新能源汽車在迅速普及的同時(shí)也帶來一系列的安全問題，特別是電池安全，引起社會(huì)的廣泛關(guān)注。如果電池包防水性達(dá)不到要求，對(duì)其電氣安全、電池性能有著很強(qiáng)的破壞性。在暴雨、涉水場(chǎng)景中，電池包密封性若達(dá)不到要求，車輛可能將將無法啟動(dòng)；如果正處于行駛過程中，那么可能會(huì)限制功率，發(fā)生非正常停車；如果正處于充電狀態(tài)，則可能會(huì)中斷充電。而嚴(yán)重的還會(huì)導(dǎo)致電池線路高壓短路引發(fā)起火，爆炸，或者低壓線路短路，造成冒煙，起火。
為了守住新能源汽車的安全“底線”，從2021年1月1日開始實(shí)施GB 18384-2020《電動(dòng)汽車安全要求》、GB 38032-2020《電動(dòng)客車安全要求》以及GB 38031-2020《電動(dòng)汽車用動(dòng)力蓄電池安全要求》，這三項(xiàng)強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)一步規(guī)范了新能源汽車所要達(dá)到的安全“底線”。但是，僅僅達(dá)到底線是不夠的，目前新能源汽車電池產(chǎn)品技術(shù)仍在發(fā)展之中，企業(yè)有責(zé)任保持更高標(biāo)準(zhǔn)的安全性能，如此才能真正在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中突圍。
一般來說，電池廠商和整車廠商對(duì)電池包都要求達(dá)到IP67等級(jí)及以上，這便對(duì)電池包防水性的技術(shù)有很高的要求。因此，電池包在設(shè)計(jì)之初就要考慮一項(xiàng)重要性能——電池氣密性，以達(dá)到能夠通過浸水實(shí)驗(yàn)
一、影響電池包氣密性的因素
1.1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(jìn)行拼接，再進(jìn)行點(diǎn)焊成型。在焊接時(shí)，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(jìn)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。
1.2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(bǔ)焊”的工藝是目前比較通用的做法。具體控制要點(diǎn)如下：
首先須防止焊穿、偏縫、CMT漏焊。
其次，在進(jìn)行攪拌摩擦焊時(shí)，刀具與箱體底板接觸會(huì)產(chǎn)生大量熱量，引起箱體的變形，使得后期在進(jìn)行裝配時(shí)，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(dāng)電池包內(nèi)外產(chǎn)生壓差時(shí)，會(huì)產(chǎn)生漏氣現(xiàn)象。為保證良好的焊接質(zhì)量，減少變形及焊接缺陷，攪拌摩擦焊的建議參數(shù)為1600～1800r/min，走速為800~1000mm/min。
再次是CMT補(bǔ)焊，當(dāng)攪拌摩擦焊下線后，一般要采用手工補(bǔ)焊的方式進(jìn)行加焊，在可能漏氣或者焊接不良的位置適當(dāng)滿焊，特別是在箱體密封面邊框結(jié)合部位，此部位一般厚度為2mm。由于鋁合金材質(zhì)本身的特性，焊接電流過小時(shí)熔焊深度不夠，容易產(chǎn)生虛焊；焊接電流過大時(shí)，薄板位置又容易產(chǎn)生開裂和穿焊。
為了保證焊接強(qiáng)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(huì)在焊縫與法蘭面之間產(chǎn)生不規(guī)則角度及縫隙。在裝配環(huán)節(jié)，當(dāng)箱蓋壓縮密封墊時(shí)，密封墊會(huì)受到不同的擠壓應(yīng)力，需要對(duì)焊縫進(jìn)行打磨處理，形成最佳圓弧過渡形狀。在裝配時(shí)，密封墊受力變形，可將焊縫周邊位置進(jìn)行填充，起到良好的密封效果。裝配示意圖如圖2和圖3所示。
密封墊壓緊前的裝配示意圖
密封墊壓緊前的裝配示意圖
另外，除了要調(diào)整好攪拌摩擦焊的工藝參數(shù)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(chǎn)生。
1.3鋁壓鑄箱體
鋁壓鑄箱體可以一體成型，改善要點(diǎn)主要針對(duì)合金材質(zhì)，防止有“砂眼”、夾渣等制造缺陷。此外，鋁壓鑄箱體對(duì)密封條安裝面的平面度和精度要求較高，需要對(duì)安裝平面進(jìn)行精加工處理。鋁壓鑄箱體一般適用于小型電池包。當(dāng)電池箱尺寸較大時(shí)，可以增加拼焊工藝來彌補(bǔ)。這類箱體可以很好地滿足IP67標(biāo)準(zhǔn)要求，但鑄造箱體受模具及工藝條件和自身質(zhì)量等因素的限制，對(duì)于大型電池包，需從輕量化及工藝實(shí)現(xiàn)的角度去具體考量。
1.4密封墊
密封墊對(duì)整包的氣密性起決定性作用，材質(zhì)要具備阻燃性能，并符合汽車行業(yè)禁用物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)要求，同時(shí)要避免永久變形。密封墊材料可使用硅膠泡棉。在設(shè)計(jì)時(shí)需要綜合考慮壓縮率與永久變形率的關(guān)系。選用合適的壓縮率的同時(shí)，密封墊的寬度要盡可能的覆蓋住整個(gè)箱體密封面。
1.5電池箱蓋
根據(jù)不同的制造成型工藝，電池箱蓋產(chǎn)品的韌性及強(qiáng)度差別很大。在電池包封蓋安裝時(shí)，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(shè)計(jì)時(shí)，需要根據(jù)電池包的使用環(huán)境和具體要求進(jìn)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(yōu)化纖維分布位置，以降低開裂風(fēng)險(xiǎn)。
1.6電氣接插件
電氣接插件的質(zhì)量?jī)?yōu)劣與電池包氣密性的關(guān)系最為密切。電氣接插件的改善要點(diǎn)主要是接插件自身的密封性，特別是插針位置要有密封設(shè)計(jì)，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(huì)直接或間接影響電池包的氣密性。
1.7防爆透氣閥
防爆透氣閥作為電池包的安全部件，具有內(nèi)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(yīng)滿足電池包的整個(gè)生命周期。因此，在設(shè)計(jì)改善時(shí)，除充分考慮其密封性外，對(duì)使用壽命也有較高的要求。
二、電池Pack包一體化氣密性檢測(cè)方案
在檢測(cè)電池包氣密性的過程中，需要關(guān)注到5個(gè)重要參數(shù)：充氣氣壓、充氣時(shí)間、穩(wěn)壓氣壓、穩(wěn)壓時(shí)間、泄漏率（如小于100Pa即使用泄漏時(shí)間）。
鋰電池Pack包待測(cè)部分如下圖所示
一是直冷板/液冷板管件氣密性檢測(cè)，
液冷板測(cè)試壓力250-400KPa，直冷板測(cè)試壓力1-2MPA。
二是鋰電池包體氣密性檢測(cè)，
檢測(cè)托盤框體與上蓋組裝后氣密性，鋰電池包體整包測(cè)試壓力0-10Kpa
直冷板/液冷板氣密性檢測(cè)時(shí)需要高壓檢測(cè)，電池包體需要低壓檢測(cè)，以往的檢測(cè)方案要配備高低壓兩套不同量程的氣密性檢測(cè)設(shè)備，分別對(duì)直冷板/液冷板、電池包整體進(jìn)行測(cè)試，設(shè)備成本與管理成本成倍增加；且以前的技術(shù)，加壓充氣慢，效率相對(duì)低下。創(chuàng)新解決方案如海瑞思推出的鋰電池Pack包一體化氣密性檢測(cè)系統(tǒng)，如下圖所示，系統(tǒng)構(gòu)成為加壓氣泵+一體化氣密性檢測(cè)儀+快速連接器。測(cè)試量程0-2MPA，集成了高低壓檢測(cè)功能，可滿足直冷板/液冷板管件和電池包整體的測(cè)試壓力需求，一臺(tái)設(shè)備即可輕松應(yīng)對(duì)整個(gè)電池Pack包的氣密性檢測(cè)。
電池包氣密性檢測(cè)試驗(yàn)通過，僅僅只是第一步。因?yàn)闅饷苄越Y(jié)果能夠與電池包浸水試驗(yàn)結(jié)果保持一致，不過這都是出廠前的情況下。而在后期車輛的使用過程中，會(huì)面對(duì)各種復(fù)雜的環(huán)境，會(huì)存在機(jī)械外力、溫度變化、化學(xué)腐蝕等因素，因此電池包的每一部分結(jié)構(gòu)的制造，在選材和工藝上都有嚴(yán)格要求。
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