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新能源電池包氣密性測(cè)試的難點(diǎn)分析及解決方案、上下殼體的氣密性測(cè)試方案

 996mtwsfss 2019-08-06

   新能源電池包是目前汽車行業(yè)的主流產(chǎn)品,同時(shí)新能源電池包的氣密性檢測(cè)也是非常講究的,由于一般的新能源電池包都比較大,基本長(zhǎng)度都在1米以上,對(duì)于整個(gè)腔體而言,內(nèi)部的容積是非常大的,所以使用壓縮空氣作為氣密性測(cè)試,測(cè)試的難度高于一般的常規(guī)產(chǎn)品;

   新能源電池包的氣密性測(cè)試主要分為上殼體、下殼體、總裝件的氣密性測(cè)試;對(duì)于上下殼體的氣密性測(cè)試,必須滿足總裝后氣密性的泄露率要求,也就是說(shuō)上殼體與下殼體獨(dú)立的泄露率總和不得超過(guò)整體電池包成品的泄露率要求; 由于新能源電池包的本身特性,電池包氣密性測(cè)試的充氣壓力不能過(guò)大,一般分為正壓測(cè)試及抽真空測(cè)試,博世、大眾的新能源電池包測(cè)試壓力基本為正負(fù)幾千帕,測(cè)試時(shí)間在1分鐘左右,泄漏值根據(jù)電池包的款式會(huì)給出相應(yīng)的臨界值; 

    一般來(lái)說(shuō),新能源電池包腔體體積特別大,泄漏會(huì)變得很緩慢,所以對(duì)于建議選擇差壓對(duì)比法的檢漏儀,如FORTEST T8960系列,分辨率及測(cè)試精度相對(duì)一般的檢漏儀會(huì)高,這樣對(duì)于測(cè)試來(lái)說(shuō),可以增加分辨能力,尤其對(duì)于這樣緩慢的測(cè)試變化,檢漏儀的穩(wěn)定性一定要高,結(jié)果值本身就很小,如果略有波動(dòng)的話,會(huì)造成結(jié)果值的不確定性。

    整體的電池包組,壓裝會(huì)變得比較簡(jiǎn)單,測(cè)試只需對(duì)新能源電池包直接進(jìn)行充氣、穩(wěn)壓、測(cè)試、排氣;測(cè)試程序的充氣、穩(wěn)壓、測(cè)試時(shí)間,可以根據(jù)T8960檢漏儀的曲線功能進(jìn)行優(yōu)化處理,得到合適的測(cè)試程序;

    上殼體、下殼體測(cè)試:

    電池包上下殼體須滿足氣密性要求,那么給定的泄露率值的總和必須控制在一定范圍內(nèi);當(dāng)然,測(cè)試應(yīng)該根據(jù)電池包內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和體積來(lái)確定;那么對(duì)于前期的研發(fā)和工藝而言,內(nèi)部的體積確定,就變得非常重要了,所以在選擇T8960的時(shí)候,建議增加體積功能的測(cè)試模塊,這樣的話,可以直接測(cè)試出整電池包內(nèi)部的容積V1;根據(jù)這個(gè)容積值V1我們可以在后期對(duì)上下殼體測(cè)試的時(shí)候,制作工裝夾具留有相應(yīng)的容積值; 由于新能源電池包的氣密性測(cè)試固有特性,測(cè)試一個(gè)電池包的時(shí)間基本大于一分鐘,結(jié)果值也就在幾百帕斯卡;

    由于新能源電池包的氣密性測(cè)試的結(jié)果值比較小,測(cè)試周期長(zhǎng),通常對(duì)上下殼體測(cè)試的時(shí)候,需要邊測(cè)試邊沉水,合格件流入生產(chǎn)線,不合格件,需要知道泄漏產(chǎn)生的位置,可以在測(cè)試過(guò)程觀察冒泡情況來(lái)判斷;

    如果要進(jìn)行沉水測(cè)試,建議選用進(jìn)口部件、氣缸、閥體等,保障長(zhǎng)期測(cè)試的穩(wěn)定性;檢漏儀須配置外部排氣功能,防止水回流進(jìn)設(shè)備內(nèi)部,導(dǎo)致檢漏儀的損壞;

    對(duì)于更大的電池包,測(cè)試氣密性會(huì)變得更加艱難,那么需要在T8960對(duì)比差壓法檢漏儀的參考端增加一個(gè)對(duì)比腔體,進(jìn)行這樣的測(cè)試后,可以提高更多的測(cè)試穩(wěn)定性;提高系統(tǒng)測(cè)試的分辨率,測(cè)試結(jié)果將更加穩(wěn)定;

    總之對(duì)于新能源電池包的氣密性測(cè)試,必須選擇配置的檢漏儀,如果研發(fā)及工藝需要對(duì)上下殼體或者其他零部件進(jìn)行氣密性測(cè)試,那么必須配置體積測(cè)試功能,腔體容積如果可以確定,對(duì)于研發(fā)及工藝部門指定相應(yīng)的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn),是有非常大的幫助。

    另外我們?cè)賹?duì)傳統(tǒng)的測(cè)試方法做一些補(bǔ)充:

     1傳統(tǒng)測(cè)試方案
     純電動(dòng)汽車動(dòng)力電池組輸出電壓高達(dá) 200 伏以上,電池箱體除保障容納電池外,還必須有效隔絕操作人員和乘客與電池的接觸;電池箱體必須密封防水,防止進(jìn)水導(dǎo)致電路短路,電池箱體防護(hù)等級(jí)要求達(dá)到 IP67。

     傳統(tǒng)測(cè)試方法如下:

     1.1氣密性試驗(yàn)
     把電池箱上蓋蓋嚴(yán),使用密封膠進(jìn)行密封,只留一個(gè)插接件口作為進(jìn)氣口,其余插接件孔堵住,使用氣壓表控制壓力,對(duì)電池箱進(jìn)口充氣,加氣壓力到30KPa,保壓1min,用肥皂水檢查是否有漏氣的地方。若箱子沒有漏氣,可以保壓,說(shuō)明電池箱體密封性至少在IP66以上。

     1.2浸水試驗(yàn)
把把電池箱上蓋蓋嚴(yán),使用密封膠進(jìn)行密封,所有插接件孔都用擋板夾密封墊堵上,將整個(gè)電池箱體完全浸入一個(gè)盛滿水的池子中,用支架從電池箱上邊把整個(gè)箱子完全壓入水中,保持箱子上表面在水下500mm,保持10分鐘。待時(shí)間到后取出箱子,打開上蓋,看箱體內(nèi)是否浸水。若箱子內(nèi)完全干燥,則說(shuō)明電池箱體密封性至少達(dá)到了IP66以上。若箱子內(nèi)部進(jìn)水,則說(shuō)明密封不夠,需查找原因和改進(jìn)。

     傳統(tǒng)測(cè)試方法雖然成本上較低,但存在以下一些問題:
     規(guī)律性差
     主觀性很強(qiáng),完全依賴于操作
     無(wú)法進(jìn)行的計(jì)量

      針對(duì)傳統(tǒng)方法的劣勢(shì),以下解決辦法,將蘇州創(chuàng)啟的側(cè)漏儀與檢測(cè)部件連接,通過(guò)儀器內(nèi)部電子調(diào)壓閥對(duì)該檢測(cè)部件進(jìn)行充氣。在經(jīng)過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)短的充氣過(guò)程之后, 關(guān)閉調(diào)壓閥,以隔離氣源和檢測(cè)工件。儀器內(nèi)部壓差傳感器壓力的變化就會(huì)顯示出腔內(nèi)氣體壓力的降低,這就意味著工件泄漏。使用此方法可以實(shí)現(xiàn)測(cè)量,規(guī)律性強(qiáng),實(shí)時(shí)顯示和保存,數(shù)據(jù)追溯等功能。

       為什么要用壓縮空氣為介質(zhì)進(jìn)行密封測(cè)試
      對(duì)比一下一空氣和液體作為介質(zhì)進(jìn)行密封性檢測(cè)的優(yōu)缺點(diǎn)??諝庥锌蓧嚎s性,且黏度相對(duì)較低。這意味著空氣通過(guò)漏點(diǎn)的速度比液體的要快 100-400 倍。
? 空氣本質(zhì)上沒有表面張力。這個(gè)特點(diǎn)使它比液體更容易通過(guò)小的漏點(diǎn)。
? 然而, 也必須考慮到空氣可以通過(guò)的泄漏,對(duì)液體而言可能并不一定會(huì)泄漏。但只要我們?cè)O(shè)置一個(gè)合理的泄漏標(biāo)準(zhǔn)值即可解決此問題。這就是為什么以選擇空氣作為介質(zhì)。
通過(guò)熱力學(xué)定量和伯努利方程得出

     

     Q = 泄漏率 [ml/min] 、p = 壓差 [Pa] 、p0 = 在正常情況下的空氣壓強(qiáng)
(1013.25*103Pa)、 V = 容積 [ml] 、t = 測(cè)試時(shí)間 [sec]。大氣壓在同一環(huán)境下溫度不變。

    通過(guò)方程我們可以知道,在體積恒定的情況下,泄漏率Q與壓差p成正比。在壓差恒定的情況下,泄漏率與體積V成正比,體積越大 ,Q越大。若產(chǎn)品體積很大時(shí),泄漏量恒定時(shí),壓差p較小。

     在泄漏測(cè)試中參數(shù)主要分為:充氣時(shí)間(直接充氣和預(yù)充氣)、穩(wěn)壓時(shí)間、測(cè)試時(shí)間、排氣時(shí)間、充氣壓力(預(yù)充氣壓力和充氣壓力)、測(cè)試壓力、壓力偏差值和判斷產(chǎn)品合格與否的極限值(flow/ pressure difference)。

     針對(duì)電池包箱體,通??梢灾苯右隹瘴皇褂脵z漏儀進(jìn)行正壓測(cè)試,所需測(cè)試壓力需由于不同電池包的材料和體積會(huì)有所不同。大致在3-50kpa左右。而針對(duì)不同的電池芯體,測(cè)試壓力也會(huì)有很大不同。

     壓差法在測(cè)試回路中增加了更高精度的壓差傳感器,眾所周知,傳感器的精度是和傳感器量程有關(guān)系的。壓差法檢測(cè)方法引入的壓差傳感器量程較小,一般為 -5kpa或者 -2kpa,檢測(cè)靈敏度提高到0.1pa,適合于電池微小泄漏的檢測(cè)。壓差法在實(shí)際應(yīng)用中可以將參考口和測(cè)試口分別接參考容積和被測(cè)工件,在一定程度上抵消了產(chǎn)品受溫度影響引起的壓力波動(dòng)誤差,提高了測(cè)試結(jié)果穩(wěn)定性。同樣,針對(duì)客戶電池芯的測(cè)試,客戶也可以選擇使用真空測(cè)試取代水檢。

     針對(duì)一些容積較大、泄漏率要求比較小的產(chǎn)品我們也可以使用質(zhì)量流量法(M版本)測(cè)試,質(zhì)量流量傳感器連接了參考容積和被測(cè)工件。首先將被測(cè)工件和參考容積都充入壓縮空氣,經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的穩(wěn)定后,關(guān)閉充氣閥組。將參考容積和被測(cè)工件中間的測(cè)試閥組也關(guān)閉,此時(shí)參考容積和被測(cè)工件直接連接的是流量傳感器,如果被測(cè)工件有微小泄漏,參考容積的氣體分子就會(huì)流過(guò)流量傳感器,流過(guò)多少氣體分子就能測(cè)到流量是多少,將此數(shù)值記錄下就是zui終的測(cè)試結(jié)果。流量法測(cè)試在歐洲新能源電池行業(yè)應(yīng)用比較多。

    如果考慮到產(chǎn)品的耐水性能要求高,比如防水50米,就是壓力TM的壓力,也就是5bar氣壓(水下1米深,相當(dāng)于0.1bar壓力),那么我們儀器自帶的參考容積釋放到測(cè)試容腔內(nèi)的氣壓就是5bar,那么儀器自帶參考容積壓力就肯定高于5bar,這個(gè)儀器會(huì)自動(dòng)計(jì)算,我們只要把5bar測(cè)試壓力和測(cè)試容腔的容積輸入就可以。

   針對(duì)有些客戶電池芯的測(cè)試,有些客戶為了更快速的測(cè)量產(chǎn)品,可能會(huì)選擇氦檢設(shè)備,而有些客戶由于成本考慮則會(huì)選擇使用儀器測(cè)量。

   對(duì)于FORTEST檢漏儀有一個(gè)非常大的優(yōu)勢(shì)就是,測(cè)試精度為測(cè)量值的0.5%;而對(duì)于其他檢漏儀均是全量程的0.5%;這使得這款檢漏儀設(shè)備測(cè)試結(jié)果值更加、穩(wěn)定。

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