動(dòng)力電池的密封結(jié)構(gòu)對(duì)于其安全性能具有重要的影響，為此，本文從動(dòng)力電池的上 / 下箱體連接界面、高低壓連接器以及外露器件跟電池箱體的安裝界面等關(guān)鍵部位著手，提出了動(dòng)力電池密封結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)思路。

關(guān)鍵字：動(dòng)力電池　密封　結(jié)構(gòu);

1　引言

電動(dòng)汽車是汽車領(lǐng)域的主要發(fā)展趨勢(shì)之一。其安全性能備受社會(huì)關(guān)注?？v觀近年來(lái)電動(dòng)汽車的所有起火事故，因浸水而引起的起火事故占比高達(dá) 10%（如圖 1 所示）。

電池組作為電動(dòng)汽車的動(dòng)力源，其安全性直接影響整車的安全性。尤其是在底盤(pán)下組裝的電池組，至少要滿足IP67等級(jí)對(duì)電池外殼防塵防水的要求，才能保證電池組的防水密封性能。本文從電池組的防水要求出發(fā)，探討了電池盒密封的具體設(shè)計(jì)方案。

2設(shè)計(jì)方案

電動(dòng)汽車電池組的密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要是機(jī)械密封設(shè)計(jì)，需要考慮以下關(guān)鍵部分:1)下盒與上盒的連接接口，2)高低壓連接器，3)外露器件與電池盒的安裝接口。

2.1下盒與上盒連接接口密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

電池組的上箱體和下箱體的密封面都很大，密封效果對(duì)整個(gè)電池組的密封性能影響很大。一般電池組的上下盒都會(huì)采用彎曲翻邊和密封墊的設(shè)計(jì)。同時(shí)將密封墊的螺栓孔壓在電池盒下盒的翻邊鉚接螺母上(圖2)，上下盒翻邊與密封墊通過(guò)緊固螺栓充分壓緊耦合，保證了電池盒IP67的防塵防水等級(jí)。

值得注意的是，電池包上箱體和下箱體要有足夠的密封接觸面邊距（如圖 3 所示），B 1 ≥ 20mm，B 2 ≥ 6mm，才能有效地保證密封接觸面良好。

為了保證電池包下殼翻邊的平整度，降低翻邊處的密封風(fēng)險(xiǎn)，電池包上殼和下殼的翻邊安裝螺母可以用帶凸臺(tái)的拉鉚螺母固定，減少了焊接螺母導(dǎo)致下殼翻邊的局部過(guò)熱和變形，改善了這里的密封設(shè)計(jì)。

在電池組的設(shè)計(jì)過(guò)程中，考慮到密封性能、使用環(huán)境溫度、成本、可維護(hù)性、耐腐蝕性等因素，大部分墊片都會(huì)選擇較為常見(jiàn)的泡沫墊片。這種發(fā)泡材料設(shè)計(jì)的密封結(jié)構(gòu)可以稱為壓縮密封，通過(guò)使密封墊形成適當(dāng)?shù)念A(yù)壓縮量，利用材料的反彈力將蓋子壓緊，起到密封作用。

在電池組壓縮密封的設(shè)計(jì)過(guò)程中，墊片的壓縮比是一個(gè)非常重要的設(shè)計(jì)參數(shù)。如果墊片壓縮過(guò)小，會(huì)造成泄漏；如果壓縮過(guò)大，密封橡膠的應(yīng)力會(huì)松弛，甚至損壞造成泄漏，同時(shí)很容易永久變形。壓縮比ε通常由以下公式表示:

式（1）中：

h0 為密封墊自由狀態(tài)下的截面高度，單位為 mm；h1 為密封墊壓縮后的電池包上下箱體密封面平面的高度，單位為 mm。在選取密封墊的壓縮率時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)從如下兩個(gè)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。這兩個(gè)方面之間存在著矛盾，壓縮率大可以獲得大的接觸壓力，但是過(guò)大的壓縮率無(wú)疑會(huì)更加容易造成永久變形，從而減小密封墊的使用壽命。而壓縮率過(guò)小則可能由于密封墊高壓誤差和電池包密封面高度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。

如果在電池包下箱體翻邊上單用一層密封墊進(jìn)行密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，則密封墊容易永久變形，經(jīng)不起反復(fù)拆裝，可以考慮設(shè)計(jì)成密封墊固定孔處加帶凸臺(tái)的拉鉚螺母，上下箱體用螺栓通過(guò)此帶凸臺(tái)的拉鉚螺母固定在一起的，例如密封墊的高度設(shè)計(jì)為 5mm，拉鉚螺母的凸臺(tái)高度設(shè)計(jì)為2.5mm，因此密封墊的最大壓縮率是在密封設(shè)計(jì)中，橡膠的相對(duì)變形量一般取為宜。也有一些如 HT-800 的材料，自身的壓縮率很大，變形量可以達(dá)到。

為了保證電池包的密封可靠性，一般密封墊的變形量要大于 30%，小于60%；密封界面壓力大于 3kPa。在選用密封墊時(shí)，除了需考慮密封墊的壓縮率外，還需考慮密封墊的黏結(jié)力、防水性能、高低溫性能、防火阻燃性能、還有比較重要的長(zhǎng)久使用的可靠性能，這樣才能保證電池包上箱體與下箱體處連接界面密封安全性。

2.2　高低壓連接器與電池箱體的安裝界

面密封設(shè)計(jì)在電池包密封性設(shè)計(jì)中，大多電池汽車用電池包的高低壓連接器與電池箱體的安裝螺母采用普通點(diǎn)焊螺母的方式，安裝界面密封失效率也是很高的，故高低壓連接器與電池箱體固定處的密封性需重點(diǎn)考慮，對(duì)電池箱體壁的平面度要求會(huì)很高。

為了保證高低壓連接器與電池箱體固定處的密封性，其固定點(diǎn)的螺母可以采用盲孔碰焊螺母，并把其法蘭面直接碰焊到電池箱體壁上，可以保證接插件碰焊螺母與電池箱下箱體壁孔完全融合成一個(gè)整體，如圖 4 所示，從而有效保證此處的密封等級(jí)及提高接插件處固定螺母與下箱體生產(chǎn)的合格率。

2.3　氣壓平衡部件與電池箱體的安裝界

表面密封設(shè)計(jì)在電動(dòng)車電池組的長(zhǎng)期使用中，由于溫度、海拔等因素的變化，會(huì)產(chǎn)生內(nèi)外壓差，密封面所能承受的壓力是一定的。一旦內(nèi)外壓差超過(guò)極限值，密封接口就會(huì)失效，導(dǎo)致IP67防護(hù)失效。為了解決這個(gè)問(wèn)題，通常在電池組上安裝氣壓平衡部件，如排氣閥或防爆閥。如果氣壓平衡組件與電池殼之間的密封設(shè)計(jì)不好，很容易成為整個(gè)電池組密封失效的位置。上電池盒排氣閥固定螺母采用帶平臺(tái)的點(diǎn)焊螺母。排氣閥固定螺母焊接到上電池盒后，螺母的焊接面與上電池盒齊平，有效保證了排氣閥固定螺釘與上盒壁的耦合，從而保證了此處的密封性。

3總結(jié)

電動(dòng)汽車電池組的密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)電池組的安全性至關(guān)重要，因此建議在設(shè)計(jì)電池組密封結(jié)構(gòu)時(shí)采用可靠且經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的密封方案設(shè)計(jì)。選用的密封材料和方案不僅要考慮墊片的壓縮比，還要考慮工作環(huán)境、耐腐蝕、耐油污、防水性能、高低溫性能、耐火阻燃性能、成本、反復(fù)拆裝、長(zhǎng)期使用的重要可靠性等。只有這樣才能設(shè)計(jì)出好的電池組密封方案，從而完善電池安全技術(shù)的設(shè)計(jì)，帶動(dòng)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。