结合电动和混合注塑机、智能模具以及MES追溯系统的生产线。

TEDESolutions与电动汽车制造商合作，启动高压连接器、电池模块和洁净敏感部件的自动化注塑工位。通过本指南，您将了解机器应具备哪些特性、电气安全的关键参数以及如何准备在线质量控制后端。

不断增长的要求还涉及可持续发展。车队所有者要求碳足迹声明，因此注塑机应提供能量回收和媒体管理系统集成。在实践中，这意味着使用带制动能量回收的伺服驱动、监测每个周期的CO₂排放并与ESG平台通信。没有这些数据，许多制造商无法获得欧盟和美国市场的认证。

另一个因素是缩短电动汽车项目上市时间（SOP）。工厂需要模块化单元，可在几周内转移到其他国家。因此，新一代注塑工位基于标准底架构建，自动化和注塑机准备好快速切换到其他规格。

什么是电动出行注塑机？

电动出行注塑机是针对高压连接器、绝缘子和电池模块等应用的技术材料（PBT、PA6/PA66、PPS、LCP）配置的注塑机。工艺包括颗粒塑化、快速注射和保压，使用内置温度传感器和表面电导率传感器的精密模具。需配备防浪涌安全系统和污染监测，以满足UL 94 V-0及IEC 60664标准。

现代系统采用螺杆速度闭环控制、主动热流道喷嘴和SPC模块，每周期采集20+信号数据。因此，注塑机在薄壁连接器上实现±0,01 mm的尺寸重复性，并最小化电池运行阶段的应力开裂风险。

专为电动出行设计的机器还配备先进操作界面。HMI面板显示周期能量地图、机器人集成状态以及视觉系统质量警报。操作员可一键访问特定零件号的控制文档，大幅加速审核。这些解决方案兼容OEM网络安全，包括网络分段和配方数字签名。

越来越受欢迎的是内置ISO 7级洁净室的注塑机。模具整个区域位于层流吹扫罩内并控制颗粒，从而消除高压绝缘子上的沉积污染。模块化设计允许在不中断生产的情况下扩展额外装配站。

高压组件注塑发展历史

混合动力车首批高压组件采用经典液压注塑机生产。2005–2010年间以原型项目为主，重点关注材料耐热性。2013年BEV平台推出后革命性变革开始，OEM开始要求批次追溯和洁净度监测，推动向电动注塑机迁移并密封模具区。

2016至2020年间，电动汽车生产线转型：集成MES/MOM、自动螺入铜嵌件、协作机器人装配FIPG密封。目前进入第四代解决方案，混合注塑机结合液压（合模）和伺服驱动（注射），将周期时间缩短至20 s以下。此外，大型超级工厂设计带冗余的注塑工位，以确保高压连接器供应可靠性。

未来几年，注塑工位的数字孪生将普及。通过虚拟环境过程模拟，电动汽车制造商可在不停产的情况下测试材料变更或新型连接器几何形状。Tederic和TEDESolutions已部署模型，分析冷却温度对触点电阻的影响并预测模具故障。

电动出行注塑发展历史也是数据安全标准化历史。2021年几家超级工厂网络事件后，OEM强制实施OT网络分段。注塑机现需支持TLS加密和基于证书认证，这彻底改变了机器制造商的控制软件方法。

电动出行注塑机类型

驱动技术选择取决于应用。液压注塑机适用于厚壁结构复合材料，需要极高合模力。电动注塑机主导连接器和薄壁零件生产，提供运动重复性和洁净工作空间。混合机型是折中方案——注射用伺服驱动，合模用液压，从而在保持精度的同时处理更大浇道。

机器还需配备追溯系统：电容传感器控制铜嵌件存在、模具内视觉相机以及OCV（开路电压）安全系统集成，从而使工位融入电动汽车工厂更大生态系统。

双注射单元注塑机也越来越受欢迎，可在单周期内注射两种材料，无需转盘。在电池应用中，可结合PBT绝缘与TPE弹性体密封，减少装配操作。用户赞赏双螺杆独立控制，提高短系列电动汽车车型灵活性。

另一趋势是机器适应真空或惰性气体环境。对于易氧化的高压组件，在模具周围引入氮气舱。电动注塑机集成真空阀控制和气体回收系统，从而无论外部温度如何均保持稳定条件。

高压连接器注塑机

180–350 ton电动注塑机处理大多数高压连接器。高注射动态（超过400 mm/s）可填充确保IP6K9K密封的微肋结构。热流道顺序喷嘴实现均匀级联充模。与注塑机协作的SCARA机器人插入Cu嵌件和FKM密封，控制系统将每件记录至追溯数据库。

优势：

• 螺杆运动精度 – 最小化绝缘微裂纹。
• 工艺洁净度 – 模具区无油满足电气洁净标准。
• 低噪音 – 可安装于电池装配线旁。

挑战：

• 高CAPEX – 机器和模具单价远高于传统工位。
• 温度管理 – 薄壁需快速响应温控。
• IT集成 – 需支持OPC UA和网络安全。

需注意与高压测试系统兼容性。工位常补充耐压测试站，以1500 V检查每个连接器。注塑机须向测试器控制器提供周期数据，以关联模具号和工位号。没有此类集成，难以通过OEM审核。

电池模块生产线

模块元件（框架、盖板）采用650–900 ton混合注塑机生产。玻璃纤维或碳纤维增强材料提高混炼和螺杆耐磨要求。工位常含双材料注射——如PP+GF结构加TPE密封。机器配备转盘和伺服摆动喷嘴，支持单周期2K注射。

热变形控制至关重要。MES系统基于FBG传感器监测模具变形，数据输入SPC模块分析趋势，从而及早发现模块与电芯平面贴合问题。

制造商追求电池减重，因此越来越多采用聚酰胺基碳纤维复合材料。此类磨损性材料要求注塑机配备防护筒和喷嘴。此外需模具排气系统，移除空气和挥发物，避免孔隙。转盘控制与机器人同步，后者放置冷却嵌件和FIPG密封。

BMS外壳和功率电子

BMS单元和逆变器外壳要求薄壁、EMC屏蔽和125 °C耐温。120–220 ton电动注塑机在此提供最高精度。模具含铝嵌件注射，因此需6轴机器人集成及合模前嵌件温控（红外测温仪）。部分项目采用双板式注塑机，以获得更大开模空间安装传感器和屏蔽电缆。

软件包标准配备IPC-2221配方库和自动PPAP报告生成，从而质量工程师缩短新组件验证时间。

EMI屏蔽日益重要。越来越多项目在模具内（in-mold coating）或后工艺施加导电涂层。注塑机须与等离子喷涂模块协作，并确保元件精密定位。质量控制包括表面电阻测量和ESD放电耐受测试。

结构与主要组件

e-mobility工站配置远不止一台注塑机.必备要素包括：在关键型腔安装温度传感器的注塑模具、配备分离喷嘴的热流道系统、用于插入件供料的自动化设备、可追溯性系统、取件机器人以及高压测试站。整个系统通过OT/IT网络集成，将工艺数据传输至分析平台。

保持洁净度至关重要 – 工站配备层流罩，H14级HEPA过滤器净化模具周围空气。此外，还安装VOC传感器和粒子计数器，确保每批次表面洁净度有文档记录。

结构的重要组成部分是模具管理系统（Tool Management）。它记录循环次数、温度、报警和维护历史。这样，维护计划员可以看到每个模具的负载情况，并能在不中断生产的情况下规划维修。如有需要，可将工站转移至其他工厂，同时保留所有设置和文档。

高压注射单元

注射单元必须处理纤维增强材料及导电添加剂。因此采用双金属螺杆、功率为12–16 kW的加热区，以及提供高达800 mm/s²加速度的伺服驱动。每区温度控制精度达±1 °C，从而最大限度减少材料降解和连接器中的夹杂物。顺序喷嘴由针阀控制，与螺杆位置同步开启。

如今越来越多地安装实时粘度传感器。粘度计数据输入AI算法，自动将参数与连接器电气测量偏差相关联。如果粘度超过阈值，系统将暂停该批次生产并通知班组长。

e-mobility注射单元还配备自动清洗系统。每次换料后执行清洗循环，并控制颜色和导电性，废料进入标有批次号的封闭容器。此方案最大限度降低材料混错风险，避免绝缘问题。

合模单元与模具

合模单元在EV生产线中必须承受动态温度变化。混合机型采用高流量液压实现均匀保压，全电动机型则使用柱式伺服驱动。关键在于挠度补偿 – 线性传感器实时监测合模力分布并调整保压，避免密封泄漏。

高压连接器模具包含铜质嵌件、型腔内压力传感器、模拟温度信号以及检验摄像头。数据接口通过IP67模块引出，便于在工站外维护模具。整体与模具管理系统协作，监控循环次数并规划预防性维修。

冷却系统同样至关重要。3D打印保形冷却通道可精确向高压绝缘体热点输送冷却介质。模具控制器实时分析温度并通过比例阀调节流量，从而确保零件尺寸公差窄且介电稳定性高。

关键技术参数

1. 合模力 (t)

根据零件投影面积及2000 bar注塑压力选定。连接器需180–250 t，模块甚至达900 t。建议留10–15%密封稳定性裕量。

2. 注塑速度 (mm/s)

薄壁件的关键参数。现代注塑机可达400–600 mm/s，实现微通道填充并减少熔接线。

3. 温度控制 (°C)

筒体区260–320 °C，喷嘴280–330 °C。±1 °C稳定性防止聚合物降解和介电击穿。

4. 保压 (bar)

实时监控，尤其TPE件。保持保压>70%标称值直至结晶完成，减少收缩。

5. 过程跟踪

需型腔压力传感器（Kistler）、温度、螺杆位置及滑块识别传感器。数据存储于MES系统，生成PPAP报告。

6. 循环能耗 (kWh)

全电动机连接器循环0,35–0,5 kW h/循环。配备变排量泵驱动的混合机多耗15%，但提供更大合模力。

7. 自动化

e-mobility工站需取件机器人（3轴或6轴）、2D/3D视觉系统、高压测试站（耐压1500 V）及DPM激光打标。

8. 过程稳定性

关键绝缘尺寸Cp、Cpk应保持>1,67。SPC系统在趋势接近控制限时自动停线。数据归档并通过质量门户向OEM客户提供。

9. 数据安全

注塑机必须支持配方加密、RFID操作员登录及带电子签名的参数变更跟踪。满足TISAX 3级要求正日益成为与汽车集团合作的前提。

e-mobility应用

牵引电池

生产高压连接器、低压插头（LV124）、绝缘垫片和模块外壳。需UL 94 V-0材料、TüV测试及±0,05 mm精度。

充电站与车载充电器

注塑机生产CCS插座、逆变器外壳及冷却模块。需抗UV和化学品性能及IP55测试。

能量管理系统

BMS外壳、电流互感器组件、高压箱内绝缘元件。EMC参数及铜嵌件集成至关重要。

公交车与重载段

厚密封件、结构元件及电池支架。需高合模力和热变形控制。

微出行

滑板车与电动自行车连接器，注重低成本零件和<150 t紧凑机型。

能量存储系统 (ESS)

该领域发展势头与汽车业同样强劲。注塑机生产绝缘体、汇流排及固定储能冷却元件。要求包括UL 9540A防火性能及热带气候适应，因此生产线湿度控制已成为标配。

如何为e-mobility选型注塑机？

1. 零件分析

• 投影面积、流动长度、材料类型及介电要求。
• 确定合模力+裕量。
• 确定型腔数及热流道策略。

2. 总拥有成本

• 比较全电动机与混合机TCO。
• 考虑带传感器的模具及自动化成本。
• 分析能耗及热回收潜力。

3. 自动化架构

• 兼容OPC UA、MQTT及IEC 62443网络安全。
• 支持Automotive SPICE配方，集成MES/MOM。
• 支持扩展过程人工智能功能。

4. 标准与验证

• ISO 9001、IATF 16949、PPAP、OEM审核。
• 电气安全IEC 60664、UL 94。
• 单件级可追溯性。

5. 技术合作伙伴

• 24/7服务及超级工厂备件供应。
• 支持Moldflow模拟及PPAP验证过程。
• 嵌件旋拧工站自动化经验。

6. 可扩展性

• 无需更换控制器即可扩展额外机器人或测试站。
• 冷却与电源裕量支持未来升级。
• 标准化接口，便于工厂间快速迁移设备。

维护与保养

e-mobility 产线的设备维护需要结合预测分析与严格的质量程序。注塑机配备振动、温度和螺杆磨损传感器，将数据传输至 CMMS 系统。趋势分析可提前规划液压阀、HEPA 过滤器更换及压力传感器校准，避免出现投诉。

每班次检查一次工作区清洁度，每周进行一次耐压测试及零件表面电阻测量。模具每 50,000 次循环检修一次：清洁冷却通道、润滑导轨、检查阀针。自动化系统需定期更新网络安全措施，追溯系统按 OEM 要求至少归档 15 年数据。

建议实施基于状态的维护程序。操作员通过移动应用记录视觉和声音缺陷，算法分析症状与故障的相关性，从而将计划停机时间缩短达 30%。设备维护还与材料供应商协作，干燥机和喂料器数据有助于提前检测湿度异常，避免影响连接器绝缘性能。

总结

e-mobility 部件注塑结合了最高质量要求与巨大时间成本压力。关键在于正确配置的 注塑机——电动或混合型——与智能模具、追溯系统及扩展自动化协作。部件分析、参数优化、IT 集成及持续设备维护决定了工厂能否无投诉交付数百万个 HV 连接器。TEDESolutions 支持生产商贯穿整个产线生命周期：从审计、投产到预测性维护，确保 e-mobility 产线在下一代电动车中保持竞争力。