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純電動汽車電池包密封結(jié)構(gòu)研究
2021-09-14 13:43:35· 來源：電動學(xué)堂 作者：李東鋒等
文章來源：海馬轎車有限公司0引言動力電池包是目前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，電池上包的安全性直接影響到整車的安全性。電池包
文章來源：海馬轎車有限公司
0引言
動力電池包是目前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，電池上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。
1電池包密封結(jié)構(gòu)分析
純電動汽車動力電池組輸出電壓高達200V以上，電池箱體必須密封防水，防止進水導(dǎo)致電路短路，電池箱體防護等級要求達到IP67。對于靠自然風(fēng)冷的電池包，電池箱必須是密封的，在在上蓋上加單向閥，起到防爆作用。對于靠強制風(fēng)冷的電池包，除必需的通風(fēng)孔外均不能與大氣相通。密封箱內(nèi)的要求主要考慮電池冷卻氣流的流動問題，不許在某處泄漏，避免冷卻氣流的流動性差造成電池模塊工作溫度的不一致，從而導(dǎo)致性能的一致性進一步的惡化。電池箱體上蓋、下底必須保證沒有穿孔和縫隙，上蓋和下底裝配時，之間必須加密封墊，所有插接頭和進出風(fēng)道安裝處應(yīng)該加密封墊或者進行防水處理。
2密封結(jié)構(gòu)設(shè)計
2.1電池箱體密封面設(shè)計
電池包密封面的設(shè)計對密封性也起重要作用，其設(shè)計需要配合電池包箱體結(jié)構(gòu)和密封圈一起設(shè)計。電池箱體上蓋下底機加工時注意控制精度，上蓋或者下底一般都有兩個以上的件拼焊在一塊，箱體所用鋼板都比較薄，所以最好是用點焊。在點焊前，在兩個鋼板搭接邊的內(nèi)側(cè)涂30mm寬的點焊膠，焊接時控制好電流，防止焊接時把薄鋼板擊穿。有時要是兩個件對焊拼接，為了保證平面度，甚至可以用銅焊，減少焊接熱量及變形，然后打磨平整。上蓋下底加工完成后，過電泳后，應(yīng)在拼焊兩個鋼板搭接邊處涂密封膠，然后進烤房烘干。
為保證良好的密封效果，上蓋和下底之間的密封就格外重要。上蓋和下底之間都是靠兩個面，中間加密封材料。上蓋和下底的密封結(jié)構(gòu)一般有三種。
(1)如圖1結(jié)構(gòu)，上蓋和下底通過螺釘緊固，靠上蓋和下底的翻邊平面擠壓密封，靠上蓋和下底的翻邊之間加密封墊，，需要預(yù)緊力特別大，對兩翻邊的平面度要求比較高。
(2)如圖2結(jié)構(gòu)，上蓋和下底通過螺釘緊固，靠上蓋和下底的豎直面密封，上蓋和下底豎直面之間加密封墊，此結(jié)構(gòu)也需要有較大的預(yù)緊力，但對兩豎直面的平面度要求較低。
(3)如圖3結(jié)構(gòu)，可以看出電池包的密封面的左右方向的面為一個斜面，前后方向的面是一個帶翻邊的斜平面，相對于四周都是等高密封面的結(jié)構(gòu)，左右方向的斜面的設(shè)計雖然加大了設(shè)計和制作的難度，但對電池包的密封效果起到了很大的作用，除了上面介紹的外，另一方面當(dāng)車外有少量液體落在電池包密封斜面上時，斜面的設(shè)計能避免落在斜面上的液體流入到電池包內(nèi)，防止液體對電池系統(tǒng)的破壞。
在電池包下底的密封面內(nèi)側(cè)有一高度為25mm左右的垂直的突出面（如圖3所示），此結(jié)構(gòu)能使電池包上蓋和下蓋更好的定位，把垂直的突出面頂部用一層密封膠封住，就形成了電池包的另一個輔助密封結(jié)構(gòu)，該垂直面高出下底密封面一部分，因此也能對外界液體進入電池包內(nèi)起到一定的阻止作用。
電池箱體的進出風(fēng)口和接插件安裝孔盡量布置在電池箱體1/2高度以上，進出風(fēng)口和接插件固定處必須采取密封措施。
2.2壓縮密封墊設(shè)計
所謂的壓縮密封就是將密封圈形成適當(dāng)?shù)念A(yù)壓縮量，借助于材料的反彈力壓緊密封面而起密封作用的。電池包密封密封圈和密封面的設(shè)計加工時，若使密封圈壓縮量過小，就會引起泄漏；壓縮量過大則會導(dǎo)致密封圈橡膠應(yīng)力松弛而引起泄漏，同時也易永久變形。因此密封圈的設(shè)計要考慮壓縮率，壓縮率W通常用下式表示：
W=(h0-h1)/h0×100%
式中h0——密封圈在自由狀態(tài)下的截面高度（mm）
h1——密封圈壓縮后的電池包上下蓋密封平面的高度（mm）。
在選取密封圈的壓縮率時，應(yīng)從如下兩個方面考慮：
1.要有足夠的密封接觸面積。
2.盡量避免永久變形。
從以上這些因素不難發(fā)現(xiàn)，它們相互之間存在著矛盾。壓縮率大就可獲得大的接觸壓力，但是過大的壓縮率無疑會更加容易造成永久變形，從而減小密封圈的使用壽命。而壓縮率過小則可能由于密封圈高度誤差和電池包密封面高度誤差不符合要求，消失部分壓縮量而引起泄漏。因此，在選擇密封圈的壓縮率時，要權(quán)衡個方面的因素。
通常的密封墊都是設(shè)計為平面帶狀的單級密封，制作簡單，成本較低，但密封效果一般，容易永久變形，經(jīng)不起反復(fù)拆裝。也可以設(shè)計成中間帶金屬導(dǎo)套的雙級密封結(jié)構(gòu)，上下蓋是用螺栓通過此金屬導(dǎo)套固定在一起的，例如密封圈的高度設(shè)計為10mm，金屬導(dǎo)套的高度設(shè)計為8mm，因此密封圈的最大壓縮率是：W=（10-8）/10×100%=20%，其壓縮率滿足平面密封壓縮率的標(biāo)準(zhǔn)（15%-30%），另外金屬導(dǎo)套既能起固定密封圈的作用，也能限制密封圈的壓縮率，使其不會產(chǎn)生過大的壓縮率，造成永久變形。密封圈中間有槽，將密封圈形成為如圖3中序號2的形狀，這樣使密封圈形成了內(nèi)外兩層密封，內(nèi)密封層為主密封層，外密封層為輔助密封層，當(dāng)內(nèi)密封失效時，外密封也能起到一定的密封作用，雙層密封的結(jié)構(gòu)更好的加強了密封效果。
因此，作為壓縮密封墊應(yīng)選擇的材料應(yīng)該考慮工作狀態(tài)、工作介質(zhì)、工作壓力、工作溫度、成本來源等，因此，材料要有好的壓縮率，但不易永久變形，耐腐蝕油污，可反復(fù)拆裝，且應(yīng)該符合GB8410-200阻燃材料的特性，經(jīng)試驗得出EPDM橡膠或者EPDM發(fā)泡橡膠是比較適合的壓縮密封墊材料。
3試驗檢驗
3.1氣密性試驗
把電池箱上蓋蓋嚴(yán)，中間加密封墊，只留一個插接件口作為進氣口，其余插接件孔都堵嚴(yán)實，用胎壓充氣機連接氣壓表，氣壓表出口對著電池箱進口充氣，在以20K氣密性實驗，加氣壓力到1.6KPa,保壓1min，用肥皂水檢查是否有漏氣的地方。若箱子沒有漏氣，可以保壓，說明電池箱體密封性至少在IP66以上。
3.2浸水試驗
把把電池箱上蓋蓋嚴(yán)，中間加密封墊，所有插接件孔都用擋板夾密封墊堵上，把整個電池箱體完全浸入一個盛滿水的池子中，用支架從電池箱上邊把整個箱子完全壓入水中，保持箱子上表面在水下500mm，保持10分鐘，如圖4。待時間到后取出箱子，打開上蓋，看箱體內(nèi)是否浸水。若箱子內(nèi)完全干燥，則說明電池箱體密封性至少達到了IP66以上[11]。若箱子內(nèi)部進水，則說明密封不夠，需要繼續(xù)查找原因，不斷優(yōu)化。
4結(jié)論
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