動力電池氣密檢測標(biāo)準(zhǔn)與IP68的關(guān)系

王亞坤 聶東旭

（北京新能源汽車股份有限公司，北京102606）

主題詞：電動汽車 氣密檢測 IP68 安全 電池

1 前言

動力電池是電動汽車產(chǎn)業(yè)的核心部件之一，是影響電動汽車?yán)m(xù)駛里程和安全性的重要因素之一。動力電池作為純電動車的唯一動力來源，電動汽車高能量的重要載體。為保證動力電池的安全，各大主機(jī)廠均對動力電池提出了全面和嚴(yán)格的安全標(biāo)準(zhǔn)和測試要求。北汽新能源對動力電池提出了全生命周期IP68的要求，但目前存在氣密檢測標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)定不能保證動力電池完全滿足IP68 的要求，本文在原標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上升級了氣密檢測標(biāo)準(zhǔn)水平，以此升級后標(biāo)準(zhǔn)對動力電池進(jìn)行下線檢測，可以保證動力電池滿足IP68的要求。

2 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[1-2]，IP68對動力電池檢測標(biāo)準(zhǔn)條件為測試件處在水深1 m，沉水1h，通過標(biāo)準(zhǔn)為內(nèi)部無水進(jìn)入[3]。

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(xiǎn)，不適合作為動力電池的下線檢測[4]。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(diǎn)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(diǎn)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≈0.01 mm 時，在100 s 內(nèi)，100 kPa的壓差下，漏氣量≈1 cm3[5]。

實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的目的是驗(yàn)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。

表1 物料狀態(tài)

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1 m高度位置(模擬水下1 m壓力狀態(tài))；

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

表2 不同開孔狀態(tài)下滲漏情況

通過上述結(jié)果得知，當(dāng)有6 個直徑為0.01 mm 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[4]得知，此時允許的氣體泄漏量為6 cm3/100 s@100 kPa。水深1 m處的壓力值為10 kPa，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：90 cm3/100 s@10 kPa，即54 cm3/min@10 kPa，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54 cm3/min@10 kPa。

同時根據(jù)理想氣體計(jì)算公式：

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

表3 壓差與泄露量的關(guān)系

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

3 氣密檢測標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)證

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

測試方法[6]：

（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(shí)際整車狀態(tài)；

（3）以IP68 對動力電池進(jìn)行沉水試驗(yàn)，記錄試驗(yàn)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(yàn)結(jié)果見表4。

表4 動力電池IP68試驗(yàn)結(jié)果

4 結(jié)論

當(dāng)小孔的直徑≤0.01 mm 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(yàn)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，允許的壓差值越小；

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≤27 cm3/min@5 kPa，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(jì)算公式可以計(jì)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(jì)算出最大允許泄露量后仍需進(jìn)行沉水驗(yàn)證。

5 結(jié)束語

本文提出了合適動力電池下線氣密檢測標(biāo)準(zhǔn)值以保證動力滿足IP68的要求，保證動力電池在全生命周期內(nèi)不會有水和塵土進(jìn)入動力電池內(nèi)，避免造成動力電池內(nèi)部因進(jìn)水造成短路的風(fēng)險(xiǎn)，保證車輛和人員的生命財(cái)產(chǎn)安全。