動力電池的密封結構對于其安全性能具有重要的影響，為此，本文從動力電池的上 / 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鍵部位著手，提出了動力電池密封結構的設計思路。

關鍵字：動力電池　密封　結構;

1　引言

電動汽車是汽車領域的主要發(fā)展趨勢之一。其安全性能備受社會關注?？v觀近年來電動汽車的所有起火事故，因浸水而引起的起火事故占比高達 10%（如圖 1 所示）。

電池組作為電動汽車的動力源，其安全性直接影響整車的安全性。尤其是在底盤下組裝的電池組，至少要滿足IP67等級對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計方案。

2設計方案

電動汽車電池組的密封結構設計主要是機械密封設計，需要考慮以下關鍵部分: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構設計

電池組的上箱體和下箱體的密封面都很大，密封效果對整個電池組的密封性能影響很大。一般電池組的上下盒都會采用彎曲翻邊和密封墊的設計。同時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緊固螺栓充分壓緊耦合，保證了電池盒IP67的防塵防水等級。

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險，電池包上殼和下殼的翻邊安裝螺母可以用帶凸臺的拉鉚螺母固定，減少了焊接螺母導致下殼翻邊的局部過熱和變形，改善了這里的密封設計。

在電池組的設計過程中，考慮到密封性能、使用環(huán)境溫度、成本、可維護性、耐腐蝕性等因素，大部分墊片都會選擇較為常見的泡沫墊片。這種發(fā)泡材料設計的密封結構可以稱為壓縮密封，通過使密封墊形成適當的預壓縮量，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計過程中，墊片的壓縮比是一個非常重要的設計參數。如果墊片壓縮過小，會造成泄漏；如果壓縮過大，密封橡膠的應力會松弛，甚至損壞造成泄漏，同時很容易永久變形。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，應重點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。這兩個方面之間存在著矛盾，壓縮率大可以獲得大的接觸壓力，但是過大的壓縮率無疑會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行密封結構設計，則密封墊容易永久變形，經不起反復拆裝，可以考慮設計成密封墊固定孔處加帶凸臺的拉鉚螺母，上下箱體用螺栓通過此帶凸臺的拉鉚螺母固定在一起的，例如密封墊的高度設計為 5mm，拉鉚螺母的凸臺高度設計為2.5mm，因此密封墊的最大壓縮率是在密封設計中，橡膠的相對變形量一般取為宜。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，除了需考慮密封墊的壓縮率外，還需考慮密封墊的黏結力、防水性能、高低溫性能、防火阻燃性能、還有比較重要的長久使用的可靠性能，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

面密封設計在電池包密封性設計中，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考慮，對電池箱體壁的平面度要求會很高。

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整體，如圖 4 所示，從而有效保證此處的密封等級及提高接插件處固定螺母與下箱體生產的合格率。

2.3　氣壓平衡部件與電池箱體的安裝界

表面密封設計在電動車電池組的長期使用中，由于溫度、海拔等因素的變化，會產生內外壓差，密封面所能承受的壓力是一定的。一旦內外壓差超過極限值，密封接口就會失效，導致IP67防護失效。為了解決這個問題，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計不好，很容易成為整個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的點焊螺母。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

電動汽車電池組的密封結構設計對電池組的安全性至關重要，因此建議在設計電池組密封結構時采用可靠且經過驗證的密封方案設計。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、反復拆裝、長期使用的重要可靠性等。只有這樣才能設計出好的電池組密封方案，從而完善電池安全技術的設計，帶動電動汽車產業(yè)的發(fā)展。