動力電池系統(tǒng)設(shè)計與制造技術(shù)

PACK工藝系列合集 開頭語

PACK工藝系列合集 介紹

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?? 歡迎各位小伙伴來到“PACK工藝系列合集”！在這個合集中，我們將深入探索新能源汽車動力電池的PACK工藝，從基礎(chǔ)的電芯預處理到復雜的電池包組裝，再到最終的安全檢測與測試，全方位為您呈現(xiàn)PACK工藝的每一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)

當模組入箱與高低壓線束組裝完成后，電池包生產(chǎn)的核心戰(zhàn)役轉(zhuǎn)向最后一道防線——箱蓋封裝與IP防護。

這道工序直接決定電池包能否抵御水塵侵蝕、承受機械沖擊，更是整車安全的核心命門。

01、箱蓋設(shè)計吸塵封箱

材料革命：從金屬到復合材料的躍遷

• 預浸料模壓（PCM）箱蓋：主流方案采用PCM材質(zhì)（厚1.2mm，法蘭3.0mm），質(zhì)量≤4kg，兼具輕量化與高強度；

• 防腐防爆雙保險：中性鹽霧測試≥720小時（國標GB/T 10125-2012），阻燃等級UL94-V0，應對極端環(huán)境；

• 防扭矩衰減設(shè)計：安裝孔嵌入C型襯套，避免反復拆裝導致的密封失效。

密封結(jié)構(gòu)：三重防線構(gòu)筑“真空堡壘”

• 第一道：箱體密封圈：采用EPDM橡膠密封條，鋪設(shè)時需平整無褶皺，開孔精準對齊螺絲孔位（偏移≤0.5mm）；

• 第二道：吊點雙重密封：吊裝孔環(huán)形階梯臺嵌套密封圈，階梯面與底護板通過第一鎖緊件擠壓密封；頂部法蘭面與上蓋間增設(shè)第二密封圈；

• 第三道：液冷板集成密封：箱體底部液冷板與框架采用FDS流鉆螺釘+密封膠復合工藝，杜絕冷卻液泄漏風險。

  

02、螺栓定扭工藝±0.5N·m背后的精密控制（1）目的

定扭劃線是為了確保電池包內(nèi)部組件的固定和連接牢固，防止因螺栓松動導致的連接失效

（2）操作步驟

• 螺栓安裝：將螺栓按照設(shè)計要求安裝到箱體和模組的連接位置。

• 扭矩控制：使用扭矩扳手或自動化設(shè)備對螺栓進行擰緊，確保每個螺栓的扭矩符合設(shè)計要求。

• 劃線標記：在螺栓和連接位置劃線標記，以便后續(xù)檢查和維護。

緊固部位

扭矩標準（N·m）

失效風險

防錯方案

BDU銅排螺絲

8.0±0.5

過扭：螺絲斷裂；欠扭：內(nèi)阻增大引發(fā)過熱

扭矩槍SPC管控+自動計數(shù)

模組壓條安裝螺栓

12±0.5

欠扭導致模組松動，機械振動失效

關(guān)鍵工位人員培訓+設(shè)備保養(yǎng)記錄

箱蓋上蓋固定螺釘

6.0±0.5

密封失效引發(fā)IP等級下降

視覺定位+扭力曲線實時監(jiān)控

?? 工藝紅線

• 所有扭矩槍實行上位機權(quán)限管理，參數(shù)變更需工藝工程師雙人確認；

• 每班次首末件進行扭矩衰減測試，波動超5%立即停線校準。

03、IP防護測試：

從氣密初檢到浸水終檢的生死驗證

（1）電池包的防護等級

汽車用電池包至少要達到防塵和防濺水的級別。另外，道路積水甚至城市內(nèi)澇時，涉水和短時間的泡水在汽車的使用過程中是很可能發(fā)生的。

電池包的IP防護等級必須高于IP67;

IP（Ingress Protection）等級由兩個數(shù)字組成，分別表示防塵和防水能力（如IP67）。依據(jù)IEC 60529GB/T 4208-2017標準：

1. 防塵等級（第一位數(shù)字）

等級

防護能力

測試方法（摘要）

無防護

防≥50mm固體異物（如手）

垂直滴水試驗（10.05mm/min，10分鐘）

防≥12.5mm固體異物（手指）

15°傾斜滴水試驗（3.0±0.5mm/min）

防≥2.5mm固體異物（工具）

淋水試驗（擺管60°噴淋或噴頭噴射）

防≥1.0mm固體異物（蚊蟲）

濺水試驗（擺管90°噴淋）

有限防塵（灰塵進入不影響）

粉塵室負壓測試

完全防塵（無灰塵進入）

嚴苛粉塵室+靜電吸附測試

2. 防水等級（第二位數(shù)字）

等級

防護能力

測試方法（摘要）

無防護

防垂直滴水

垂直滴水試驗（1.0±0.5mm/min）

防15°傾斜滴水

傾斜15°滴水試驗

防噴灑水（60°內(nèi)）

擺管淋水（120°擺動）或噴頭噴射

防飛濺水（各方向）

擺管360°噴淋或噴頭濺水

防低壓噴水（6.3mm噴嘴）

12.5L/min流量，距離2.5~3m

防高壓噴水（12.5mm噴嘴）

100L/min流量，距離2.5~3m

防短時浸水（1m/30min）

浸水箱測試（頂部距水面≥0.15m）

防持續(xù)潛水（廠商自定義）

嚴苛程度高于IPX7，如2m/24小時

9K

防高溫高壓噴射

80℃熱水，14-16L/min，8000-10000kPa

（2）氣密性測試是保障IP等級的核心工藝

主流方法如下：

1. 壓降法（壓力衰減法）

• 原理：向電池包充入壓縮空氣（常用5-10kPa），監(jiān)測保壓階段壓力下降值。

• 合格標準

  

  其中 為泄漏率（cm3/min）小于設(shè)計值 為電池包容積（L），t 為測試時間（min）。

• IP67/IP68要求：泄漏率＜54cm3/min@10kPa，或85L電池包壓降≤32.19Pa/min@5kPa。

• 流程：充氣（60s）→ 穩(wěn)壓（60s）→ 檢測（10s）→ 放氣（4s），總時長約134s。

2. 流量法

• 原理：直接測量維持設(shè)定壓力所需的氣體流量。

• 應用：適用于大體積電池包，泄漏率直接顯示（如＜54cm3/min@10kPa對應IP68）。

3. 氦氣檢漏法

• 原理：向包內(nèi)注入氦氣，用探測器檢測外部泄漏（精度達0.001Pa）。

• 場景：高安全需求領(lǐng)域（如航空航天電池包），泄漏率要求＜5cm3/min。

4. 設(shè)備與參數(shù)示例

設(shè)備型號

測試范圍

精度

特點

應用案例

ET500

0-500kPa

±0.1%FS

高低壓兼容，自動分段充氣

液冷系統(tǒng)高壓測試

ET30

0-30kPa

±5Pa

便攜式，7吋觸屏

極氪電池包（4kPa測試）

NST全自動

0-500kPa

0.001Pa

無泄漏快插接頭，IP65防護

電池包冷卻系統(tǒng)密封檢測

行業(yè)實踐

• 北汽新能源：85L電池包，5kPa測試，壓降≤32.19Pa/min。

• 寧德時代：氦檢法泄漏率＜5cm3/min，用于儲能電池。

（3）關(guān)鍵影響因素與標準適配

體積與結(jié)構(gòu)

• 容積越大，允許壓降越小（如100L電池包要求壓降≤27.36Pa/min@5kPa）。

• 復雜結(jié)構(gòu)（多焊接點/接口）需更嚴標準（如泄漏率＜20cm3/min）。

環(huán)境與場景

• 電動汽車：IP67/IP68，匹配壓降法或流量法。

• 儲能系統(tǒng)：IP66即可，泄漏率可放寬至100cm3/min@5kPa。

工藝與材料

• 密封圈壓縮率需控在15%-25%（EPDM橡膠）。

• 焊縫缺陷需氦檢定位（如氣孔、裂紋）。

（4）測試失效的常見原因

問題

原因

解決方案

泄漏值波動大

環(huán)境溫度變化/工裝密封不良

恒溫環(huán)境，升級密封工裝

微小泄漏漏檢

設(shè)備精度不足

改用氦檢或高精度傳感器

批量合格率低

焊接工藝不穩(wěn)定

優(yōu)化焊接參數(shù)，加強SPC

• IP等級是電池包環(huán)境防護的標尺，需通過防塵/防水雙維度測試驗證。

• 氣密性測試優(yōu)先選用壓降法（效率高）或氦檢法（精度高），參數(shù)需結(jié)合體積、IP等級動態(tài)調(diào)整。

• 行業(yè)正推動氣密測試替代浸水法（防腐蝕、提效），但終檢仍需抽樣沉水驗證。

（5）、對于電池包下線的氣密性檢測，一般分為2個階段：

第一階段：氣密性初檢（產(chǎn)線快速篩查）

• 檢測原理：向電池包充入壓縮空氣（壓力2-5kPa），監(jiān)測保壓階段壓降值；

• 合格標準：泄漏率＜50Pa/min（相當于IP67級基礎(chǔ)要求）；

• 優(yōu)勢：60秒內(nèi)完成測試，避免傳統(tǒng)浸水法導致的電子件腐蝕。

第二階段：IP等級認證測試（實驗室嚴苛驗證）

1. 防塵測試（IP6X）

• 塵土室測試：8小時連續(xù)揚塵（顆粒直徑0.5-75μm），開蓋后內(nèi)部無可見積塵；

• 靜電緊貼測試：施加10kV靜電吸附超細粉塵，檢測密封圈邊緣滲透量。

1. 防水測試（IPX7/X8）

• 噴淋沖擊（IPX5）：噴嘴距包體3米，12.5L/min流量全方位噴射15分鐘；

• 浸水毀滅測試（IPX7）：水溫25±5℃，浸沒1米深持續(xù)30分鐘，開包后內(nèi)部濕度＜85%；

• 高壓深浸（IPX8）：廠商自定義條件（常見2米/24小時），寧德時代等企業(yè)已實現(xiàn)IPX9K（80℃高壓蒸汽噴射）。

氣密性檢測的步驟

1）充氣：對被檢測工件充入試驗壓力，充氣階段的時間由測試容積和測試壓力的大小來調(diào)整。

2）平衡：測試部件中的壓力和溫度達到平衡，平衡階段所需的時間與測試容積、測試壓力、工件的熱性能有關(guān)。

3）檢測：在一定時間內(nèi)，測量試驗容積內(nèi)檢驗氣體的泄漏率。

4）排氣：在排氣階段，為測試部件提供大氣排氣。

泄漏率：單位時間內(nèi)的壓降，例如0.02 Pa/s。泄漏率也可定義為流量單位，比如4cm/min。完整的檢測規(guī)范除規(guī)定在標準使用條件下允許泄漏的空氣容積參數(shù)（例如標準cm/min）外，還應規(guī)定空氣泄出時的壓力。

泄漏量計算公式：

式中，Q為測試泄漏量（mL/min）；V_test為測試樣件容積（ml）；Δ p為前后壓力差（Pa）：p_atm為標準大氣壓（101325 Pa）；t為時間（s）。

電池包流向下一工序

電池包生產(chǎn)線上的每個電池包都必須通過氣密性測試，合格的電池包將通過AGV（Automated Guided Vehicle，自動導向車）轉(zhuǎn)運至電性能檢測工序，不合格的電池包則必須找到泄露原因，并通過更換密封條或箱蓋等措施進一步處理。

四、全流程質(zhì)量錨點：防錯防呆的“鐵三角”機制

異物管控（Foreign Material Control）

• 螺絲按顆配料，作業(yè)后清點數(shù)量，遺漏一顆立即觸發(fā)警報；

• 箱體合蓋前采用工業(yè)內(nèi)窺鏡掃描，檢出金屬殘渣率降至0.02‰。

密封圈裝配防錯

• 離型紙撕除后需人工晃動確認背膠有效性，漏撕直接阻斷流水線；

• 密封墊褶皺自動檢測系統(tǒng)（CCD視覺），褶皺面積＞3mm2自動返工。

雙重氣密終檢

• 初檢（產(chǎn)線）：壓縮空氣法快速篩查；

• 終檢（實驗室）：抽樣浸水+鹽霧復合測試，數(shù)據(jù)上傳MES系統(tǒng)追溯。

結(jié)語：封裝工藝的本質(zhì)是“與熵增對抗”

電池包的封裝是一場對無序的宣戰(zhàn)——用納米級密封材料對抗水分子滲透，用±0.5N·m的扭矩精度抵抗機械熵增，用IPX9K的極限測試預演十年生命周期內(nèi)的環(huán)境侵蝕。當箱蓋閉合的瞬間，制造的嚴謹性與自然的破壞力在此達成微妙平衡。

擊關(guān)注，后臺回復基礎(chǔ)知識"，領(lǐng)取電芯和PACK設(shè)計資源

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