一種應(yīng)用于電動(dòng)汽車電池包的密封膠研究

宋孝炳　林志宏　劉召

摘? 要：動(dòng)力電池系統(tǒng)是電動(dòng)汽車三電系統(tǒng)中的核心部件，其性能優(yōu)劣直接影響整車的好壞。電池包的防水密封直接影響到電池系統(tǒng)的工作安全，乃至影響到電動(dòng)汽車的使用安全，是電動(dòng)汽車可靠行駛的重要保證。為了提高電池包的密封防水性能，對(duì)電池包的密封防水特性進(jìn)行深入分析顯得尤為重要。文章是研究一種應(yīng)用于電動(dòng)汽車電池包的密封膠，對(duì)膠體的材質(zhì)、涂膠軌跡、膠的特性進(jìn)行分析，使膠體與電池箱充分結(jié)合，通過國(guó)標(biāo)要求的相關(guān)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測(cè)和驗(yàn)證，歸納出一種合適的膠體和打膠方式。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車;電池包;防水;密封膠

中圖分類號(hào)：U469.72? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）07-0073-03

Abstract： The power battery system is the core component of the three-electricity system of the electric vehicle， and its performance directly affects the quality of the whole vehicle. The waterproof seal of the battery pack directly affects the working safety of the battery system， and even affects the use safety of the electric vehicle， which is an important guarantee for the reliable driving of the electric vehicle. In order to improve the sealing and waterproof performance of the battery pack， it is particularly important to make an in-depth analysis of the sealed waterproof characteristics of the battery package. This paper studies a kind of sealant used in electric vehicle battery package， analyzes the material， coating track and characteristics of the colloid， makes the colloid fully combine with the battery box， and tests and verifies it through the relevant testing standards required by the national standard. Finally， the paper sums up a suitable colloid and glue.

Keywords： electric vehicle; battery pack; waterproof; sealant

1 概述

根據(jù)全球能源發(fā)展的布局，安全、節(jié)能和環(huán)保已經(jīng)成為當(dāng)前汽車工業(yè)發(fā)展的主要趨勢(shì)，新能源汽車成為當(dāng)今汽車領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。作為汽車交通工具，電動(dòng)汽車也需要具備傳統(tǒng)車所具有的一切屬性，包含安全性和使用壽命等方面的要求。電池系統(tǒng)作為三電系統(tǒng)中最重要的部件之一，是保證整車安全的屏障。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中已經(jīng)明確表示電池包要具備防護(hù)等級(jí)IP67的要求[2]，電池包不會(huì)因?yàn)檫M(jìn)水而導(dǎo)致安全事故的發(fā)生，進(jìn)而導(dǎo)致人員的傷亡。因此，電池包的密封防水格外重要，直接影響電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)成功與否的關(guān)鍵。

本文是研究一種應(yīng)用于電動(dòng)汽車電池包的密封膠，對(duì)膠體的材質(zhì)、涂膠軌跡、膠的特性進(jìn)行分析，使膠體與電池箱充分結(jié)合，通過國(guó)標(biāo)要求的相關(guān)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測(cè)和驗(yàn)證[1]，歸納出一種合適的膠體和打膠方式。

2 電池包的密封結(jié)構(gòu)分析

電動(dòng)汽車電池包的電池組電壓高達(dá)600V以上，乘用車平臺(tái)略低達(dá)到300V以上，電池箱體必須保證密封防水，防止進(jìn)水導(dǎo)致電路短路，而導(dǎo)致事故發(fā)生。電池箱體防護(hù)等級(jí)要達(dá)到IP67以上。

電池包的防護(hù)等級(jí)和熱管理方式有關(guān)，目前電池包熱管理方式主要有自然冷卻、風(fēng)冷及液冷，自熱冷卻可以較好地保證密封性能，風(fēng)冷及液冷由于存在外界因素的干擾，密封性設(shè)計(jì)要求更高，風(fēng)冷是靠外置的強(qiáng)制風(fēng)冷來冷卻，除不能與大氣相通外，不允許在某處泄漏。液冷是靠外界的熱交換液體流動(dòng)來達(dá)到加熱或者冷卻的目的。電池包的密封結(jié)構(gòu)主要由上蓋、下箱體、相關(guān)接插件和接觸密封墊所組成，此文主要闡述上蓋與下箱體之間的密封膠，是決定電池包密封效果的關(guān)鍵。

3 密封膠的技術(shù)原理

此密封膠為高彈性可返修密封膠，是一種高彈性、密封性好，易返修的通用型密封膠。該類產(chǎn)品儲(chǔ)存穩(wěn)定，耐熱溫度高，固化物有良好的機(jī)械性能和耐濕熱穩(wěn)定性。在高溫條件下成液態(tài)，一定時(shí)間后固化成型形成產(chǎn)品，產(chǎn)品的形態(tài)表面致密，內(nèi)部泡孔細(xì)密均勻有優(yōu)異的回彈性，其適用于電池包各種不同的密封面，易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化和自動(dòng)化。

4 密封膠的密封結(jié)構(gòu)分析

為了保證良好的密封效果，除了固定上蓋和箱體的螺栓距離在50mm左右和扭力固定螺栓的限位結(jié)構(gòu)特征外，上蓋和箱體之間的密封面要具有一定的平面度和粗糙度。上蓋與箱體之間的密封膠還應(yīng)該具備如下的特性：（1）密封膠的有效密封寬度≥8mm;（2）密封膠適用于各種不規(guī)則的圖形施膠，固化時(shí)間在單個(gè)工序時(shí)間內(nèi)完成;（3）壓縮量在70%以內(nèi)，具有高回彈性和壓縮可恢復(fù)率;（4）可反復(fù)拆卸的可維修性，在保證生命周期內(nèi)具備5次以上的可維修拆卸性;（5）其他物理特性，如耐高低溫性、耐濕熱性、阻燃性等。對(duì)該密封膠的重要特性進(jìn)行試驗(yàn)，數(shù)據(jù)如圖2。

通過試驗(yàn)得出：該密封膠在滿足使用要求的前提下，具有較好的壓縮性，可反復(fù)拆卸，抗老化，適用于密封面的基本要求。

5 密封膠的試驗(yàn)論證

5.1 氣密及防水試驗(yàn)

把帶有密封膠裝配完成后，相關(guān)接插件用匹配插頭堵住，防爆閥位置為氣密檢測(cè)口，依據(jù)氣密檢測(cè)儀進(jìn)行內(nèi)部充氣，充氣時(shí)間60s，充氣總壓5-6kPa，當(dāng)壓力達(dá)到3.5kPa左右，穩(wěn)定時(shí)間60s，測(cè)試時(shí)間60s，如果測(cè)試時(shí)間內(nèi)壓降在25.4Pa以內(nèi)，則測(cè)試通過，如圖3所示。

將氣密測(cè)試通過的電池包完全浸入一個(gè)盛滿水的池子里，保持箱子上表面再水下1m以上，保持30min，如圖3所示，等時(shí)間到達(dá)后，取出電池包，打開上蓋，觀察箱體內(nèi)是否存在水珠，若箱子完全干燥，則說明電池箱體密封達(dá)到IP67以上，若箱子內(nèi)部存在進(jìn)水，則說明密封不夠，需要繼續(xù)優(yōu)化設(shè)計(jì)。

5.2 拆裝試驗(yàn)

對(duì)已經(jīng)經(jīng)過氣密試驗(yàn)和水試試驗(yàn)的樣品進(jìn)行擱置30min后，固定上蓋和箱體的螺栓，M5螺栓扭力在4NM左右，再靜置30min，重復(fù)前面的上蓋拆裝5次以上，然后進(jìn)行沉水試驗(yàn)，如圖4所示。

5.3 老化試驗(yàn)

對(duì)帶有密封膠的電池包相關(guān)接插件堵住，留一個(gè)防爆閥作為進(jìn)氣口，進(jìn)行氣密試驗(yàn)，通過氣密試驗(yàn)后，再進(jìn)行沉水試驗(yàn)，IPX7試驗(yàn)通過后，將電池包置于（-40±2）℃～（85±2℃）的交變溫度環(huán)境倉(cāng)中，兩種極端溫度的轉(zhuǎn)換時(shí)間小于30min（以設(shè)備實(shí)際轉(zhuǎn)換能力為準(zhǔn)），每個(gè)極端溫度保持8h，單次循環(huán)總時(shí)間為17h;循環(huán)84次，總循環(huán)時(shí)間約60天。老化試驗(yàn)完成后，再進(jìn)行沉水試驗(yàn)測(cè)試。如圖5所示。

5.4 振動(dòng)試驗(yàn)

把經(jīng)過氣密，沉水測(cè)試合格的完整電池包，按照GB/T 31467.3-2015中振動(dòng)條件相關(guān)的說明，進(jìn)行振動(dòng)測(cè)試，完成以后再進(jìn)行沉水測(cè)試。

6 結(jié)束語(yǔ)

純電動(dòng)汽車電池包的密封性對(duì)電池系統(tǒng)的安全起到關(guān)鍵性的作用，各個(gè)電池廠商都在尋找一種效果優(yōu)良、自動(dòng)化程度高和成本低廉的密封膠。電池包的密封手段也在不斷摸索，不斷改進(jìn)和逐步創(chuàng)新，一個(gè)較好的密封方案，都將會(huì)推動(dòng)行業(yè)的發(fā)展，為新能源事業(yè)做出一定的貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]GB/T 31467.3-2015.電動(dòng)汽車用鋰離子動(dòng)力蓄電池包河系統(tǒng)第3部分安全性要求與測(cè)試方法[S].

[2]GB/T 4208-2017.外殼防護(hù)等級(jí)（IP代碼）[S].