一文看懂-動力電池包液冷板及電池包的氣密性測試標(biāo)準(zhǔn)

液冷板通常由一些薄片狀的鋁合金散熱片通過嵌套或焊接等方式組成，其內(nèi)部也會設(shè)置一些導(dǎo)流型內(nèi)部通道，用于導(dǎo)流流體冷卻介質(zhì)以帶走熱量。

液冷板在出廠前需進(jìn)行嚴(yán)格的氣密性檢測，來確保散熱效果與耐用性。下文小編就帶大家詳細(xì)了解液冷板的氣密性檢測。

一、液冷板氣密性檢測方法

壓力法

又稱為降壓法、氣檢法。通常有直壓氣密檢測、差壓氣密性檢測等多種檢測方式，根據(jù)不同的產(chǎn)品需求來選擇檢測方式，動力電池液冷板氣密性測試通常采用直壓檢測方式進(jìn)行。

這種方法需要按照檢測需求，把特定壓力的氣體注入液冷板部件，通過保壓觀察工件內(nèi)部壓力變化的大小，進(jìn)而判斷液冷板工件是否存在泄漏；觀察其保壓情況，如果保壓能力超過標(biāo)準(zhǔn)，則液冷板氣密性能較好-公眾號-新能源電池包技術(shù)-。

浸泡法

又稱水檢，將待檢的液冷板浸入水中，然后觀察是否有氣泡產(chǎn)生，如有氣泡，說明液冷板有漏洞，不符合檢測標(biāo)準(zhǔn)。

氫檢漏法

在檢測之前，準(zhǔn)備一個裝水的容器，將容器內(nèi)的水加壓處理，使容器的水壓前后差值在5~10MPa之間，再將液冷板的輸出口，放置在加壓容器的水面下，如液冷板發(fā)生泄漏，那么輸出口處的氫氣就會被水吸收，而水里的氫氣用檢測儀器進(jìn)行檢測，就能定位液冷板泄漏點的位置。

04

熱循環(huán)法

這種方法是先將液冷板放于低溫環(huán)境中，然后快速加熱到高溫環(huán)境，觀察液冷板是否有變形或產(chǎn)生漏洞的情況，如存在，則說明液冷板氣密性不佳。

二、水冷板測試要求

測試壓力：200kpa-250kpa 標(biāo)準(zhǔn)：測試30秒 ＜100pa，IP67

三、氣密性試驗的介紹

氣密性試驗是驗證容器氣密性的檢測方式，又稱密封性測試或者防水測試。是為防止壓力容器發(fā)生泄漏，從而采用的以氣體為加壓介質(zhì)的致密性試驗。氣密性試驗必須在液壓試驗合格才能進(jìn)行，根據(jù)裝置不同，檢驗的方法也會有區(qū)別。

在選擇與準(zhǔn)備檢測的過程中，還需掌握一些原則，比裝置內(nèi)的液體要構(gòu)成一個封閉的環(huán)境，這樣就能夠改變溫度，也可以導(dǎo)致壓力的強(qiáng)度出現(xiàn)變化，通過這個變化就可以有效判斷氣密性好壞。

一般來說，電池廠商和整車廠商對電池包都要求達(dá)到IP67等級及以上，這便對電池包防水性的技術(shù)有很高的要求。因此，電池包在設(shè)計之初就要考慮一項重要性能——電池氣密性，以達(dá)到能夠通過浸水實驗

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(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，刀具與箱體底板接觸會產(chǎn)生大量熱量，引起箱體的變形，使得后期在進(jìn)行裝配時，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。-公眾號-新能源電池包技術(shù)-當(dāng)電池包內(nèi)外產(chǎn)生壓差時，會產(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，焊接電流過小時熔焊深度不夠，容易產(chǎn)生虛焊；焊接電流過大時，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，密封墊會受到不同的擠壓應(yīng)力，需要對焊縫進(jìn)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(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，改善要點主要針對合金材質(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(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，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，對于大型電池包，需從輕量化及工藝實現(xiàn)的角度去具體考量。

1.4密封墊

密封墊對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，同時要避免永久變形。密封墊材料可使用硅膠泡棉。在設(shè)計時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，密封墊的寬度要盡可能的覆蓋住整個箱體密封面。

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，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)計時，需要根據(jù)電池包的使用環(huán)境和具體要求進(jìn)行匹配。-公眾號-新能源電池包技術(shù)-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。

1.6電氣接插件

電氣接插件的質(zhì)量優(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，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。

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)滿足電池包的整個生命周期。因此，在設(shè)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、電池Pack包一體化氣密性檢測方案

在檢測電池包氣密性的過程中，需要關(guān)注到5個重要參數(shù)：充氣氣壓、充氣時間、穩(wěn)壓氣壓、穩(wěn)壓時間、泄漏率（如小于100Pa即使用泄漏時間）。

鋰電池Pack包待測部分如下圖所示

一是直冷板/液冷板管件氣密性檢測，

液冷板測試壓力250-400KPa，直冷板測試壓力1-2MPA。

二是鋰電池包體氣密性檢測，

檢測托盤框體與上蓋組裝后氣密性，鋰電池包體整包測試壓力0-10Kpa

直冷板/液冷板氣密性檢測時需要高壓檢測，電池包體需要低壓檢測，以往的檢測方案要配備高低壓兩套不同量程的氣密性檢測設(shè)備，分別對直冷板/液冷板、電池包整體進(jìn)行測試，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+一體化氣密性檢測儀+快速連接器。-公眾號-新能源電池包技術(shù)-測試量程0-2MPA，集成了高低壓檢測功能，可滿足直冷板/液冷板管件和電池包整體的測試壓力需求，一臺設(shè)備即可輕松應(yīng)對整個電池Pack包的氣密性檢測。

鋰電池Pack包一體化氣密性檢測系統(tǒng)

氣密檢測標(biāo)準(zhǔn)制定

IP68防護(hù)等級中IP是Ingress Protection的縮寫，第一個數(shù)字是固態(tài)防護(hù)等級，6表示無塵埃進(jìn)入，第二個數(shù)字是液態(tài)防護(hù)等級，8表示進(jìn)入規(guī)定的壓力水中經(jīng)規(guī)定時間后外殼進(jìn)水量不致達(dá)到有害程度，IP68對動力電池檢測標(biāo)準(zhǔn)條件為測試件處在水深1m，沉水1h，通過標(biāo)準(zhǔn)為內(nèi)部無水進(jìn)入。

IP68沉水測試的方法耗時較長，對動力電池具有破壞性，且具有一定的安全風(fēng)險，不適合作為動力電池的下線檢測。目前各大主機(jī)廠和電池廠均使用氣密檢測來保證動力電池滿足IP68的要求，目前國內(nèi)大部分主機(jī)廠和電池廠使用壓降法來檢測動力電池的密封性，壓降法優(yōu)點是只需干凈的壓縮氣源，測試成本低、操作簡單、設(shè)備成本低廉和效率高；缺點是壓降法與動力電池內(nèi)部的空間體積有很大關(guān)系，對于不同的電池系統(tǒng)壓降法允許的壓降值不同。

需要設(shè)定合適的氣密檢測標(biāo)準(zhǔn)才能滿足IP68的要求，氣密檢測標(biāo)準(zhǔn)的制定需壓降值與泄漏率的關(guān)系，以及孔徑與漏水的關(guān)系等。在第19屆世界無損檢測大會上Rudolf等針對汽車孔徑和泄露量的關(guān)系研究中表明，當(dāng)孔徑直徑≈0.01mm時，在100s內(nèi)，100kPa的壓差下，漏氣量≈1cm3。

實驗驗證的目的是驗證孔徑的大小和數(shù)量與漏水的關(guān)系，物料狀態(tài)如表1。

測試件準(zhǔn)備：

（1）將微孔板用密封膠粘接在型材的一端，將板端向下防止在裝平臺上，板中部懸空；

（2）向管內(nèi)注入純凈水至1m高度位置(模擬水下1m壓力狀態(tài))；

4個試件注入水后在工裝平臺上靜置1h，觀察其滲漏和低落情況，試驗結(jié)果見表2。

通過上述結(jié)果得知，當(dāng)有6個直徑為0.01mm的小孔時，無水滴落，此時的狀態(tài)滿足IP68的要求。

通過上述Rudolf等的研究[得知，此時允許的氣體泄漏量為6cm3/100s@100kPa。水深1m處的壓力值為10kPa，根據(jù)同一氣體測試壓與泄露量之比的關(guān)系如式（1）。

得出此時允許的泄露率約為：90cm3/100s@10kPa，即54cm3/min@10kPa，即要在保證動力電池滿足IP68的要求，流量法檢測氣密時需泄漏率小于54cm3/min@10kPa。

同時根據(jù)理想氣體計算公式：

p×V=N×K×T（2）

(p-?p)×V=(N-?p)×K×T（3）

(Q1/60)×t×patm=?N×K×!（4）

Q1=（60×V×?p/t）/patm（5）

?p=Q1×patm×t/(60×V)（6）

式中，p為測試壓力；V為氣體體積；?p為壓力損失；?N分子量的泄漏；patm為大氣壓力；N為分子量；Q為泄漏率。

根據(jù)理想氣體的計算公式，計算壓差與泄露量的關(guān)系，見表3。以動力電池內(nèi)部體積85L,檢測時間1min，測試壓力10kPa為例，此時計算出的允許的壓差泄露量為64.37Pa,但目前各大主機(jī)廠動力電池下線檢測壓力為5kPa，此時允許的泄露率為32.19Pa/min@5kPa。

3氣密檢測標(biāo)準(zhǔn)驗證

基于北汽新能源某款動力電池進(jìn)行氣密性驗證，此款動力電池包內(nèi)體積為85L,下線測試壓力為5kPa，完全符合表3條件。

測試方法：

（1）按照動力電池氣密檢測標(biāo)準(zhǔn)完成對動力電池的氣密檢測，記錄氣密檢測值；

（2）以封堵工裝對動力電池對外接口進(jìn)行封堵，封裝工裝貼近于實際整車狀態(tài)；

（3）以IP68對動力電池進(jìn)行沉水試驗，記錄試驗狀態(tài)；

（4）從水中取出電池包，擦拭動力電池外包絡(luò)，避免外部水分進(jìn)入動力電池內(nèi)部；

（5）拆開動力電池進(jìn)行觀察，記錄動力電池內(nèi)部是否有水進(jìn)入。

試驗結(jié)果見表4。

4結(jié)論

當(dāng)小孔的直徑≤0.01mm時，且同一區(qū)域的小孔數(shù)量≤6個時，動力電池可以滿足IP68的要求；

相同試驗條件下，隨著充氣壓力的增加，允許的最大泄漏量增加；

當(dāng)最大泄漏量一定時，動力電池內(nèi)部的體積越大，允許的壓差值越??；

為保證動力電氣滿足IP68的要求，動力電池氣密測試時最大泄露率≤27cm3/min@5kPa，根據(jù)測試壓力不同，需相應(yīng)改變泄露量的值；

電池系統(tǒng)內(nèi)部空間確定好后，根據(jù)理想氣體計算公式可以計算出允許泄露的壓差值；

動力電池的密封性與箱體結(jié)構(gòu)有較大關(guān)系，理論計算出最大允許泄露量后仍需進(jìn)行沉水驗證。

• 注：文中觀點僅供分享交流來源于網(wǎng)絡(luò)，轉(zhuǎn)載文章的版權(quán)歸原作者所有，如涉及版權(quán)等問題，請您告知，我們將及時處理并刪除！

• 0、重磅 | 《新能源汽車動力電池包PACK設(shè)計課程從入門到精通40講+免費(fèi)分享篇》視頻-2024年課程安排

• 持續(xù)更新：典型電池包案例分析（奧迪etron、捷豹I-pace、大眾MEB、MODEL3、通用BOLT等）：

  為什么選擇這套課程：

  大家好，我是LEVIN老師，近10年專注新能源動力電池包PACK系統(tǒng)設(shè)計、電池包熱管理設(shè)計及CFD仿真。

  該課程是全網(wǎng)唯一系統(tǒng)層級的PACK設(shè)計教程，從零部件開發(fā)到結(jié)構(gòu)設(shè)計校核一系列課程，重點關(guān)注零部件設(shè)計、熱管理零部件開發(fā)、電氣零部件選型等，讓你從一個小白從零開始入門學(xué)習(xí)新能源電池包設(shè)計。

  2024回饋新老新能源人，（新能源電池包技術(shù)）公眾號特惠，為方便大家提升，限量50份半價出售全套《新能源電池包PACK設(shè)計入門到進(jìn)階30講+免費(fèi)能分享篇》、《Fluent新能源電池包PACK熱管理仿真入門到進(jìn)階28講+番外篇》視頻課程，并送持續(xù)答疑！了解更多課程，加微信號詳詢：LEVIN_simu

  說明：第5部分為免費(fèi)分享篇，部分內(nèi)容來源于網(wǎng)絡(luò)公開資料收集和整理，不作為商業(yè)用途。

  解決動力電池包MAP等效4C充電、熱失控?zé)嵋种啤?/span>恒功率AC/PTC滯環(huán)控制電路SOC模型設(shè)置教程；是目前市場上唯壹一套從PACK模型的簡化到熱模型建立和后處理評價標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)講解。希望能幫助到大家。

  了解更多《動力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)設(shè)計》、《starccm+電池包熱仿真課程》、《儲能系統(tǒng)熱管理設(shè)計與仿真課程》，
  關(guān)注公眾號：新能源電池包技術(shù)
  或加右方微信號：LEVIN_simu

聲明：本文系轉(zhuǎn)載自互聯(lián)網(wǎng)，請讀者僅作參考，并自行核實相關(guān)內(nèi)容。若對該稿件內(nèi)容有任何疑問或質(zhì)疑，請立即與鐵甲網(wǎng)聯(lián)系，本網(wǎng)將迅速給您回應(yīng)并做處理，再次感謝您的閱讀與關(guān)注。