動(dòng)力電池氣密檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)與IP68的關(guān)系

? 新聞資訊 ????|???? ?2021-06-30 09:29:20
1、前言

為保證動(dòng)力電池的安全，各大主機(jī)廠均對(duì)動(dòng)力電池提出了全面和嚴(yán)格的安全標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)試要求。北汽新能源對(duì)動(dòng)力電池提出了全生命周期IP68的要求，但目前存在氣密檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)定不能保證動(dòng)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(jí)了氣密檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)水平，以此升級(jí)后標(biāo)準(zhǔn)對(duì)動(dòng)力電池進(jìn)行下線檢測(cè)，可以保證動(dòng)力電池滿足IP68的要求。

2、氣密檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)制定

IP68防護(hù)等級(jí)中IP是Ingress Protection的縮寫，第一個(gè)數(shù)字是固態(tài)防護(hù)等級(jí)，6表示無(wú)塵埃進(jìn)入，第二個(gè)數(shù)字是液態(tài)防護(hù)等級(jí)，8表示進(jìn)入規(guī)定的壓力水中經(jīng)規(guī)定時(shí)間后外殼進(jìn)水量不致達(dá)到有害程度，IP68對(duì)動(dòng)力電池檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)條件為測(cè)試件處在水深1m，沉水1h，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)為內(nèi)部無(wú)水進(jìn)入。

IP68沉水測(cè)試的方法耗時(shí)較長(zhǎng)，對(duì)動(dòng)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(dòng)力電池的下線檢測(cè)。目前各大主機(jī)廠和電池廠均使用氣密檢測(cè)來(lái)保證動(dòng)力電池滿足IP68的要求，目前國(guó)內(nèi)大部分主機(jī)廠和電池廠使用壓降法來(lái)檢測(cè)動(dòng)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(cè)試成本低、操作簡(jiǎn)單、設(shè)備成本低廉和效率高；缺點(diǎn)是壓降法與動(dòng)力電池內(nèi)部的空間體積有很大關(guān)系，對(duì)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(cè)標(biāo)準(zhǔn)才能滿足IP68的要求，氣密檢測(cè)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(wú)損檢測(cè)大會(huì)上Rudolf等針對(duì)汽車孔徑和泄露量的關(guān)系研究中表明，當(dāng)孔徑直徑≈0.01mm時(shí)，在100s內(nèi)，100kPa的壓差下，漏氣量≈1cm3。

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。

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測(cè)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(tái)上，板中部懸空；
（2）向管內(nèi)注入純凈水至1m高度位置(模擬水下1m壓力狀態(tài))；
4個(gè)試件注入水后在工裝平臺(tái)上靜置1h，觀察其滲漏和低落情況，試驗(yàn)結(jié)果見表2。
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通過(guò)上述結(jié)果得知，當(dāng)有6個(gè)直徑為0.01mm的小孔時(shí)，無(wú)水滴落，此時(shí)的狀態(tài)滿足IP68的要求。
通過(guò)上述Rudolf等的研究[得知，此時(shí)允許的氣體泄漏量為6cm3/100s@100kPa。水深1m處的壓力值為10kPa，根據(jù)同一氣體測(cè)試壓與泄露量之比的關(guān)系如式（1）。
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得出此時(shí)允許的泄露率約為：90cm3/100s@10kPa，即54cm3/min@10kPa，即要在保證動(dòng)力電池滿足IP68的要求，流量法檢測(cè)氣密時(shí)需泄漏率小于54cm3/min@10kPa。
同時(shí)根據(jù)理想氣體計(jì)算公式：
p×V=N×K×T（2）
(p-?p)×V=(N-?p)×K×T（3）
(Q1/60)×t×patm=?N×K×!（4）
Q1=（60×V×?p/t）/patm（5）
?p=Q1×patm×t/(60×V)（6）

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

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(dòng)力電池內(nèi)部體積85L,檢測(cè)時(shí)間1min，測(cè)試壓力10kPa為例，此時(shí)計(jì)算出的允許的壓差泄露量為64.37Pa,但目前各大主機(jī)廠動(dòng)力電池下線檢測(cè)壓力為5kPa，此時(shí)允許的泄露率為32.19Pa/min@5kPa。

3、氣密檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)證
基于北汽新能源某款動(dòng)力電池進(jìn)行氣密性驗(yàn)證，此款動(dòng)力電池包內(nèi)體積為85L,下線測(cè)試壓力為5kPa，完全符合表3條件。
測(cè)試方法：
（1）按照動(dòng)力電池氣密檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)完成對(duì)動(dòng)力電池的氣密檢測(cè)，記錄氣密檢測(cè)值；
（2）以封堵工裝對(duì)動(dòng)力電池對(duì)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(duì)動(dòng)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(dòng)力電池外包絡(luò)，避免外部水分進(jìn)入動(dòng)力電池內(nèi)部；
（5）拆開動(dòng)力電池進(jìn)行觀察，記錄動(dòng)力電池內(nèi)部是否有水進(jìn)入。
試驗(yàn)結(jié)果見表4。
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4、結(jié)論
當(dāng)小孔的直徑≤0.01mm時(shí)，且同一區(qū)域的小孔數(shù)量≤6個(gè)時(shí)，動(dòng)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(shí)，動(dòng)力電池內(nèi)部的體積越大，允許的壓差值越?。?/span>
為保證動(dòng)力電氣滿足IP68的要求，動(dòng)力電池氣密測(cè)試時(shí)最大泄露率≤27cm3/min@5kPa，根據(jù)測(cè)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(dòng)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(yǔ)

本文提出了合適動(dòng)力電池下線氣密檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)值以保證動(dòng)力滿足IP68的要求，保證動(dòng)力電池在全生命周期內(nèi)不會(huì)有水和塵土進(jìn)入動(dòng)力電池內(nèi)，避免造成動(dòng)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。


 

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