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氣密性與電動汽車的浸水風險

2019-06-22 23:03:07·  來源：知化汽車  
　
周四在寧德的技術(shù)研討會上，有寧德時代的工程人員提出了一個問題：電池包氣密性測試和實際浸水測試的可靠度問題。這其實是側(cè)面地對近期雨水天氣電動汽車涉水行駛
周四在寧德的技術(shù)研討會上，有寧德時代的工程人員提出了一個問題：電池包氣密性測試和實際浸水測試的可靠度問題。
這其實是側(cè)面地對近期雨水天氣電動汽車涉水行駛安全問題的一個擔憂。
先看下對于電動汽車浸水當前的主要研究和發(fā)現(xiàn)。
電動汽車浸水的場景
借用功能安全評估風險的方法，任何一個安全問題，都需要明確其可能的使用場景，和問題出現(xiàn)的概率。對于電動汽車涉水，相對確定的使用場景包括：
  • 洗車時可能的高壓水槍沖洗等；
  • 雨水天氣涉水行駛；
  • 暴雨/洪水天氣車輛曝露在（深水中）等
電池包浸水失效的后果
首先，對于人員來說，一般不會有觸電的風險，地面和水的電阻值會很大（大于1MΩ），即使在漏電的情況下，通過人體的電流也會小于人體的安全電流（一般直流10mA）。
所以，風險主要集中在可能導(dǎo)致電池包電氣安全性能衰減、起火爆炸方面；而相對嚴重的場景又存在于暴雨/洪水的浸泡中。通常來講，電動汽車水浸泡，電池包密封不被破壞的話，有可能會導(dǎo)致絕緣阻抗的降低，這個影響不一定是即刻的，也可能是多次歷經(jīng)浸水、涉水的過程，總之是外界非正常環(huán)境加速了電池包電氣性能的衰退。
絕緣阻值降低到一定的程度會引起整車的絕緣報警，如果恰好車輛處于停止狀態(tài)，那么再次啟動時，將無法啟動；如果正處于行駛過程中，那么可能會進行限功率，并泊停下來；如果正處于充電狀態(tài)，則可能會中斷充電。
如果電池包密封得到破壞，同樣也會引起安全報警，嚴重的還有導(dǎo)致高壓短路，引發(fā)起火，爆炸；或是低壓線路短路，造成冒煙，起火。
從實際的案例來看，2016年7月南京2輛大巴在浸水中火爆炸；2018年9月，深圳一輛電動乘用車在暴雨中行駛時發(fā)生起火事件；2012年美國FISKER電動汽車在颶風過后，浸泡海水后引起火（起火原因在12V電源）。
對于整車測試，TUV曾做過一系列的海水浸泡對比測試（浸水2小時后，觀察28天），《Seawater Immersion Testing of xEVs》，利用不同的車輛，不同的氣侯，不同的電池包氣密狀態(tài)來進行對比。所有氣密性不好的車輛在浸水后其電氣性能（電壓、絕緣）在1個小時左右就嚴重衰退，氣密性好的電池包電氣性能也有所衰減，但很慢。發(fā)生起火的車輛原因在報告中沒有給出。
這個系列的測試，非常好地證明了電動汽車在歷經(jīng)雨水/浸泡后可能出現(xiàn)的兩個方面的問題：一是電氣性能的衰退；一是起火爆炸的安全事故。
對于電池包測試，從中汽研與寧德時代的測試結(jié)果：
可以看出，氣密性直接關(guān)系到電池包的安全（氣密性的失效將導(dǎo)致高低壓短路，進而引起起火爆炸），應(yīng)該對電池包氣密性提供相應(yīng)的設(shè)計要求。特斯拉對于這點也持有相同的觀點。
“Agreethat the goal should not be to prove tolerance to saltwater ingress, but ratherprove proper sealing performance－Tesla.”
部分測試如下：
無上蓋測試；浸海水19秒后，高壓回路短路，起火爆炸。
無上蓋測試；浸海水13分鐘24秒后，高壓短路，起火爆炸。
無上蓋；浸淡水，浸水期間無明顯異?？吹剑坏蛪夯芈范搪贰?/div>
模組；浸淡水，2.5小時后低壓回路短路，低壓線燒融冒煙。
從韓國進行的測試來看，先前進行的失敗原因主要集中在絕緣失效進而導(dǎo)致短路，其結(jié)果匯總?cè)缦拢?/div>
回頭再來看文章開始的問題，該問題的實質(zhì)是：氣密防水（IP67等級以上）是電池包必需要滿足的一個安全特性，應(yīng)該通過實際的浸水試驗來驗證其是否滿足，但浸水屬于破壞性測試，不能對所有的產(chǎn)品進行下線測試。因此，采取了非破壞性的氣密性檢測方法，通過對“氣密”的檢測來間接驗證防水性。
然而，這種間接的方案有時并不具有完全的一致性，即可能氣密性過了，但實際上過不了浸水測試。此外，電池包出貨后，經(jīng)過運輸，卸載，再整車裝配等環(huán)節(jié)才正式投入使用，整車廠下線測試也需要進行氣密性檢測。最后，在整車運行了一段時間維保時，或排查故障原因時，也會進行氣密性檢測。因此，一個有效便捷的氣密性檢測十分必要。
氣密性的基本測試思路：
（1）用工裝將電池包的所有外接接口密封（平衡閥除外）
（2）將測試接頭安裝到平衡閥合適的位置，擰緊，再連接氣管
（3）利用氣密性測試設(shè)備進行測試
（4）根據(jù)測試參數(shù)的變化，判斷氣密性是否OK
（5）確認OK后，復(fù)原平衡閥位置。
整個過程最為重要的是5個參數(shù)，即，充氣氣壓、充氣時間；穩(wěn)壓氣壓、穩(wěn)壓時間；泄漏率（如小于100Pa，泄漏時間）。
然而，即使有一種氣密性方法可以百分百能與實際浸水測試結(jié)果保持一致，在后期，在電池包隨著車輛經(jīng)歷了機械應(yīng)力，熱應(yīng)力，以及化學(xué)腐蝕等綜合因素作用下，其氣密性是否可以在規(guī)定年限內(nèi)仍滿足要求，也是尚不能論證的。所以，對氣密性的測試往往在振動測試之后，這樣可以利用綜合測試的加速試驗效果，將原來靜態(tài)氣密性輔以動態(tài)來間接表征，還是缺少科學(xué)的論證支撐，而且也無法做到全檢。
氣密性將在兩個階段對后期整車浸水產(chǎn)生風險：一是當前下線氣密性測試無法完全保證與實際浸水效果一致，也就是說有不符合要求的PACK流出；二是氣密性的可靠性尚無法給出，在經(jīng)歷一段時間后，將出現(xiàn)不同數(shù)量和程度的氣密性失效。
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