新能源汽車動力電池裝配生產(chǎn)過程中的靜電防護

摘要：隨著新能源汽車的普及，作為其動力來源的新能源電池的生產(chǎn)環(huán)節(jié)變得極為重要，從而對靜電防護提出了較高的要求。分析了動力電池裝配過程中靜電放電（ESD）現(xiàn)象，闡明了電池裝配過程中的靜電來源和防靜電原理，對電池裝配過程中ESD 造成的危害進行了深入分析，最后理論聯(lián)系實際，針對電池裝配過程中的ESD 現(xiàn)象及其造成危害提出防護措施與技術。

關鍵詞：新能源汽車；動力電池裝配；靜電放電

0 前言

隨著汽車智能化、電氣化的發(fā)展，電子技術在動力電池中發(fā)揮著越來越重要的作用，而靜電放電（ESD）現(xiàn)象也越來越多，造成的影響和危害也越來越大［1］。動力電池內(nèi)包含很多電子元件，其裝配過程相對復雜，這加重了ESD 對電池產(chǎn)品質(zhì)量的影響，會造成不可避免的危害和損失。所以，在動力電池裝配過程中，需著重研究如何控制靜電污染，降低ESD 對動力電池裝配過程的危害。

1 靜電在動力電池裝配過程中的危害

靜電對動力電池裝配過程的危害主要有：① 直接導致動力電池內(nèi)部控制器的金氧半場效晶體管（MOSFET）擊穿，造成動力電池產(chǎn)品故障，如圖1 所示；② 靜電形成的電火花存在造成動力電池著火或爆炸的潛在危險；③ 若靜電電位過高，可能對動力電池裝配人員造成電擊傷害。

2 動力電池裝配過程中的靜電來源及基本防靜電原理

靜電的產(chǎn)生方式主要包括摩擦起電、感應帶電、傳導帶電以及接觸分離，其中摩擦起電和感應帶電是動力電池生產(chǎn)中常見的靜電產(chǎn)生方式。靜電大小不僅與接觸材料、剝離力大小等因素有關，還與空氣相對濕度有關。例如，在地毯上行走產(chǎn)生的靜電，在10%～20% 空氣濕度下電壓可達到約35 000 V，在70%～80% 空氣濕度下電壓只有約1 500 V；在工作臺上拆下塑料袋，如果在10%～20% 空氣濕度下會產(chǎn)生20 000 V 的靜電壓，在70%～80% 空氣濕度下產(chǎn)生的靜電壓只有約1 200V。也就是說，干燥空氣下動力電池裝配過程中產(chǎn)生ESD 損壞可能性更高。

動力電池裝配過程中的ESD 模型有如下3 種［2］：一是人體放電模型（HBM），指人體在地上行走或其他因素帶靜電后接觸電子元器件，發(fā)生放電情況；二是帶電器件模型（CDM），指電子元件由于摩擦、感應或其他因素帶靜電后接觸一個接地導體發(fā)生放電情況；三是機器模型（MM），指設備、機器等金屬物體帶靜電后接觸電子元件，發(fā)生放電情況。

靜電防護措施可以理解為動力電池安裝過程中不產(chǎn)生靜電、靜電得到有效的釋放、不受其他靜電源干擾。第一，盡量不產(chǎn)生靜電，可采用不易產(chǎn)生靜電的材料包裝零件；第二，使用符合接地電阻要求的料箱、料架，以及員工防靜電勞保穿戴，讓靜電荷得到有效釋放；第三，對ESD 零件使用靜電屏蔽袋，屏蔽靜電對動力電池內(nèi)部控制器的電子元件損害。

3 動力電池裝配過程中的靜電防護措施

動力電池裝配車間有機械設備、操作人員、ESD 零件等眾多影響靜電防護因素，這些影響因素防護不當不僅會造成極大的ESD 危害，還會對動力電池產(chǎn)品造成相應的損壞，所以通過研究對動力電池裝配過程制定了如下ESD 防護措施，以降低ESD 防護不當造成的損害。

3. 1 設置靜電防護區(qū)域

針對動力電池裝配過程中需進行靜電防護的零件，應在其裝配、線束插接等環(huán)節(jié)進行靜電防護，如采用防靜電包裝、采用防靜電料架、應用離子風機等。靜電防護零件裝配過程在靜電防護區(qū)域（EPA）內(nèi)進行，EPA 應有明顯警示標識，提醒進入?yún)^(qū)域人員注意ESD 防護。因為靜電的產(chǎn)生和能量的大小與環(huán)境的溫濕度有關，所以應控制EPA 的環(huán)境溫濕度，建議空氣濕度在50%～60%，環(huán)境溫度在（23±5） ℃為宜。EPA 可以是一個工位、一個工段、一個房間甚至一整棟樓。

3. 2 接地釋放靜電

選擇合適的接地系統(tǒng)是消除動力電池生產(chǎn)過程產(chǎn)生靜電的最有效的辦法。通過將設備、料架、操作臺等與ESD 相關因素接入接地系統(tǒng)中，可有效釋放靜電荷，起到靜電防護效果；動力電池裝配線的必要操作臺、ESD 零件相關安裝操作設備、動力電池裝配線地面等均需接入接地系統(tǒng)，使動力電池生產(chǎn)不同環(huán)節(jié)產(chǎn)生的靜電可有效釋放掉。但需注意的是，接地系統(tǒng)需有專門接地線路，地線不可與水管、暖氣管、避雷線路、輸油管道相連［3］。接地系統(tǒng)接地電阻大小應符合表1 要求。

3. 3 防止操作人員帶電

第一，加強對ESD 零件相關操作人員的防靜電知識培訓，提高其靜電防護意識，使其熟知工位防靜電具體要求并按規(guī)定執(zhí)行標準化操作；第二，相關工位人員應穿防靜電工裝，確保其不產(chǎn)生靜電以及靜電可有效釋放；進出人員須穿戴防靜電工裝，甚至佩戴防靜電手套；第三，如必要，操作人員應佩戴防靜電手環(huán)，且防靜電手環(huán)與皮膚接觸緊密，測試合格后方可上崗。防靜電崗位相關操作人員應滿足表2 要求。

3. 4 ESD 零件防靜電的要求

對于ESD 零件，通常使用屏蔽袋或ESD 包裝材料進行防護包裝（表3）確保ESD 零件得到必要防護。同時，如圖2 所示，應關注與ESD 零件有裝配關系的零件產(chǎn)生的高電壓靜電對ESD 零件的影響，一般采用離子風機中和零件表面靜電荷以減少裝配關系的零件所產(chǎn)生的高電壓靜電對ESD 零件造成的損壞。

4 結語

動力電池裝配過程中靜電放電對ESD 零件的影響和危害十分嚴重，動力電池裝配過程中的ESD防護應得到相應人員的重視。本文從動力電池裝配過程中產(chǎn)生的靜電及其造成的危害角度思考研究，對新能源動力電池裝配過程提出了系統(tǒng)的ESD防護措施。通過從動力電池生產(chǎn)過程中人員、過程、零件等方面提出靜電防護措施，為動力電池產(chǎn)品防護靜電提供了參考，確保動力電池裝配過程靜電得到有效控制和耗散，最終確保裝配合格的動力電池產(chǎn)品。

參考文獻

［ 1 ］ 李榮躍，梁樂波，楊天福，等. 電子產(chǎn)品靜電危害分析與靜電控制防護設計[J]. 機電工程技術，2024，53（5）：266-268.

［ 2 ］ 夏敏峰，張宇，高志良，等. 帶電器件模型靜電放電等效仿真電路與計算分析[J]. 航天器環(huán)境工程，2024，41（4）：468-475.

［ 3 ］ 丁濤. 靜電危害分析及預防措施[J]. 科技創(chuàng)新與應用，2022，12（27）：147-151.