溫度因素對動力電池性能、壽命、安全性有著至關重要的影響。一般來說電池系統(tǒng)若能在15～35℃內運行，則可實現(xiàn)最佳的功率輸出和輸入、最大的可用能量以及最長的循環(huán)壽命。動力電池通過熱管理系統(tǒng)對電池的溫度進行管理。目前，動力電池系統(tǒng)的熱管理主要可分為四類：自然冷卻、風冷、液冷和直冷，其中自然冷卻是被動式的熱管理方式，而強迫風冷、液冷、直冷是主動式的，這三者的主要區(qū)別在于換熱介質的不同。

直冷方式采用制冷劑作為換熱介質，制冷劑能在氣液相變過程中吸收了大量的熱，與液冷系統(tǒng)利用冷卻液制冷相比，散熱效率是后者的3～4倍，能更快速地將電池系統(tǒng)內部的熱量帶走。直冷系統(tǒng)具有系統(tǒng)緊湊、重量輕以及性能好的優(yōu)勢，例如比亞迪海豚車型就采用的直冷冷卻方式。

對于R-134a等制冷劑，泄漏率通常表示為質量流量（每年的逸出質量）而不是體積流量（特定時間段內給定壓力下的逸出質量）。因此，通過制冷劑的年泄漏量來定義泄漏級別，常用的單位為g/a。以某款車型為例，其直冷板冷卻劑R-134a泄漏量要求小于3g/a。但在工業(yè)生產(chǎn)中，一般通過氣密檢測的方法來檢測直冷板的漏率，常用的漏率單位為mbar?L/s或Pa?m3/s。因此，需要研究制冷劑液體漏率到氣體漏率的轉化關系，并根據(jù)氣體漏率指導直冷板氣密檢測設備選型。

1制冷劑液體漏率到氣體漏率的轉化

1.1理想狀態(tài)下的氣體泄漏率

根據(jù)質量守恒，液體制冷劑的泄漏量可以轉化成理想狀態(tài)下同質量該物質的氣體量。在標準狀態(tài)下（P0=1.013×105Pa、T0=273K），理想中1mol氣體在標準大氣壓下的體積約為22.4L，即Vm=22.4L=22.4×10-3m3。理想氣體氣態(tài)方程及氣體漏率公式為

式中，M為每秒制冷劑R-134a的泄漏量，可以由制冷劑R-134a的年泄漏量計算；u為制冷劑R-134a的相對分子質量，取102.03；T為當前溫度（常溫20℃）對應的開爾文溫度，取293K；t為時間，取1s。

由此可以推出：

式中，Q0為標準大氣壓下氣態(tài)R-134a的泄漏率。至此，完成了制冷劑液體漏率到標準狀態(tài)下氣體漏率的轉化。以上文的某款車型直冷板冷卻劑R-134a泄漏量要求小于3g/a為例，可以計算出其標準大氣壓下氣態(tài)R-134a泄漏率Q=2.271×10-6Pam3/s。

1.2工作壓力下的氣體泄漏率

直冷板是通過制冷劑蒸發(fā)散發(fā)的方式對電池包降溫，其不同規(guī)格的直冷板最高工作范圍為2.0～3.5MPa，正常工作壓力為0.8～2.0MPa。圖1為某款新型電池包、直冷板，不但承擔電池包溫度控制功能，亦是結構件，作為電池包上蓋起到支撐作用。

通常情況下，處理氣體在管理中的流動均采用連續(xù)介質模型，但是直冷板大多是從管路接頭、焊縫、本身缺陷等特征尺寸極小的縫隙或者漏孔向外泄漏的。漏孔的特征尺寸很小，故氣體流動呈現(xiàn)出稀薄效應。根據(jù)克努森數(shù)（Kn）對氣體稀薄程度的判定，稀薄氣體流動基本上分為3個領域，即粘滯流域、過渡流域和自由分子流域。不過對于同一個漏孔，由于其幾何尺寸一定，在工作溫度一定時，漏孔漏率與漏孔兩端壓力差有關，且關系式表達如下：

式中，C和n為與漏孔自身相關的常數(shù)，表明對一個固定漏孔，在環(huán)境溫度和充入氣體壓力不變的條件下，其漏率值與漏孔壓力的n次方成線性關系。

不同學者對于漏孔及漏孔氣體流動狀態(tài)做了大量研究，鐘博揚等的研究表明，在分子流狀態(tài)下，漏孔的漏率與漏孔兩端的壓差成正比；在粘滯流狀態(tài)下，漏孔的漏率與漏孔兩端的壓力的平方差成正比，即當n=1時，漏孔內氣體為分子流；當1    

式中，Q0為標準大氣壓下的氣態(tài)R-134a泄漏率；P0為標準大氣壓；P為直冷板的工作壓力；Q1為工作壓力下的泄漏率。由此可以計算出Q1=9.084×10-4Pa?m3/s。至此，推導出了制冷劑液體泄漏率到制冷劑氣體在工作壓力下的泄漏率轉換。

1.3工作壓力下的測試氣體泄漏率

在工業(yè)生產(chǎn)中，一般采用空氣或者示蹤氣體，如氦氣等來檢測產(chǎn)品的氣密性。故在應用中，還需要將在工作壓力下的制冷劑的氣體泄漏率轉換為測試氣體泄漏率。根據(jù)王維等研究，在粘滯流狀態(tài)下，漏率主要受粘滯系數(shù)大小的影響，示漏氣體的粘滯系數(shù)越大，運動所受阻力就越大，氣體流動性變差，漏率變得更小[5]。在實驗環(huán)境及粘滯流漏孔內部壓強相同時，其公式可表達為

式中，Qgas1為示漏氣體為介質1時的泄漏率；Qgas2為試漏氣體為介質2時的泄漏率；η1和η2分別為不同介質氣體的粘度。參考式（6），在已知制冷劑氣體粘滯系數(shù)和測試氣體粘滯系數(shù)的情況下，即可完成制冷劑液體漏率到測試氣體在工作壓力下的漏率轉換。

2直冷板的氣密檢測方法

在工業(yè)生產(chǎn)中，氣密檢測可以根據(jù)使用氣體的不同分為空氣檢法（下文統(tǒng)一用D2表示）、氫檢、氦檢等；根據(jù)檢測方法的不同，又分為直壓檢測、差壓檢測、流量法檢測等。使用D2檢測的一般氣密檢測設備最高檢測范圍在10-2Pa?m3/s，參考式（6）的結果可以看出，采用空氣作為氣密檢測介質的檢測設備測試精度不適用于直冷板的微小泄漏。特別值得說明的是，在實際應用中，有不少企業(yè)沿用液冷板的檢測方式和設備來檢測直冷板漏率，液冷板的最大工作壓力為200kPa，根據(jù)式（5）可以看出，按照這種測試方法，漏孔的真實漏率比縮小了100倍，結果嚴重失真。

氦質譜檢漏技術是以氦氣為示蹤介質，使用磁質譜分析儀進行檢測的一種檢漏方法[6]，其基本原理就是根據(jù)離子在垂直于磁場平面中運動時，不同質荷比的離子具有不同的偏轉半徑來實現(xiàn)異種離子的分離。

氦氣示蹤檢測法靈敏度高，其檢測精度可以達到10-8～10-12Pa?m3/s，且氦氣屬于惰性氣體，化學性質穩(wěn)定，近似不可燃，廣泛應用于氣密要求較高的密閉容器上。因此，可以采用氦檢的方法來檢測直冷板漏率，檢測方法一般分為兩種，真空累積法與吸槍氦檢法。真空累積檢測法主要原理是首先將工件抽真空后充入指定壓力氦氣，然后工件放入真空箱，氦氣會通過漏孔擴散至真空腔內從而被探測到，再通過氦檢漏儀高精度迅速準確的判斷工件的泄漏情況。真空累積氦檢儀的結構如圖2所示。

吸槍氦檢法主要原理是工件無需抽空，直接充入氦氣直至混合氣體氦氣濃度大于5%，使用吸槍緩慢掃過工件表面，采集泄漏出來的氣體，吸槍連接的氦檢測儀會根據(jù)設備內部進入的氦氣量來計算泄漏率。吸槍氦檢法的結構如圖3所示。

真空氦檢累積法檢測節(jié)拍快，可以判斷工件整體狀態(tài)，而吸槍氦檢法可以精確尋找工件漏點位置，因而產(chǎn)線大批量檢測使用真空氦檢法，對檢測出的不合格品再用吸槍氦檢設備精確定位其漏點。

2.1直冷板的氦檢檢測方法

采用氦檢方法來檢測直冷板時，涉及不同介質漏率轉化。根據(jù)式（6），即可推導出氦氣檢測時的漏率。氦氣示蹤檢測方法中，為了節(jié)約氦氣，降低成本，有時也采用較低濃度的氦氣、空氣混合氣體來檢漏，則這時式（6）中的粘度應該取該混合氣體的粘度。計算公式可以參考楊淞成等的研究結論：

式中，ηm為混合氣體的粘度；yi為不同氣體的體積分數(shù)；ηi為不同氣體的粘度；Mi為不同氣體的分子量。

根據(jù)式（6）、式（7）可以推導出混合氣體的泄漏率為

當使用純氦氣檢測時，QHe=1.504×10-5Pa?m3/s，在常溫為20℃、壓力為2MPa工況下，R-134a粘度為4.14×10-7Pa?s；同工況下，氮氣粘度為2.5×10-5Pa?s。

2.2試驗驗證與分析

選擇10個泄漏量為3g/y的直冷板，按照《汽車空調制冷劑（R-134a）泄漏測試方法》測試，通過上述的累積氦檢測方法進行檢測，統(tǒng)計其實際漏率并與理論計算值進行對比。直冷板氦檢試驗結果如表1所示。

試驗測試的數(shù)據(jù)均在10-5pa?m3/s量級，與理論計算的結果非常接近，說明理論計算可以很好地滿足工程應用。

2.3直冷板氦檢的注意事項

由于漏率與氣體粘度相關，在實際應用中并不能單純地用其中一種示漏氣體對應的漏率去替代另一種。比如部分公司為了降低氦檢成本，也有用氫氦混合氣體來替代純氦作為檢測介質，此時漏率應該按照混合氣體粘度重新修訂。

此外，采用真空氦檢累積法來檢測直冷板漏率時，由于直冷板抽真空后再充入純氦檢測，因

此，也可以增加氦氣回收裝置，在測試完成后回收測試氣體復用，用以降低成本。

3結論

本文通過理論求導求出了直冷板液冷劑年泄漏量到氣體檢測漏率的轉化公式，并提出了直冷板氦檢的檢測方法，并論證了其合理性。工程人員可以快速參考公式設定產(chǎn)線檢測標準，但必須指出的是，本文是建立在理想標準漏孔模型的基礎上推導的，實際冷板漏孔不規(guī)則，無法完全擬合，在工程應用還需要結合實際調整漏率標準。