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影響新能源汽車電池包氣密性的關鍵要素及改善要點解析

發布時間:2022-07-11 14:51:56

一、影響電池包氣密性的要素:

1.碳素鋼鈑金箱體:一般而言,碳素鋼鈑金箱體采用鈑金沖壓成零部件后,直接進行拼接,再進行點焊成型。在焊接時,首先要控制焊接電流大小,防止焊穿或漏焊。

其次,在箱體焊接成型后,要進行整形處理,特別是要求箱體密封面平整、無毛刺。再次,是要保持接插件安裝面的漆膜表面粗糙度。

在同樣的試驗設備及試驗條件下,準備體積為0.5 m^3 的密閉試驗箱、轉接板(3個)、接插件、防爆透氣閥和充氣軟管。具體試驗過程如下:

(1)充氣前,先將轉接板表面噴涂具有不同粗糙度的漆膜,待漆膜干透后,使用表面粗糙度測量儀對3個接插件轉接板的漆膜表面粗糙度進行3組數據的測量,誤差范圍為±3μm;

(2)將轉接板逐個安裝在試驗箱側壁上,轉接板與試驗箱有密封墊,以確保密封;

(3)將充氣接頭連接防爆透氣閥進行充氣至1000Pa,保壓60s,測量不同轉接板試驗箱的泄漏量大小。

通過試驗驗證,發現在不同的漆膜表面粗糙度的情況下,接插件安裝面的氣密性能差異較大。在生產制作箱體時,須特別注意控制接插件安裝面的漆膜粗糙度,并避免此部位出現凸凹不平、顆粒、褶皺等缺陷。

2.鋁合金型材箱體:采用“鋁型材擠壓成型+攪拌摩擦焊+冷金屬過渡(CMT)補焊”的工藝是目前比較通用的做法。具體控制要點如下:首先須防止焊穿、偏縫、CMT漏焊。其次,在進行攪拌摩擦焊時,刀具與箱體底板接觸會產生大量熱量,引起箱體的變形,使得后期在進行裝配時,箱蓋壓緊密封墊,密封墊局部受壓不均勻,從而形成不同的壓縮變形率。當電池包內外產生壓差時,會產生漏氣現象。為保證良好的焊接質量,減少變形及焊接缺陷,攪拌摩擦焊的建議參數為1600~1800r/min,走速為800~1000mm/min。再次是CMT補焊,當攪拌摩擦焊下線后,一般要采用手工補焊的方式進行加焊,在可能漏氣或者焊接不良的位置適當滿焊,特別是在箱體密封面邊框結合部位,此部位一般厚度為2mm。由于鋁合金材質本身的特性,焊接電流過小時熔焊深度不夠,容易產生虛焊;焊接電流過大時,薄板位置又容易產生開裂和穿焊。為了保證焊接強度,往往需要在接縫處堆焊,高度一般≤2.5mm。然而,堆高的焊縫會在焊縫與法蘭面之間產生不規則角度及縫隙。在裝配環節,當箱蓋壓縮密封墊時,密封墊會受到不同的擠壓應力,需要對焊縫進行打磨處理,形成最佳圓弧過渡形狀。在裝配時,密封墊受力變形,可將焊縫周邊位置進行填充,起到良好的密封效果。另外,除了要調整好攪拌摩擦焊的工藝參數外,還要制作精良的焊裝夾具,以減小焊接變形,降低焊接缺陷的產生。

3.鋁壓鑄箱體:鋁壓鑄箱體可以一體成型,改善要點主要針對合金材質,防止有“砂眼”、夾渣等制造缺陷。此外,鋁壓鑄箱體對密封條安裝面的平面度和精度要求較高,需要對安裝平面進行精加工處理。鋁壓鑄箱體一般適用于小型電池包。當電池箱尺寸較大時,可以增加拼焊工藝來彌補。這類箱體可以很好地滿足IP67標準要求,但鑄造箱體受模具及工藝條件和自身質量等因素的限制,對于大型電池包,需從輕量化及工藝實現的角度去具體考量。

4.密封墊:密封墊對整包的氣密性起決定性作用,材質要具備阻燃性能,并符合汽車行業禁用物質的標準要求,同時要避免永久變形。密封墊材料可使用硅膠泡棉。該試驗是在同樣的試驗條件及試驗環境下進行的。從試驗數據結果表明,密封墊在不同的壓縮率的情況下,永久變形力差別較大,壓縮率越高,泄漏量越小,氣密性越好;反之,氣密性越差。在設計時需要綜合考慮壓縮率與永久變形率的關系。選用合適的壓縮率的同時,密封墊的寬度要盡可能的覆蓋住整個箱體密封面。

5.電池箱蓋:根據不同的制造成型工藝,電池箱蓋產品的韌性及強度差別很大。在電池包封蓋安裝時,容易造成受力不均而開裂,從而影響電池包的氣密性。在改善設計時,需要根據電池包的使用環境和具體要求進行匹配。例如:SMC電池箱蓋可以增大箱蓋法蘭邊與立面的圓角半徑,優化纖維分布位置,以降低開裂風險。

6.電氣接插件:電氣接插件的質量優劣與電池包氣密性的關系最為密切。電氣接插件的改善要點主要是接插件自身的密封性,特別是插針位置要有密封設計,接插件安裝面的平面度、O型密封圈的永久變形性等方面,這些因素都會直接或間接影響電池包的氣密性。

7.防爆透氣閥:防爆透氣閥作為電池包的安全部件,具有內部排氣和外部密封的雙重作用。其氣密性要求與電氣接插件類似,但要求防爆透氣閥的使用壽命應滿足電池包的整個生命周期。因此,在設計改善時,除充分考慮其密封性外,對使用壽命也有較高的要求。

二、試驗方法:

1.氣密性試驗:在電池包裝配完畢后,按企業標準要求進行電池包密封性測試,滿足出貨要求。

2.浸水測試:在進行浸水測試前,需要檢查電池系統的基本信息,包括單體電壓、單體溫度和絕緣電阻等,要確認電池系統各項參數處于正常狀態。經氣密性測試合格,并且按顧客規定的標準要求充電。將其以實車裝配狀態與整車線束相連,完全浸入1m 水深,持續30min。在測試后,需擦干水漬,測量單體電壓、溫度和絕緣電阻,并打開上蓋檢查外殼的進水情況。測試以顧客標準要求作為判定合格與否的依據。

3.防塵測試:在進行防塵測試前,需要按照浸水試驗前的要求先檢查電池包的各項參數,確保測試狀態正常。在防塵箱內進行防塵測試,按照測試箱容積,滑石粉用量為2kg/m^3,使用次數不超過20次。按正常位置將電池包放入測試箱內,持續8h,測試要求殼內無明顯灰塵。
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