動(dòng)力電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(gè)合集中，我們將深入探索新能源汽車動(dòng)力電池的PACK工藝，從基礎(chǔ)的電芯預(yù)處理到復(fù)雜的電池包組裝，再到最終的安全檢測(cè)與測(cè)試，全方位為您呈現(xiàn)PACK工藝的每一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)

當(dāng)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(hù)。

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

01、箱蓋設(shè)計(jì)吸塵封箱

材料革命：從金屬到復(fù)合材料的躍遷

• 預(yù)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(qiáng)度；

• 防腐防爆雙保險(xiǎn)：中性鹽霧測(cè)試≥720小時(shí)（國標(biāo)GB/T 10125-2012），阻燃等級(jí)UL94-V0，應(yīng)對(duì)極端環(huán)境；

• 防扭矩衰減設(shè)計(jì)：安裝孔嵌入C型襯套，避免反復(fù)拆裝導(dǎo)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(shí)需平整無褶皺，開孔精準(zhǔn)對(duì)齊螺絲孔位（偏移≤0.5mm）；

• 第二道：吊點(diǎn)雙重密封：吊裝孔環(huán)形階梯臺(tái)嵌套密封圈，階梯面與底護(hù)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(fù)合工藝，杜絕冷卻液泄漏風(fēng)險(xiǎn)。

  

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(dòng)導(dǎo)致的連接失效

（2）操作步驟

• 螺栓安裝：將螺栓按照設(shè)計(jì)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(dòng)化設(shè)備對(duì)螺栓進(jìn)行擰緊，確保每個(gè)螺栓的扭矩符合設(shè)計(jì)要求。

• 劃線標(biāo)記：在螺栓和連接位置劃線標(biāo)記，以便后續(xù)檢查和維護(hù)。

緊固部位

扭矩標(biāo)準(zhǔn)（N·m）

失效風(fēng)險(xiǎn)

防錯(cuò)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(dòng)計(jì)數(shù)

模組壓條安裝螺栓

12±0.5

欠扭導(dǎo)致模組松動(dòng)，機(jī)械振動(dòng)失效

關(guān)鍵工位人員培訓(xùn)+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(jí)下降

視覺定位+扭力曲線實(shí)時(shí)監(jiān)控

?? 工藝紅線

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

• 每班次首末件進(jìn)行扭矩衰減測(cè)試，波動(dòng)超5%立即停線校準(zhǔn)。

03、IP防護(hù)測(cè)試：

從氣密初檢到浸水終檢的生死驗(yàn)證

（1）電池包的防護(hù)等級(jí)

汽車用電池包至少要達(dá)到防塵和防濺水的級(jí)別。另外，道路積水甚至城市內(nèi)澇時(shí)，涉水和短時(shí)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(hù)等級(jí)必須高于IP67;

IP（Ingress Protection）等級(jí)由兩個(gè)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(biāo)準(zhǔn)：

1. 防塵等級(jí)（第一位數(shù)字）

等級(jí)

防護(hù)能力

測(cè)試方法（摘要）

無防護(hù)

防≥50mm固體異物（如手）

垂直滴水試驗(yàn)（10.05mm/min，10分鐘）

防≥12.5mm固體異物（手指）

15°傾斜滴水試驗(yàn)（3.0±0.5mm/min）

防≥2.5mm固體異物（工具）

淋水試驗(yàn)（擺管60°噴淋或噴頭噴射）

防≥1.0mm固體異物（蚊蟲）

濺水試驗(yàn)（擺管90°噴淋）

有限防塵（灰塵進(jìn)入不影響）

粉塵室負(fù)壓測(cè)試

完全防塵（無灰塵進(jìn)入）

嚴(yán)苛粉塵室+靜電吸附測(cè)試

2. 防水等級(jí)（第二位數(shù)字）

等級(jí)

防護(hù)能力

測(cè)試方法（摘要）

無防護(hù)

防垂直滴水

垂直滴水試驗(yàn)（1.0±0.5mm/min）

防15°傾斜滴水

傾斜15°滴水試驗(yàn)

防噴灑水（60°內(nèi)）

擺管淋水（120°擺動(dòng)）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(shí)浸水（1m/30min）

浸水箱測(cè)試（頂部距水面≥0.15m）

防持續(xù)潛水（廠商自定義）

嚴(yán)苛程度高于IPX7，如2m/24小時(shí)

9K

防高溫高壓噴射

80℃熱水，14-16L/min，8000-10000kPa

（2）氣密性測(cè)試是保障IP等級(jí)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(cè)保壓階段壓力下降值。

• 合格標(biāo)準(zhǔn)

  

  其中 為泄漏率（cm3/min）小于設(shè)計(jì)值 為電池包容積（L），t 為測(cè)試時(shí)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(cè)（10s）→ 放氣（4s），總時(shí)長(zhǎng)約134s。

2. 流量法

• 原理：直接測(cè)量維持設(shè)定壓力所需的氣體流量。

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

3. 氦氣檢漏法

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

• 場(chǎng)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(hào)

測(cè)試范圍

精度

特點(diǎn)

應(yīng)用案例

ET500

0-500kPa

±0.1%FS

高低壓兼容，自動(dòng)分段充氣

液冷系統(tǒng)高壓測(cè)試

ET30

0-30kPa

±5Pa

便攜式，7吋觸屏

極氪電池包（4kPa測(cè)試）

NST全自動(dòng)

0-500kPa

0.001Pa

無泄漏快插接頭，IP65防護(hù)

電池包冷卻系統(tǒng)密封檢測(cè)

行業(yè)實(shí)踐

• 北汽新能源：85L電池包，5kPa測(cè)試，壓降≤32.19Pa/min。

• 寧德時(shí)代：氦檢法泄漏率＜5cm3/min，用于儲(chǔ)能電池。

（3）關(guān)鍵影響因素與標(biāo)準(zhǔn)適配

體積與結(jié)構(gòu)

• 容積越大，允許壓降越?。ㄈ?00L電池包要求壓降≤27.36Pa/min@5kPa）。

• 復(fù)雜結(jié)構(gòu)（多焊接點(diǎn)/接口）需更嚴(yán)標(biāo)準(zhǔn)（如泄漏率＜20cm3/min）。

環(huán)境與場(chǎng)景

• 電動(dòng)汽車：IP67/IP68，匹配壓降法或流量法。

• 儲(chǔ)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(cè)試失效的常見原因

問題

原因

解決方案

泄漏值波動(dòng)大

環(huán)境溫度變化/工裝密封不良

恒溫環(huán)境，升級(jí)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(qiáng)SPC

• IP等級(jí)是電池包環(huán)境防護(hù)的標(biāo)尺，需通過防塵/防水雙維度測(cè)試驗(yàn)證。

• 氣密性測(cè)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(jí)動(dòng)態(tài)調(diào)整。

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

（5）、對(duì)于電池包下線的氣密性檢測(cè)，一般分為2個(gè)階段：

第一階段：氣密性初檢（產(chǎn)線快速篩查）

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

• 合格標(biāo)準(zhǔn)：泄漏率＜50Pa/min（相當(dāng)于IP67級(jí)基礎(chǔ)要求）；

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

第二階段：IP等級(jí)認(rèn)證測(cè)試（實(shí)驗(yàn)室嚴(yán)苛驗(yàn)證）

1. 防塵測(cè)試（IP6X）

• 塵土室測(cè)試：8小時(shí)連續(xù)揚(yáng)塵（顆粒直徑0.5-75μm），開蓋后內(nèi)部無可見積塵；

• 靜電緊貼測(cè)試：施加10kV靜電吸附超細(xì)粉塵，檢測(cè)密封圈邊緣滲透量。

1. 防水測(cè)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(cè)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(shí)），寧德時(shí)代等企業(yè)已實(shí)現(xiàn)IPX9K（80℃高壓蒸汽噴射）。

氣密性檢測(cè)的步驟

1）充氣：對(duì)被檢測(cè)工件充入試驗(yàn)壓力，充氣階段的時(shí)間由測(cè)試容積和測(cè)試壓力的大小來調(diào)整。

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

3）檢測(cè)：在一定時(shí)間內(nèi)，測(cè)量試驗(yàn)容積內(nèi)檢驗(yàn)氣體的泄漏率。

4）排氣：在排氣階段，為測(cè)試部件提供大氣排氣。

泄漏率：單位時(shí)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(cè)規(guī)范除規(guī)定在標(biāo)準(zhǔn)使用條件下允許泄漏的空氣容積參數(shù)（例如標(biāo)準(zhǔn)cm/min）外，還應(yīng)規(guī)定空氣泄出時(shí)的壓力。

泄漏量計(jì)算公式：

式中，Q為測(cè)試泄漏量（mL/min）；V_test為測(cè)試樣件容積（ml）；Δ p為前后壓力差（Pa）：p_atm為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（101325 Pa）；t為時(shí)間（s）。

電池包流向下一工序

電池包生產(chǎn)線上的每個(gè)電池包都必須通過氣密性測(cè)試，合格的電池包將通過AGV（Automated Guided Vehicle，自動(dòng)導(dǎo)向車）轉(zhuǎn)運(yùn)至電性能檢測(cè)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(jìn)一步處理。

四、全流程質(zhì)量錨點(diǎn)：防錯(cuò)防呆的“鐵三角”機(jī)制

異物管控（Foreign Material Control）

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

• 箱體合蓋前采用工業(yè)內(nèi)窺鏡掃描，檢出金屬殘?jiān)式抵?.02‰。

密封圈裝配防錯(cuò)

• 離型紙撕除后需人工晃動(dòng)確認(rèn)背膠有效性，漏撕直接阻斷流水線；

• 密封墊褶皺自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)（CCD視覺），褶皺面積＞3mm2自動(dòng)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(shí)驗(yàn)室）：抽樣浸水+鹽霧復(fù)合測(cè)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(duì)抗”

電池包的封裝是一場(chǎng)對(duì)無序的宣戰(zhàn)——用納米級(jí)密封材料對(duì)抗水分子滲透，用±0.5N·m的扭矩精度抵抗機(jī)械熵增，用IPX9K的極限測(cè)試預(yù)演十年生命周期內(nèi)的環(huán)境侵蝕。當(dāng)箱蓋閉合的瞬間，制造的嚴(yán)謹(jǐn)性與自然的破壞力在此達(dá)成微妙平衡。

擊關(guān)注，后臺(tái)回復(fù)基礎(chǔ)知識(shí)"，領(lǐng)取電芯和PACK設(shè)計(jì)資源

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