纯电动汽车电池包密封结构研究

引言

电池包是电动汽车的唯一动力能量来源，作为电动汽车的三大核心件之一，其电气安全性能至关重要；因此电池包的设计要求具有电气设备外壳的IP67防水防尘护等级要求，因此其密封设计格外重要。

对于自然风冷散热的电池包，电池箱必须是完全密封的，在箱体或者箱盖上设有透气不透水平衡阀，起到平衡内外压力、防爆的作用；

对于靠强制风冷的电池包，除了通风孔处，其余位置不允许发生泄露；电池箱的上下盖必须加密封圈、电气件接插口和进出口风道的位置必须加密封垫。

1 封圈的种类及特点

目前市面上的电池包中，主要有三大类密封圈。分别是橡胶类密封圈（材质主要为EPDM、SBR）、胶黏剂类（材质主要为有机硅体系）、泡棉胶带类（材质主要为发泡硅橡胶、聚氨酯等）。

各类密封圈的特点如表1所示。

在选取密封圈的材料时，主要考虑以下因素：密度、吸水率、压缩应力松弛、压缩永久变形、撕裂强度、抗拉强度和阻燃率等。对于发泡硅胶类材料，还要考虑泡孔的结构（闭孔、开孔、通孔、混合孔）。例如：开孔结构容易进水，不适合做密封；混合孔结构可以用于防水密封、但不能满足防潮密封；闭孔结构可以达到良好的防尘防水防潮湿等要求。胶黏剂等材料还需要考虑固化的时间等。

闭孔发泡硅胶的防尘防水防潮湿应用，参考文章《闭孔发泡硅胶在电池壳体防潮密封中的应用》。

2 密封结构的设计

电池包的密封设计要结合箱体一起设计。电池箱上壳或者下壳一般有薄板拼接件，最好采用点焊焊接；焊接前搭接处涂覆30mm的点焊胶；另个件对焊拼接时，可以采用铜焊，然后打磨平整；如果焊接后存在由于焊接热应力造成的变形，存在的缝隙可以通过涂覆流动性强的密封胶来实现密封。

上盖和箱体的密封靠两个端面和中间的密封材料实现，上盖和箱体一般有四种结构。

结构1，如图1所示。上盖和箱体通过螺钉紧固，中部密封材料被压缩。需要的预紧力大，两端面的平面度要求高。

1.上盖 2.密封圈 3.箱体

结构2，如图2所示。上盖和箱体通过螺钉紧固，依靠上盖和箱体竖直面密封。需要的预紧力较大，对两竖直平面的平面度要求较低。

1.上盖 2.密封圈 3.箱体

结构3，如图3所示。电池包的密封面左右方向为一个斜面、前后方向是带翻边的斜面；箱体上设计有轴套，可以控制密封垫的压缩量；虽然加大了设计和制造难度，但是对电池包的密封效果起很大作用；同时有水渍落在电池包密封面上时，斜面能避免流体流入到电池包内。

1.上盖 2.箱体 3.轴套 4.密封垫

电池箱体的进风口和接插件安装位置尽量布置在电池箱高度1/2以上，应选用满足IP67的接插件。

3 压缩密封垫的设计

压缩垫的密封设计就是采用预紧力使压缩垫形成预压缩量，借助弹性压缩垫的反弹力形成密封面，从而起到密封作用。如果压缩量太小，容易发生泄露；压缩量太大，会导致橡胶应力松弛而永久变形失效，导致泄露。因此，密封垫的设计要考虑压缩率W

W=(h­₀-h₁)/ h­₀×100%

其中：h­₀为密封垫自由状态下截面高度；h₁为压缩后电池包上下盖密封平面高度；

选取密封圈的压缩率时，要考虑：a.要有足够的接触面积。b.尽量避免永久变形。

通常，密封垫都是设计为平面带状的单级密封，制作简单，成本低，但是容易产生永久变形，经不起反复拆装，所以设计成间带金属导套的双级密封结构。金属导套可以限制密封垫的压缩量。例如密封垫度设计为10mm，金属导套为8mm，那么密封垫的最大压缩率为20%，满足平面密封的压缩率标准：（15%~30%）。

4 结语

发泡硅胶具有优良的耐热、耐寒、阻燃性能，还具有海绵的固有弹性。同时吸水性较低、具有优异的压缩应力松弛和抵抗永久变形的能力，适合作为电池包的密封材料。

合适的材料、合理的结构设计，才能使电池包的密封达到优异的状态。