基于纯电动汽车电池的密封性测试

基于电动汽车电池的密封性测试

Based on new energy vehicle battery leak test

英诺太科（innomatec）测试设备（太仓）有限公司李良李怀洲

摘要：动力电池是电动汽车的核心部件，而动力电池电池包或电池芯的密封性直接影响到电池系统的工作安全和电动汽车的使用安全。针对现阶段电池密封性IP67测试要求，现提出以下气密性检测方案。

Abstract: Electronic power battery is the key part of the Electric Vehicles . The battery pack and the battery cell leakage test are influence the safe of the battery system and Electric Vehicles. According to the leakage test IP67 require ,we provide the solution of the leakage test as following:

关键词：泄漏测试;电动汽车；电池包或电池芯；密封性

Key words: Leak test ,;Electric Vehicles, battery pack or battery cell; seal

0 引言

随着电动汽车的发展，动力电池包作为纯电动汽车的核心部件，电池包的安全性逐渐凸显出来，直接影响到整车的安全性。电池包的开发需要充分考虑多方面的因素，需要学习吸收国内外先进技术经验，对设计方案进行反复验证优化。因此就对电池箱体的强度、刚度、散热、防水、绝缘等设计要求很高，所以电池箱体的设计和密封性测试就显得至关重要。小型纯电动汽车，已成为国家产业化战略的主打车型之一，其电池箱体和芯体的密封测试尤其重要。

1传统测试方案

纯电动汽车动力电池组输出电压高达200 伏以上，电池箱体除保障容纳电池外，还必须有效隔绝操作人员和乘客与电池的接触；电池箱体必须密封防水，防止进水导致电路短路，电池箱体防护等级要求达到IP67。

传统测试方法如下：

1.1气密性试验

把电池箱上盖盖严，使用密封胶进行密封，只留一个插接件口作为进气口，其余插接件孔堵住，使用气压表控制压力，对电池箱进口充气，加气压力到30KPa,保压1min，用肥皂水检查是否有漏气的地方。若箱子没有漏气，可以保压，说明电池箱体密封性至少在IP66以上。

1.2浸水试验

把把电池箱上盖盖严，使用密封胶进行密封，所有插接件孔都用挡板夹密封垫堵上，将整个电池箱体完全浸入一个盛满水的池子中，用支架从电池箱上边把整个箱子完全压入水中，保持箱子上表面在水下500mm，保持10分钟。待时间到后取出箱子，打开上盖，看箱体内是否浸水。若箱子内完全干燥，则说明电池箱体密封性至少达到了IP66以上。若箱子内部进水，则说明密封不够，需查找原因和改进。

传统测试方法虽然成本上较低，但存在以下一些问题：

规律性差

主观性很强，完全依赖于操作

无法进行精确的计量

针对传统方法的劣势，以下解决办法，将英诺太科侧漏仪与检测部件连接，通过仪器内部电子调压阀对该检测部件进行充气。在经过一个简短的充气过程之后, 关闭调压阀，以隔离气源和检测工件。仪器内部压差传感器压力的变化就会显示出腔内气体压力的降低，这就意味着工件泄漏。使用此方法可以实现精准测量，规律性强，实时显示和

保存，数据追溯等功能。

为什么要用压缩空气为介质进行密封测试

对比一下一空气和液体作为介质进行密封性检测的优缺点。空气有可压缩性，且黏度相对较低。

这意味着空气通过漏点的速度比液体的要快100-400 倍。

⏹空气本质上没有表面张力。这个特点使它比液体更容易通过小的漏点。

⏹然而, 也必须考虑到空气可以通过的泄漏，对液体而言可能并不一定会泄漏。但只要我们设置一个合理的泄漏标准值即可解决此问题。这就是为什么以选择空气作为介质。

通过热力学定量和伯努利方程得出

Q = 泄漏率[ml/min] 、p = 压差[Pa] 、p0 = 在正常情况下的空气压强(1013.25*103Pa)、V = 容积[ml] 、t = 测试时间[sec]。大气压在同一环境下温度不变。

通过方程我们可以知道，在体积恒定的情况下，泄漏率Q与压差p成正比。在压差恒定的情况下，泄漏率与体积V成正比，体积越大，Q越大。若产品体积很大时，泄漏量恒定时，压差p较小。

在泄漏测试中参数主要分为：充气时间（直接充气和预充气）、稳压时间、测试时间、排气时间、充气压力（预充气压力和充气压力）、测试压力、压力偏差值和判断产品合格与否的极限值（flow/ pressure difference）。

针对电池包箱体，通常可以直接引出空位使用检漏仪进行正压测试，所需测试压力需由于不同电池包的材料和体积会有所不同。大致在3-50kpa左右。而针对不同的电池芯体，测试压力也会有很大不同。

压差法泄漏测试原理图

压差法在测试回路中增加了更高精度的压差传感器，众所周知，传感器的精度是和传感器量程有关系的。压差法检测方法引入的压差传感器量程较小，一般为+-5kpa或者+-2kpa，检测灵敏度提高到0.1pa,适合于电池微小泄漏的检测。压差法在实际应用中可以将参考口和测试口分别接参考容积和被测工件，在一定程度上抵消了产品受温度影响

引起的压力波动误差，提高了测试结果稳定性。同样，针对客户电池芯的测试，客户也可以选择使用真空测试取代水检。

电池包测试案例

针对一些容积较大、泄漏率要求比较小的产品我们也可以使用质量流量法(M版本)测试，质量流量传感器连接了参考容积和被测工件。首先将被测工件和参考容积都充入压缩空气，经过一段时间的稳定后，关闭充气阀组。将参考容积和被测工件中间的测试阀组也关闭，此时参考容积和被测工件直接连接的是流量传感器，如果被测工件有微小泄漏，参考容积的气体分子就会流过流量传感器，流过多少气体分子就能测到流量是多少，将此数值记录下就是最终的测试结果。流量法测试在欧洲新能源电池行业应用比较多。

对于没有充气孔的工件测试(比如fit bit)，将工件放入一个密封的容腔内，容腔需要做一个和产品形状类似的仿形容腔（图中测试容腔），尽量使得被测产品和容腔内壁之间的间隙小。测试仪器（D版本）的内部原理是先将充气阀打开，将固定压力的压缩空气充入一个仪器内部自带的参考容积，仪器自带的参考容积充入一定量压力的气后，充气阀关闭，测试阀组开，参考容积的压力就释放到了测试容腔内。如果产品有大漏，那么这个仪器自带的参考容积的气压就会很快的下降，超过我们设定的限定值，就会报警。如果产品有小漏，那么仪器自带的参考容腔的气压就很慢的下降，经过了保压，测试的过程产品的小漏就可以被测到，通常可以测到0.1cc/min 的精度（仪器显示分辨率是 0.01cc/min）。

如果考虑到产品的耐水性能要求高，比如防水50米，就是压力5ATM的压力,也就是5bar气压（水下1米深，相当于0.1bar压力），那么我们仪器自带的参考容积释放到测试容腔内的气压就是5bar，那么仪器自带参考容积压力就肯定高于5bar,这个仪器会自动计算，我们只要把5bar测试压力和测试容腔的容积输入就可以。

为了保证能够测试微小泄漏率，我们仪器配置了高精度的压差传感器，量程配置为

0-2000pa(0-2Kpa),也就是说，在测试产品大漏时候，我们是通过压力传感器来判断的，比如刚才例子5bar的测试压力要求，我们压力传感器的量程大致配置在0-8bar左右才满足要求，如果8bar量程的精度压力传感器经经过了保压，在测试阶段来测试产品小

漏就很难达到精度了，比如0.05%*8bar=0.4kpa（1bar=100kpa）, 这个精度很难测到微小泄漏。引入了压差传感器后，在保压阶段由压力传感器监控，到了测试阶段2Kpa量程（0.05%*2000pa=1pa）的压差传感器相对于压力传感器精度提高了100倍的数量级，所以选用压差传感器的定量法最为准确。

针对有些客户电池芯的测试，有些客户为了更高效快速的测量产品，可能会选择氦检设备，而有些客户由于成本考虑吧则会选择使用仪器测量。

下图为我司电池芯负压测试对比某品牌仪器的测量结果，可以看出从表格数据记录测试一号电池和二号电池重复测量结果，双方数据都比较稳定。从数据的差值看Innomatec相对而言更加稳定。