新能源汽车PACK箱体密封技术研究

柴源

摘 要：PACK是新能源汽车的动力源泉，PACK性能安全决定整车安全。由于PACK在纯电动汽车的布置于下车身，特别在汽车泡水的情况下，必须能够承受一定水压，若PACK进水，严重影响其使用功能，甚至造成短路、起火风险。因此，电池包密封性是纯电动汽车至关重要安全功能。关键词：新能源;PACK;密封条中图分类号：U469.72  文献标识码：A  文章编号：1671-7988（2020）02-03-02

Abstract： PACK is the power source of electric vehicles. PACK Performance Safety Determines Vehicle Safety. Because PACK is laid out on the body of the electric vehicle， it must be able to withstand certain water pressure， especially when the vehicle is soaked in water. If PACK has entered the water， it will seriously affect on the function， even short circuit and fire. Therefore， battery pack sealing is the most important safety function of  electric vehicle.Keywords： EV; PACK; SealingCLC NO.： U469.72  Document Code： A  Article ID： 1671-7988（2020）02-03-02

1 背景及意义

动力电池是纯电动汽车的唯一动力能量来源，作为纯电动汽车的核心部件，电池包的安全性直接影响到整车的安全性。电池包应首先满足电气设备外壳防护等级IP67设计要求开发，才能保证电池包密封防水，电池组不会因为进水而短路。因此对电池包的密封防水就格外重要，直接关系到电池包设计的成败。

纯电动汽车动力电池组输出电压高达300V以上，PACK基本功能是使电池安全可靠的固定，还必须有效的隔绝乘客和操作人员与电池产生接触;电池箱体必须防尘防异物接触，防止进水导致电路短路，电池箱体防护等级务必要求达到IP67。

由于电池包在电动汽车的安装位置较低，并且暴露在相对开放的空间中，容易遭受雨雪天气的侵袭，特别是在汽车泡水的情况下，必须承受一定的水压，因此密封条的防水结构设计提出了更大要求，一旦电池包进水，就有爆炸烧毁的危险。

2 设计原理

2.1 防水原理

在压力作用下，密封条会发生弹性变形，利用弹性形变使接触界面和密封条的空隙被填充并产生反弹力，从而使得接触面与发泡密封条间产生摩擦力。在密封条自身不泄露时，该摩擦力和反弹力都大于被密封介质的内压或者外压时，密封材料才不会发生变形或移位产生泄露，反之则发生泄露。

2.2 密封方案实施

利用密封条不亲油，不亲水，承受压力情况下变形小的泡棉材料，硅胶材料及橡胶材料布置于上下电池组箱体配合面上，靠上下箱体压紧密封。

密封条是靠外力压紧而产生弹性或塑性变形，从而填满金属表面上微小的凹凸不平来实现密封的。如果压力太小，垫片没有压紧就不能有效密封，但压紧力太大，会使密封条产生过大的压缩变形甚至破坏。因此，为了正确地使用密封条，必须采用恰好保证密封的最小压紧力，或采用限位套限位方式来控制密封条的压缩量。

2.3 密封条的关键尺寸计算

密封条的宽度设计对密封的可靠性有直接关系，宽度过大导致成本上升，也影响设计空间，过小又达不到密封效果。所以合理的宽度选择，也十分必要。

如右图，密封条的失效形式之一是因为水对泡棉与箱体接触面的压力大于发泡硅胶泡棉与箱体的摩擦力，因此可通过理论计算确定最小的有效宽度。

2.3.1 密封条最小宽度计算

（1）密封条与箱体的摩擦力：

（2）水压产生的理论推力：F=P×S₁。保证密封条的密封性，可以取安全系数为3，因此水压产生的推力为：F₀=3F;

密封条件：当水压产生的推力小于发泡硅胶与箱体的摩擦力时，密封性不会因此失效。F₀

由此可求得密封条的最小宽度：

S₀：密封条压面面积;

S₁：密封条侧面面积;

μ_a：配合面摩擦系数。

其中：

P=0.01Mpa;（水下1米的压强）

（1-R）σ×50%=0.0744Mpa;（硅橡胶材料特性）

μ_a=0.3;（配合面摩擦系数）

h=2.5mm;（结构设计值）

求得：b>=1.68mm。（b>1.68mm）只能作为理论值，应用过程中需要考虑安装以及结构实际情况。

2.3.2 设计结论与总结

鉴于我司目前壳体、密封条生产厂家原材料供应、成本、以及装配等诸多因素，密封条结构推荐设计如下：

（1）密封條主体材料为硅泡棉;

（2）密封条厚度5mm，且有限位套，限位套高度2.5，压缩率50%，压缩量2.5mm，限位套的内径、外径分别为6.5mm和9.5mm;

（3）密封条宽度c≥20mm，有效密封宽度b≥7mm;

（4）上下壳连接螺栓间距≤75mm。

3 结论

近年，新能源电动汽车持续发展，PACK作为新能源汽车的动力源泉，PACK的性能安全直接决定着整车安全。电池包进水，将严重影响PACK使用功能，导致客户投诉抱怨。因此，结构上对电池包的密封防水功能设计提出了更高的要求。纯电动汽车电池包的密封性，对箱体内的电池系统的安全至关重要。

由于企业对电池包密封也越来越重视，所以新的密封结构和密封材料也不断出现。电池包的密封是在不断摸索前进中，不断改进、不断创新。一个好的密封方案，必将会带来电池包技术含量的提升，带动电动汽车产业的发展。

参考文献

[1] 朱赤.新能源汽车底盘设计方向[J].上海汽车，2009，07：8-11.

[2] 王芳，夏军.电动汽车动力电池系统设计与制造技术[M].科学出版社.

[3] 张禹.汽车零部件参数化设计[D].大连理工大学，2003.

[4] 苏文芝.牛鑫.纯电动汽车电池管理系统通讯硬件关键技术研究[J].科技风，2017，（2）：192.

[5] 李英，胡剑.基于专利分析的我国电动汽车电池技术发展趋势研究[J].科技管理研究，2015，3519：155-158.

[6] 新能源汽车整车行业研究报告[EB/OL].（2017-08-28）[2018-01- 21].