新能源汽車PACK箱體密封技術(shù)研究

柴源

摘 要：PACK是新能源汽車的動力源泉，PACK性能安全決定整車安全。由于PACK在純電動汽車的布置于下車身，特別在汽車泡水的情況下，必須能夠承受一定水壓，若PACK進水，嚴重影響其使用功能，甚至造成短路、起火風(fēng)險。因此，電池包密封性是純電動汽車至關(guān)重要安全功能。關(guān)鍵詞：新能源;PACK;密封條中圖分類號：U469.72 ?文獻標識碼：A? 文章編號：1671-7988（2020）02-03-02

Abstract： PACK is the power source of electric vehicles. PACK Performance Safety Determines Vehicle Safety. Because PACK is laid out on the body of the electric vehicle， it must be able to withstand certain water pressure， especially when the vehicle is soaked in water. If PACK has entered the water， it will seriously affect on the function， even short circuit and fire. Therefore， battery pack sealing is the most important safety function of? electric vehicle.Keywords： EV; PACK; SealingCLC NO.： U469.72? Document Code： A? Article ID： 1671-7988（2020）02-03-02

1 背景及意義

動力電池是純電動汽車的唯一動力能量來源，作為純電動汽車的核心部件，電池包的安全性直接影響到整車的安全性。電池包應(yīng)首先滿足電氣設(shè)備外殼防護等級IP67設(shè)計要求開發(fā)，才能保證電池包密封防水，電池組不會因為進水而短路。因此對電池包的密封防水就格外重要，直接關(guān)系到電池包設(shè)計的成敗。

純電動汽車動力電池組輸出電壓高達300V以上，PACK基本功能是使電池安全可靠的固定，還必須有效的隔絕乘客和操作人員與電池產(chǎn)生接觸;電池箱體必須防塵防異物接觸，防止進水導(dǎo)致電路短路，電池箱體防護等級務(wù)必要求達到IP67。

由于電池包在電動汽車的安裝位置較低，并且暴露在相對開放的空間中，容易遭受雨雪天氣的侵襲，特別是在汽車泡水的情況下，必須承受一定的水壓，因此密封條的防水結(jié)構(gòu)設(shè)計提出了更大要求，一旦電池包進水，就有爆炸燒毀的危險。

2 設(shè)計原理

2.1 防水原理

在壓力作用下，密封條會發(fā)生彈性變形，利用彈性形變使接觸界面和密封條的空隙被填充并產(chǎn)生反彈力，從而使得接觸面與發(fā)泡密封條間產(chǎn)生摩擦力。在密封條自身不泄露時，該摩擦力和反彈力都大于被密封介質(zhì)的內(nèi)壓或者外壓時，密封材料才不會發(fā)生變形或移位產(chǎn)生泄露，反之則發(fā)生泄露。

2.2 密封方案實施

利用密封條不親油，不親水，承受壓力情況下變形小的泡棉材料，硅膠材料及橡膠材料布置于上下電池組箱體配合面上，靠上下箱體壓緊密封。

密封條是靠外力壓緊而產(chǎn)生彈性或塑性變形，從而填滿金屬表面上微小的凹凸不平來實現(xiàn)密封的。如果壓力太小，墊片沒有壓緊就不能有效密封，但壓緊力太大，會使密封條產(chǎn)生過大的壓縮變形甚至破壞。因此，為了正確地使用密封條，必須采用恰好保證密封的最小壓緊力，或采用限位套限位方式來控制密封條的壓縮量。

2.3 密封條的關(guān)鍵尺寸計算

密封條的寬度設(shè)計對密封的可靠性有直接關(guān)系，寬度過大導(dǎo)致成本上升，也影響設(shè)計空間，過小又達不到密封效果。所以合理的寬度選擇，也十分必要。

如右圖，密封條的失效形式之一是因為水對泡棉與箱體接觸面的壓力大于發(fā)泡硅膠泡棉與箱體的摩擦力，因此可通過理論計算確定最小的有效寬度。

2.3.1 密封條最小寬度計算

（1）密封條與箱體的摩擦力：

（2）水壓產(chǎn)生的理論推力：F=P×S₁。保證密封條的密封性，可以取安全系數(shù)為3，因此水壓產(chǎn)生的推力為：F₀=3F;

密封條件：當水壓產(chǎn)生的推力小于發(fā)泡硅膠與箱體的摩擦力時，密封性不會因此失效。F₀

由此可求得密封條的最小寬度：

S₀：密封條壓面面積;

S₁：密封條側(cè)面面積;

μ_a：配合面摩擦系數(shù)。

其中：

P=0.01Mpa;（水下1米的壓強）

（1-R）σ×50%=0.0744Mpa;（硅橡膠材料特性）

μ_a=0.3;（配合面摩擦系數(shù)）

h=2.5mm;（結(jié)構(gòu)設(shè)計值）

求得：b>=1.68mm。（b>1.68mm）只能作為理論值，應(yīng)用過程中需要考慮安裝以及結(jié)構(gòu)實際情況。

2.3.2 設(shè)計結(jié)論與總結(jié)

鑒于我司目前殼體、密封條生產(chǎn)廠家原材料供應(yīng)、成本、以及裝配等諸多因素，密封條結(jié)構(gòu)推薦設(shè)計如下：

（1）密封條主體材料為硅泡棉;

（2）密封條厚度5mm，且有限位套，限位套高度2.5，壓縮率50%，壓縮量2.5mm，限位套的內(nèi)徑、外徑分別為6.5mm和9.5mm;

（3）密封條寬度c≥20mm，有效密封寬度b≥7mm;

（4）上下殼連接螺栓間距≤75mm。

3 結(jié)論

近年，新能源電動汽車持續(xù)發(fā)展，PACK作為新能源汽車的動力源泉，PACK的性能安全直接決定著整車安全。電池包進水，將嚴重影響PACK使用功能，導(dǎo)致客戶投訴抱怨。因此，結(jié)構(gòu)上對電池包的密封防水功能設(shè)計提出了更高的要求。純電動汽車電池包的密封性，對箱體內(nèi)的電池系統(tǒng)的安全至關(guān)重要。

由于企業(yè)對電池包密封也越來越重視，所以新的密封結(jié)構(gòu)和密封材料也不斷出現(xiàn)。電池包的密封是在不斷摸索前進中，不斷改進、不斷創(chuàng)新。一個好的密封方案，必將會帶來電池包技術(shù)含量的提升，帶動電動汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

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