新能源汽車動力電池裝配生產過程中的靜電防護

摘要：隨著新能源汽車的普及，作為其動力來源的新能源電池的生產環節變得極為重要，從而對靜電防護提出了較高的要求。分析了動力電池裝配過程中靜電放電（ESD）現象，闡明了電池裝配過程中的靜電來源和防靜電原理，對電池裝配過程中ESD 造成的危害進行了深入分析，最后理論聯系實際，針對電池裝配過程中的ESD 現象及其造成危害提出防護措施與技術。

關鍵詞：新能源汽車；動力電池裝配；靜電放電

0 前言

隨著汽車智能化、電氣化的發展，電子技術在動力電池中發揮著越來越重要的作用，而靜電放電（ESD）現象也越來越多，造成的影響和危害也越來越大［1］。動力電池內包含很多電子元件，其裝配過程相對復雜，這加重了ESD 對電池產品質量的影響，會造成不可避免的危害和損失。所以，在動力電池裝配過程中，需著重研究如何控制靜電污染，降低ESD 對動力電池裝配過程的危害。

1 靜電在動力電池裝配過程中的危害

靜電對動力電池裝配過程的危害主要有：① 直接導致動力電池內部控制器的金氧半場效晶體管（MOSFET）擊穿，造成動力電池產品故障，如圖1 所示；② 靜電形成的電火花存在造成動力電池著火或爆炸的潛在危險；③ 若靜電電位過高，可能對動力電池裝配人員造成電擊傷害。

2 動力電池裝配過程中的靜電來源及基本防靜電原理

靜電的產生方式主要包括摩擦起電、感應帶電、傳導帶電以及接觸分離，其中摩擦起電和感應帶電是動力電池生產中常見的靜電產生方式。靜電大小不僅與接觸材料、剝離力大小等因素有關，還與空氣相對濕度有關。例如，在地毯上行走產生的靜電，在10%～20% 空氣濕度下電壓可達到約35 000 V，在70%～80% 空氣濕度下電壓只有約1 500 V；在工作臺上拆下塑料袋，如果在10%～20% 空氣濕度下會產生20 000 V 的靜電壓，在70%～80% 空氣濕度下產生的靜電壓只有約1 200V。也就是說，干燥空氣下動力電池裝配過程中產生ESD 損壞可能性更高。

動力電池裝配過程中的ESD 模型有如下3 種［2］：一是人體放電模型（HBM），指人體在地上行走或其他因素帶靜電后接觸電子元器件，發生放電情況；二是帶電器件模型（CDM），指電子元件由于摩擦、感應或其他因素帶靜電后接觸一個接地導體發生放電情況；三是機器模型（MM），指設備、機器等金屬物體帶靜電后接觸電子元件，發生放電情況。

靜電防護措施可以理解為動力電池安裝過程中不產生靜電、靜電得到有效的釋放、不受其他靜電源干擾。第一，盡量不產生靜電，可采用不易產生靜電的材料包裝零件；第二，使用符合接地電阻要求的料箱、料架，以及員工防靜電勞保穿戴，讓靜電荷得到有效釋放；第三，對ESD 零件使用靜電屏蔽袋，屏蔽靜電對動力電池內部控制器的電子元件損害。

3 動力電池裝配過程中的靜電防護措施

動力電池裝配車間有機械設備、操作人員、ESD 零件等眾多影響靜電防護因素，這些影響因素防護不當不僅會造成極大的ESD 危害，還會對動力電池產品造成相應的損壞，所以通過研究對動力電池裝配過程制定了如下ESD 防護措施，以降低ESD 防護不當造成的損害。

3. 1 設置靜電防護區域

針對動力電池裝配過程中需進行靜電防護的零件，應在其裝配、線束插接等環節進行靜電防護，如采用防靜電包裝、采用防靜電料架、應用離子風機等。靜電防護零件裝配過程在靜電防護區域（EPA）內進行，EPA 應有明顯警示標識，提醒進入區域人員注意ESD 防護。因為靜電的產生和能量的大小與環境的溫濕度有關，所以應控制EPA 的環境溫濕度，建議空氣濕度在50%～60%，環境溫度在（23±5） ℃為宜。EPA 可以是一個工位、一個工段、一個房間甚至一整棟樓。

3. 2 接地釋放靜電

選擇合適的接地系統是消除動力電池生產過程產生靜電的最有效的辦法。通過將設備、料架、操作臺等與ESD 相關因素接入接地系統中，可有效釋放靜電荷，起到靜電防護效果；動力電池裝配線的必要操作臺、ESD 零件相關安裝操作設備、動力電池裝配線地面等均需接入接地系統，使動力電池生產不同環節產生的靜電可有效釋放掉。但需注意的是，接地系統需有專門接地線路，地線不可與水管、暖氣管、避雷線路、輸油管道相連［3］。接地系統接地電阻大小應符合表1 要求。

3. 3 防止操作人員帶電

第一，加強對ESD 零件相關操作人員的防靜電知識培訓，提高其靜電防護意識，使其熟知工位防靜電具體要求并按規定執行標準化操作；第二，相關工位人員應穿防靜電工裝，確保其不產生靜電以及靜電可有效釋放；進出人員須穿戴防靜電工裝，甚至佩戴防靜電手套；第三，如必要，操作人員應佩戴防靜電手環，且防靜電手環與皮膚接觸緊密，測試合格后方可上崗。防靜電崗位相關操作人員應滿足表2 要求。

3. 4 ESD 零件防靜電的要求

對于ESD 零件，通常使用屏蔽袋或ESD 包裝材料進行防護包裝（表3）確保ESD 零件得到必要防護。同時，如圖2 所示，應關注與ESD 零件有裝配關系的零件產生的高電壓靜電對ESD 零件的影響，一般采用離子風機中和零件表面靜電荷以減少裝配關系的零件所產生的高電壓靜電對ESD 零件造成的損壞。

4 結語

動力電池裝配過程中靜電放電對ESD 零件的影響和危害十分嚴重，動力電池裝配過程中的ESD防護應得到相應人員的重視。本文從動力電池裝配過程中產生的靜電及其造成的危害角度思考研究，對新能源動力電池裝配過程提出了系統的ESD防護措施。通過從動力電池生產過程中人員、過程、零件等方面提出靜電防護措施，為動力電池產品防護靜電提供了參考，確保動力電池裝配過程靜電得到有效控制和耗散，最終確保裝配合格的動力電池產品。

參考文獻

［ 1 ］ 李榮躍，梁樂波，楊天福，等. 電子產品靜電危害分析與靜電控制防護設計[J]. 機電工程技術，2024，53（5）：266-268.

［ 2 ］ 夏敏峰，張宇，高志良，等. 帶電器件模型靜電放電等效仿真電路與計算分析[J]. 航天器環境工程，2024，41（4）：468-475.

［ 3 ］ 丁濤. 靜電危害分析及預防措施[J]. 科技創新與應用，2022，12（27）：147-151.