一文看懂电池包密封性设计

文摘   2025-01-12 21:31   江苏  
电动车可以当船开,仰望U8的应急浮水功能再次刷新了大家的认知,众所周知仰望U8作为新能源汽车,其必然会使用到电池包,那电池包的防水性能是如何定义,如何达到的呢,我们一起走进电池包密封性设计。

动力电池包外壳的防水等级一般会按照IP67(水深1m,30min浸没)或者IP68(水深1米,24h浸没)设计要求开发,才能保证电池包密封防水,电池组不会因为进水而短路。因此对电池包的密封防水就格外重要,直接关系到电池包设计的成败。




一、电池包的绝缘与防水性能要求

纯电动汽车上动力电池组的输出电压很高,在200伏以上。电池包除了保障能够容纳电池外,还必须能有效地隔绝乘客和操作人员与电池产生接触;电池箱体必须保证密封防水,防止由于进水而造成电池包漏电,危及司乘安全,电池箱体防护等级要求应达到IP67/IP68。



其设计要求如下:

1. 电池包的正负极要有足够的安全距离,一般设计电池包内部铜排的最小距离应大于10mm,以防止击穿放电;

2. 电池包内部需做好一定的绝缘处理,电芯壳体需托盘要有绝缘物质觉着足够的安全距离,一般采用蓝膜或者胶水隔断;

3. 电池包上存有影响密封的焊缝处要必须涂加密封胶,箱体顶盖与下箱体配合处要添加密封材料,接插件固定处要采取相应密封措施;




4. 电池包的布置在避让底盘部件和车身的同时应尽量靠上,箱体其最低点应不小于整车的最小离地间距,以满足不同路况下整车的通过性并防止机械损伤;

5. 电池包的接插件安装孔和进出风口应尽量布置在电池箱体的二分之一高度以上。




密封性测试方法

密封性测试方法如下:

1. 气密性试验把电池箱上盖盖严,使用密封胶进行密封,只留一个插接件口作为进气口,其余插接件孔堵住,使用气压表控制压力,对电池箱进口充气,加气压力到一定压力,并进行保压,再对电池包进行漏气检测,一般采用压差法进行计量。具体漏率根据充气压力来确定,一般要求在测试前做个样品进行打样。




2. 浸水试验把电池箱上盖盖严,使用密封胶进行密封,所有插接件孔都用挡板夹密封垫堵上,将整个电池箱体完全浸入一个盛满水的池子中,用支架从电池箱上边把整个箱子完全压入水中,保持箱子上表面在水下500mm,保持10分钟。待时间到后取出箱子,打开上盖,看箱体内是否浸水。若箱子内完全干燥,则说明电池箱体密封性至少达到了IP66以上。若箱子内部进水,则说明密封不够,需查找原因和改进。




3. 压差法测定气密性通过仪器内部电子调压阀对该检测部件进行充气。在经过一个简短的充气过程之后,关闭调压阀,以隔离气源和检测工件。仪器内部压差传感器压力的变化就会显示出腔内气体压力的降低,这就意味着工件泄漏。使用此方法可以实现精准测量,规律性强,实时显示和保存,数据追溯等功能。




4. 针对一些容积较大、泄漏率要求比较小的产品我们也可以使用质量流量法(M版本)测试,质量流量传感器连接了参考容积和被测工件。首先将被测工件和参考容积都充入压缩空气,经过一段时间的稳定后,关闭充气阀组。将参考容积和被测工件中间的测试阀组也关闭,此时参考容积和被测工件直接连接的是流量传感器,如果被测工件有微小泄漏,参考容积的气体分子就会流过流量传感器,流过多少气体分子就能测到流量是多少,将此数值记录下就是最终的测试结果。流量法测试在欧洲新能源电池行业应用比较多。



四、防水结构设计

由于电池包在电动汽车中的安装位置较低,并且暴露在相对开放的空间中,容易遭受雨雪天气的侵袭,特别是在汽车泡水的情况下,必须承受一定的水压,因此对密封条的防水结构设计提出了更大的要求。一旦电池包进水,就有爆炸烧毁的危险了!



以下重点介绍下发泡密封条密封原理及设计。

  1

发泡密封条与接触界面的防水

硅橡胶发泡密封条的防水原理:硅橡胶密封条在压力作用下会发生弹性形变,使接触界面与密封条之间的空隙被填充并产生反弹力,从而使得接触面与发泡密封条间产生摩擦力。在密封条自身不泄露时,当该摩檫力和反弹力都大于被密封介质的内压或外压时,密封材料才不会发生因变形或位移产生泄漏,反之则发生泄漏。




  2

硅橡胶泡沫材质对防水性能的影响

一般的密封条材料,如普通实心橡胶及普通发泡材料等可在防水等级要求不高的情况下使用,这些材料防水等级均可达到IP45。而要求防水等级更高,硅橡胶泡沫密封条的优势便展现出来。这是由于硅橡胶泡沫是一种新型的耐高低温高分子弹性材料,其最大的特点是耐高温、耐寒性能优越,同时具有优异的耐老化性能(耐臭氧、耐氧化、耐放射、耐光、耐气候),长期使用中,有非常好的弹性形变,厚度损失小。





五、密封材料的选择

我们今天主要讨论以下三种密封材料:

  1

橡胶密封圈

一般由橡胶、硫化剂、促进剂、增塑剂、填料等硫化而制得。

  2

胶结

由于现在电池包都是CTB或者CTC结构,一般都不具有可拆性,所以很多厂商直接将电池盖胶粘在托盘上,同时利用胶水的流动性,可以完美的填充各个缝隙,可以进一步保证包体密封性。

 3   

泡棉

是将基材如橡胶或塑料和发泡剂等助剂在一定温度压力下进行反应得到的发泡材料。




从整体上来看:

1)密封性

胶粘剂≥泡棉胶带≥密封圈

2)价格

泡棉胶带≥胶粘剂≈密封圈

3)可制造性(自动化)

胶粘剂≥泡棉胶带≥密封圈

4)可制造性(时间)

泡棉胶带剂≈密封圈≥胶粘剂

5)密封寿命

胶粘剂≥泡棉胶带≥密封圈



六、结语

随着电动汽车的发展,电池包作为新能源汽车的动力源泉,其性能安全与否直接决定着整机的安全。如果电池包进水,将严重影响其使用性能,因此结构上对电池包的密封防水功能设计提出了更高的要求。纯电动汽车电池包的密封性,对箱体内的电池组的安全至关重要。

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