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影响电池包气密性的关键因素及改善要点
2020-07-05 15:06:55· 来源：电动学堂 作者：国轩高科
1 影响电池包气密性的因素1.1 碳素钢钣金箱体一般而言，碳素钢钣金箱体采用钣金冲压成零部件后，直接进行拼接，再进行点焊成型。在焊接时，首先要控制焊接电流
1 影响电池包气密性的因素
1.1 碳素钢钣金箱体
一般而言，碳素钢钣金箱体采用钣金冲压成零部件后，直接进行拼接，再进行点焊成型。在焊接时，首先要控制焊接电流大小，防止焊穿或漏焊。
其次，在箱体焊接成型后，要进行整形处理，特别是要求箱体密封面平整、无毛刺。再次，是要保持接插件安装面的漆膜表面粗糙度。为了验证漆膜表面粗糙度对气密性的影响，设计了以下试验（图1）。
在同样的试验设备及试验条件下，准备体积为0.5 m^3 的密闭试验箱、转接板（3个）、接插件、防爆透气阀和充气软管。具体试验过程如下：
（1）充气前，先将转接板表面喷涂具有不同粗糙度的漆膜，待漆膜干透后，使用表面粗糙度测量仪对3个接插件转接板的漆膜表面粗糙度进行3组数据的测量，误差范围为±3μm；
（2）将转接板逐个安装在试验箱侧壁上，转接板与试验箱有密封垫，以确保密封；
（3）将充气接头连接防爆透气阀进行充气至1000Pa，保压60s，测量不同转接板试验箱的泄漏量大小。试验测量的结果如表1所示。
通过试验验证，发现在不同的漆膜表面粗糙度的情况下，接插件安装面的气密性能差异较大。在生产制作箱体时，须特别注意控制接插件安装面的漆膜粗糙度，并避免此部位出现凸凹不平、颗粒、褶皱等缺陷。
1.2 铝合金型材箱体
采用“铝型材挤压成型＋搅拌摩擦焊＋冷金属过渡（CMT）补焊”的工艺是目前比较通用的做法。具体控制要点如下：
首先须防止焊穿、偏缝、CMT漏焊。
其次，在进行搅拌摩擦焊时，刀具与箱体底板接触会产生大量热量，引起箱体的变形，使得后期在进行装配时，箱盖压紧密封垫，密封垫局部受压不均匀，从而形成不同的压缩变形率。当电池包内外产生压差时，会产生漏气现象。为保证良好的焊接质量，减少变形及焊接缺陷，搅拌摩擦焊的建议参数为1600～1800r/min，走速为800~1000mm/min。
再次是CMT补焊，当搅拌摩擦焊下线后，一般要采用手工补焊的方式进行加焊，在可能漏气或者焊接不良的位置适当满焊，特别是在箱体密封面边框结合部位，此部位一般厚度为2mm。由于铝合金材质本身的特性，焊接电流过小时熔焊深度不够，容易产生虚焊；焊接电流过大时，薄板位置又容易产生开裂和穿焊。
为了保证焊接强度，往往需要在接缝处堆焊，高度一般≤2.5mm。然而，堆高的焊缝会在焊缝与法兰面之间产生不规则角度及缝隙。在装配环节，当箱盖压缩密封垫时，密封垫会受到不同的挤压应力，需要对焊缝进行打磨处理，形成最佳圆弧过渡形状。在装配时，密封垫受力变形，可将焊缝周边位置进行填充，起到良好的密封效果。装配示意图如图2和图3所示。
另外，除了要调整好搅拌摩擦焊的工艺参数外，还要制作精良的焊装夹具，以减小焊接变形，降低焊接缺陷的产生。
1.3 铝压铸箱体
铝压铸箱体可以一体成型，改善要点主要针对合金材质，防止有“砂眼”、夹渣等制造缺陷。此外，铝压铸箱体对密封条安装面的平面度和精度要求较高，需要对安装平面进行精加工处理。铝压铸箱体一般适用于小型电池包。当电池箱尺寸较大时，可以增加拼焊工艺来弥补。这类箱体可以很好地满足IP67标准要求，但铸造箱体受模具及工艺条件和自身质量等因素的限制，对于大型电池包，需从轻量化及工艺实现的角度去具体考量。
1.4 密封垫
密封垫对整包的气密性起决定性作用，材质要具备阻燃性能，并符合汽车行业禁用物质的标准要求，同时要避免永久变形。密封垫材料可使用硅胶泡棉。同种密封垫在不同压缩率条件下的气密性试验数据见表2。
该试验是在同样的试验条件及试验环境下进行的。从试验数据结果表明，密封垫在不同的压缩率的情况下，永久变形力差别较大，压缩率越高，泄漏量越
小，气密性越好；反之，气密性越差。在设计时需要综合考虑压缩率与永久变形率的关系。选用合适的压缩率的同时，密封垫的宽度要尽可能的覆盖住整个箱体密封面。
1.5 电池箱盖
根据不同的制造成型工艺，电池箱盖产品的韧性及强度差别很大。在电池包封盖安装时，容易造成受力不均而开裂，从而影响电池包的气密性。在改善设计时，需要根据电池包的使用环境和具体要求进行匹配。例如：SMC电池箱盖可以增大箱盖法兰边与立面的圆角半径，优化纤维分布位置，以降低开裂风险。
1.6 电气接插件
电气接插件的质量优劣与电池包气密性的关系最为密切。电气接插件的改善要点主要是接插件自身的密封性，特别是插针位置要有密封设计，接插件安装面的平面度、Ｏ型密封圈的永久变形性等方面，这些因素都会直接或间接影响电池包的气密性。
1.7 防爆透气阀
防爆透气阀作为电池包的安全部件，具有内部排气和外部密封的双重作用。其气密性要求与电气接插件类似，但要求防爆透气阀的使用寿命应满足电池包的整个生命周期。因此，在设计改善时，除充分考虑其密封性外，对使用寿命也有较高的要求。
2 试验方法
2.1 气密性试验
在电池包装配完毕后，按企业标准要求进行电池包密封性测试，满足出货要求。
2.2 浸水测试
在进行浸水测试前，需要检查电池系统的基本信息，包括单体电压、单体温度和绝缘电阻等，要确认电池系统各项参数处于正常状态。经气密性测试合格，并且按顾客规定的标准要求充电。将其以实车装配状态与整车线束相连，完全浸入1m 水深，持续30min。
在测试后，需擦干水渍，测量单体电压、温度和绝缘电阻，并打开上盖检查外壳的进水情况。测试以顾客标准要求作为判定合格与否的依据。
2.3 防尘测试
在进行防尘测试前，需要按照浸水试验前的要求先检查电池包的各项参数，确保测试状态正常。在防尘箱内进行防尘测试，按照测试箱容积，滑石粉用量为2kg/m^3，使用次数不超过20次。按正常位置将电池包放入测试箱内，持续8h，测试要求壳内无明显灰尘。
3 结论
电池包的密封性关乎到整车的使用安全，其密封性能除上述列举的因素外，其他零部件也会直接或间接地影响电池包的密封性能。文中提到的内容和方法只是其中一个方面，具体的密封性测试还需要不断的探索、创新和改进。
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