浅谈CMD 在动力电池包上的被动安全功能

王 军，刘天航，王 祺，薛 雷，冯 佳

（1.孚能科技（赣州）股份有限公司，江西 赣州 341000；2.江苏泛亚微透科技有限公司，江苏 常州 213176）

1 研究背景

电池包作为新能源汽车的核心零部件，随着结构的优化电芯堆叠数量不断增加，电池包能量密度也随之提高，电池包热管理系统液冷技术是目前的主流方式，该方式是在电池箱内采用装有流动冷却液的冷却板/管道进行降温，冷却板一般使用高导热性的铝制材料，电池包内的金属构件焊接会使用双金属工艺。

电池包充放电遇到有温差和压差环境时，需要有压力平衡的装置，现在使用防水透气膜材料阀体解决，此方案可以隔绝液态的水，但是无法阻止空气中水分子的进入，当外界环境湿度较大时电池包内会形成与外界湿度平衡的状态，导致箱内湿气聚集，电池工作时电池包内温度升高，而此时冷却系统开始启动，电池包内光滑物体表面（冷却板外壁等）结雾凝露，严重时可能产生积水。

当冷凝水无法排出，对电池包就会产生严重的安全隐患：①容易导致电器连接件、高压系统等绝缘下降造成短路或者产生拉弧；②加剧双金属焊接件的腐蚀和老化；③造成电池包内部的温度传感器信号检测不稳定。

然而电池包凝露问题在电池包的设计方案中被长期忽视，给电池包使用中带来安全隐患。

目前市场上解决电池压力平衡有单独的平衡阀，当发生热失控时有负责快速泄压的防爆阀，比较主流的方案是将压力平衡和快速泄压两种功能结合在一起形成一个单独的组件安装在电池包上。江苏泛亚微透与孚能科技共同验证并工程应用了一种集压力平衡、快速泄压、凝露控制3个功能于一体的CMD平衡泄压阀组件。

以下主要从组件结构和试验验证两个方面来介绍此产品优异性能。

2 新型CMD平衡泄压阀组件

组件模型如图1所示。该组件含有螺纹孔⑤，可以通过螺栓安装在电池包壳体上，组件主要由压力平衡模块①、防爆模块②和除湿模块④组成，其中压力平衡模块①中含有阻湿结构③。

图1 CMD平衡泄压阀组件

1）当电池包处于静止状态时，阻湿阀门结构③关闭，隔绝外部环境对电池包内部的影响，同时除湿模块④持续对电池包内进行吸湿。

2）当电池包处于工作状态时，阻湿阀门结构③打开，气体经压力平衡模块①平衡电池包内外压差。

3）当电池包处于热失控状态时，防爆模块②打开，电池包得到快速泄压。

4）整个部件使用耐腐蚀铝合金材料，为保证整个部件安装在电池包上达到等电位状态，阀盖表面粘贴TRT绝缘膜⑥，此膜材为聚酰亚胺膜双面涂覆聚四氟乙烯，体积电阻率实测2.36×10Ω·cm，耐电压强度实测190kV/mm。

2 试验验证

为测试CMD平衡泄压阀在各工况下的凝露控制能力，对其进行专业实验室验证，通过1960H的湿热循环验证，模拟产品实际使用15年的表现，电池包内不产生凝露，实验完成后产品通过透气量、防水性能、爆破压力测试。

注意：测试应在实验要求的环境中进行。DUT 测试工作须由专业的人员完成。测试参考DIN EN 60068-2-78 and DIN EN 60068-2-38《湿热循环》标准进行测试。测试步骤如下。

2.1 预处理

测试对象按图2所示预处理，在进行第一次湿热循环之前需要根据IEC 60068-1（55℃±2K，相对湿度不超过20%）运行一个24h的辅助干燥工况。然后测试对象在初始测试前在标准大气环境下适应至热稳定。

图2 预处理

2.2 初始测试

在预处理完成后，测试对象需按照要求进行电池包外壳和连接部位等目视检查，密封性确认，电压、绝缘等实时监控。

2.3 湿热循环

测试按照表1测试顺序进行，包含5个测试阶段。

表1 湿热循环

定义停车时整车环境的平均温度为23℃，湿度为65%；测试温度为55℃，湿度为95%。湿热测试所需时长计算方法如下：

3 验证结果

判定主要从电池包内部肉眼可见的结构腐蚀状况和绝缘电阻值两个方面给出测试结果。

3.1 腐蚀测试结果

3.1.1 搭载CMD平衡泄压阀组件测试结果

图3为搭载CMD平衡泄压阀组件测试结果：边缘/角落等凝露容易聚集处未出现任何腐蚀现象。

图3 电池包内照片（无腐蚀痕迹）

3.1.2 搭载普通透气膜阀体电池包测试结果

图4为搭载普通透气膜阀体电池包测试结果：边缘/角落等凝露容易聚集处有明显腐蚀现象产生，对于产品结构强度的稳定性和绝缘性能有非常大的隐患。

图4 电池包内照片（有腐蚀痕迹）

3.2 绝缘测试结果

出于安全考虑，温湿实验全程实时检测电池包内绝缘值，如果低于整车绝缘标准即有警报产生。

电池包在湿热循环测试中，不含CMD平衡泄压阀组件电阻值，主要在冷热交变高湿环境中绝缘阻值会小于整车绝缘警报标准，绝缘一度处于警报失效状态。含CMD模块整体呈现较好表现，未发生整车绝缘报警失效状况。CMD平衡泄压阀组件提高了电池包供电的安全性和可靠性，具体绝缘数值曲线如图5所示。

图5 整车绝缘电阻值比对

4 结论

CMD作为一种被动的冷凝控制系统的安全模块，能够有效地改善电池包内部产生冷凝水所带来零部件腐蚀老化、绝缘性能下降、温度读取失真等问题，从而保证电池包能够更加安全可靠地为整车提供电能。因此CMD是电池包非常关键和重要的安全组件。在电池包上推广采用CMD平衡泄压阀组件可以降低成本，使得新能源汽车行业产生良好的经济效益和社会效益，为汽车厂家赢得美誉和品牌增值效应。