由于傳統(tǒng)汽車引起的能源緊缺、環(huán)境污染等問題的日益突出，新興的綠色交通工具新能源汽車便應(yīng)運而生，成為各大汽車廠家的“新寵”。在新能源電動汽車中，電池包是其核心部件，電池包的密封性直接影響到電池系統(tǒng)工作的安全性，因此也影響到整車的使用安全。為了提高電池包的密封防水性能，需要對電池箱體密封結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的設(shè)計，對密封條的結(jié)構(gòu)和材料進(jìn)行研究，使電池箱體和密封條結(jié)構(gòu)完美結(jié)合，對保證電池包的安全性、提高使用壽命以及后期開發(fā)方向具有重要的應(yīng)用意義和指導(dǎo)價值。

1概述

在全球能源緊缺和氣候變暖越來越嚴(yán)峻的情勢下，人們對于新能源的呼吁越來越迫切，而汽車作為能源消耗大戶，更是要與時俱進(jìn)，適應(yīng)環(huán)境保護(hù)的需要。因此，新能源汽車被預(yù)言為未來汽車發(fā)展的最終趨勢。

隨著電動汽車的發(fā)展，電池包做為新能源汽車的動力源泉，其性能安全與否直接決定著整機的安全。如果電池包進(jìn)水，將嚴(yán)重影響其使用性能，因此結(jié)構(gòu)上對電池包的密封防水功能設(shè)計提出了更高的要求。

傳統(tǒng)的電池包防水一般會采用灌封、涂抹密封膠、現(xiàn)場橡膠發(fā)泡等方法，但是我們知道，這些傳統(tǒng)方法存在很多弊端和缺陷，如電池包無法維修或維修成本高、生產(chǎn)工藝復(fù)雜、防水密封性能不足、易老化等。而我們設(shè)計出的發(fā)泡密封條的防水結(jié)構(gòu)可以避開這些弊端和缺陷，使得電池包的安裝更加方便、維修成本更加低廉，并能滿足新能源汽車電池包對復(fù)雜、惡劣環(huán)境的使用要求。

2密封結(jié)構(gòu)形式及原理

由于電池包在電動汽車中的安裝位置較低，并且暴露在相對開放的空間中，容易遭受雨雪天氣的侵襲，特別是在汽車泡水的情況下，必須承受一定的水壓，因此對密封條的防水結(jié)構(gòu)設(shè)計提出了更大的要求。以下重點介紹下發(fā)泡密封條密封原理及設(shè)計。

2.1發(fā)泡密封條與接觸界面的防水

硅橡膠發(fā)泡密封條的防水原理：硅橡膠密封條在壓力作用下會發(fā)生彈性形變，使接觸界面與密封條之間的空隙被填充并產(chǎn)生反彈力，從而使得接觸面與發(fā)泡密封條間產(chǎn)生摩擦力。在密封條自身不泄露時，當(dāng)該摩檫力和反彈力都大于被密封介質(zhì)的內(nèi)壓或外壓時，密封材料才不會發(fā)生因變形或位移產(chǎn)生泄漏，反之則發(fā)生泄漏。

下圖為密封結(jié)構(gòu)示意，彈性變形也指密封墊的壓縮率，以下用C表示。壓縮率C=(H1-H2)/H1×100%(H1指的是自由狀態(tài)下的硅橡膠泡沫截面高度，H2為壓縮狀態(tài)下的截面高度。)

圖1硅橡膠泡沫密封示意圖

圖2硅橡膠泡沫壓縮示意圖

上文提到壓縮后產(chǎn)生的反彈力(也稱CFD)是指硅橡膠被壓縮至一定比例，并達(dá)到力學(xué)平衡后，對施加物的一個回應(yīng)力。對同一硅橡膠來講，壓縮比例越大，則回彈力越大，其密封和保護(hù)效果越好。但壓縮量如過大也會對硅橡膠泡沫自身和界面的固定造成不利影響。

2.2硅橡膠泡沫材質(zhì)對防水性能的影響

一般的密封條材料，如普通實心橡膠及普通發(fā)泡材料等可在防水等級要求不高的情況下使用，這些材料防水等級均可達(dá)到IP45。而要求防水等級更高，硅橡膠泡沫密封條的優(yōu)勢便展現(xiàn)出來。這是由于硅橡膠泡沫是一種新型的耐高低溫高分子彈性材料，其最大的特點是耐高溫、耐寒性能優(yōu)越，同時具有優(yōu)異的耐老化性能(耐臭氧、耐氧化、耐放射、耐光、耐氣候)，長期使用中，有非常好的彈性形變，厚度損失小，能夠耐老化、高溫、高濕，防水等級可以達(dá)到IPX7和IPX8。

那么硅橡膠泡沫材料自身結(jié)構(gòu)是怎么決定防水性能好壞的?

2.2.1硅橡膠泡沫材料孔徑結(jié)構(gòu)類型對防水性能的影響

硅橡膠泡沫材料根據(jù)孔徑結(jié)構(gòu)類型可分為閉孔型、開孔型及混合型(又稱半連泡)結(jié)構(gòu)。目前，市面上用于電池包密封防水主要是閉孔型和混合型，其中閉孔型主要以高溫硅橡膠為主，在使用初期具有優(yōu)異的防水性和氣密性，但隨著使用時間的延長，該泡沫材料由于自身分子結(jié)構(gòu)無法恢復(fù)如初，從而造成整體塌陷和密封防水性能下降，具體原因?qū)⒃谙挛闹嘘U述;同時由高溫膠制備的泡沫膠較難保持產(chǎn)品閉孔結(jié)構(gòu)的一致性，這主要是由發(fā)泡原理決定，后面將結(jié)合產(chǎn)品進(jìn)行分析。而混合型結(jié)構(gòu)，目前以國外某品牌的800系列為主，它具有優(yōu)異的耐候性和回彈性，長期使用后，依然能恢復(fù)如初，但在防水性能方面沒有保證，我們通過多批次實驗驗證，當(dāng)壓縮率較低時(如小于30%)，防水性能在長時間下無法通過，如提高壓縮率(如大于50%)，可增加防水性能，但依然無法100%保證防水，批次間存在差異;如進(jìn)一步提高壓縮率，或許能實現(xiàn)防水，但會對密封結(jié)構(gòu)設(shè)計造成影響，增加許多不確定性。產(chǎn)生以上防水性能較差的原因主要與開孔率有關(guān);即開孔率越高，泡孔和泡孔之間相通幾率增加，這樣防水性和氣密性也就變差。

2.2.2長時間使用條件下的防水情況

我們都知道，作為新能源汽車的使用壽命一般在8年以上，其核心部件電池包也須具有相同的使用壽命，故對密封材料也要如此。對于硅橡膠來說，它具有優(yōu)異的耐候性，但作為密封材料，它還需具有較低的壓縮永久變形性，否則后期防水性能和氣密性會下降。

為此，我們在進(jìn)行測試分析時，先對泡沫材料進(jìn)行一系列防水和氣密性能測試，然后進(jìn)行各種老化處理，最后再進(jìn)行防水和氣密性測試，以此考察前后變化情況。

目前，硅橡膠泡沫材料防水測試是在水下一米，壓縮30%，分別在24小時及48小時來進(jìn)行考察。實驗發(fā)現(xiàn)：TY640系列可以通過，但是國外800系列硅橡膠經(jīng)過多次試驗通過率低，國內(nèi)高溫膠通不過防水測試。當(dāng)然電池包的防水并不僅僅局限于24小時或48小時，要更久，最好是能保證8年以上的防水。由于硅橡膠在實際應(yīng)用中長期處于壓縮形變狀態(tài)，在高溫情況下更易造成永久變形，因此對于硅橡膠本身高溫形變的性能要求很高。為此我們做了如下高溫測試，將測試溫度從一般標(biāo)準(zhǔn)的100℃，提高至150℃，然后考察厚度損失情況。

3防水測試驗證

根據(jù)以上防水設(shè)計的分析，我們可以得知影響硅橡膠發(fā)泡密封條防水性能主要有以下幾個關(guān)鍵因素：硅橡膠發(fā)泡密封條壓縮后產(chǎn)生的反彈力、硅橡膠泡沫材質(zhì)、硅橡膠泡沫長期在高溫壓縮下的表現(xiàn)力等。綜合以上因素可以得出，TY640系列和國外800系列產(chǎn)品性能相對國內(nèi)某高溫膠系列產(chǎn)品表現(xiàn)更優(yōu)異，更能保護(hù)新能源汽車的電池包，確保其使用的安全性。

4結(jié)束語

通過以上討論，我們可看出，采用硅橡膠泡沫材料密封電池包時，影響密封性能的因素較多，主要與密封條與箱體接觸面產(chǎn)生的CFD大小，泡沫密封條孔徑結(jié)構(gòu)類型及老化性等因素有關(guān)。同時根據(jù)客戶需要，目前在TY640基礎(chǔ)上，已開發(fā)出一款新型的閉孔型泡沫硅橡膠，它同目前市面上的閉孔型相比，除具有相同的氣密性和防水性外，老化后，還具有快速回彈性、厚度損失較小的特點，并且老化后氣密性和防水性依然得到保持。當(dāng)然，電池包密封防水除與泡沫材料各性能有關(guān)外，還與密封條與電池包的設(shè)計結(jié)構(gòu)有著較大關(guān)系，這方面我們根據(jù)長期實驗測試分析和實際驗證，目前可以提供一整套電池包防水解決方案，包括使用什么樣的底板和外殼的材質(zhì)防水效果最佳，什么樣的密封條橫截面積最優(yōu)化，怎樣處理凸起等方面問題。