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1、发泡硅橡胶在电池包壳体密封圈上的应用争论李书鹏;李波【摘 要】随着能源车的快速进展,动力电池包作为能源车的核心部件,成为各主机厂的重点争论对象.对于电池包部件而言,密封性直接影响到电池包系统的工作安全,同时影响到能源车的使用安全.主要从电池包壳体密封材料的性能动身,通过验证发泡硅橡胶相对应的性能参数,评估发泡硅橡胶在电池包壳体密封圈上应用的可能性.%With the rapid development of new energy vehicles, as the core parts of new energy vehicle, the power battery pack has becom
2、e the key research object of OEM. For the battery pack parts, the sealing performance directly affects the work safety of the battery pack system, and also affects the safety of the new energy vehicle. Starting from the performance of battery pack shell sealing material, through validation of foamed
3、 silicone rubber corresponding performance parameters, application possibilities of foamed silicone rubber on sealing ring in the battery pack shell was evaluated.【期刊名称】汽车零部件【年(卷),期】2023(000)005【总页数】3 页(P76-78)【关键词】发泡硅橡胶;电池包壳体;密封圈【作 者】李书鹏;李波【作者单位】广州汽车集团股份广汽争论院,广东 广州 511434;广州汽车集团股份广汽争论院,广东 广州 511434
4、【正文语种】中 文【中图分类】U469.720 引言电池包作为纯电动汽车的动力来源，其内部构造周密简单，并含有大量电子元器件。依据 GB 4208-2023外壳防护等级(IP 代码)对电气设备外壳防护等级要求，电池包应满足标准中相应的防护等级。目前行业内对电池包的防护等级要求一般要达 到 IP67，才能保证电池包密封防水防尘，电池组不会进水而引起短路1。因此，电池包防水、防尘的牢靠性设计就变得尤其重要。1 电池包壳体密封圈应用方案介绍目前市场上量产的电池包中，壳体密封圈主要有三大类，分别是橡胶密封圈类(材质主要为 EPDM、SBR 等)、胶黏剂类(材质主要为有机硅体系)、泡绵胶带类(材质主要为
5、发泡硅橡胶、聚氨酯等)。各类型的成型工艺、优缺点见表 1。表 1 密封圈方案比照类型成型工艺优点缺点橡胶密封圈模压价格低,可重复利用对法兰面平坦度要求高,无法自动扮装配胶黏剂涂胶与法兰面贴合度高,密封性最好固化时间长,难拆解、修理性差泡绵胶带模切、拼接密封好,可重复利用价格贵,难自动化操作2 电池包壳体密封用材性能动力电池包通常被安装在能源汽车的底部，长期使用的工况比较苛刻，同时为了满足电池包全寿命使用的密封性、安全性及施工便利性要求，在选择密封圈材料时应主要考虑以下性能：密度、吸水率、压缩应力松弛、压缩永久变形、撕裂强度、抗拉强度和阻燃性等，对于发泡材料还需要考虑泡孔构造(闭孔、开孔或通孔)
6、、胶黏剂材料还需考虑固化时间等。此次选取某供给商供给的发泡硅橡胶(A 牌号)开展相关试验，验证发泡硅橡胶材料相关性能，评估发泡硅橡胶应用于电池包密封圈的可行性。材料的信息见表 2。表 2 材料信息类型发泡硅橡胶发泡类型闭孔发泡密度/(gcm-3)0.42.1 吸水率依据 ASTM D1056Standard Specification for Flexible Cellular Materials- Sponge or Expanded Rubber标准中规定的方法(仅使用于闭孔发泡材料)，测试发泡硅橡胶的吸水率。将试样浸入蒸馏水面以下 50 mm 处，降低水面压力到17 kPa，保持 180
7、 s。释放真空，恢复到大气压下保持 180 s，取出试样，去除外表水分，按式(1)计算吸水率，结果见表 3。(1)式中：W 为吸水率，%；A 为试验后的质量，g；B 为试验前的质量，g。表 3 吸水率测试结果材料编号试验前质量/g 试验后质量/g 吸水率/%吸水率平均值/%发泡硅橡胶(A 牌号)试样 11.619 51.645 81.621.88 试样 21.670 31.70382.01 试样 31.585 71.617 82.022.2 压缩应力松弛当向橡胶施加一恒定应变时，保持该应变所需的力不是恒定不变的，而是随时间的增加而降低，这种现象称为应力松弛2。电池包上下壳体对密封圈的最大压缩量
8、一般不超过 50%，压缩量通常为恒定值。此时，压缩应力松弛就是衡量材料长期密封性的重要指标。依据 GB/T 1685-2023硫化橡胶或热塑性橡胶 在常温顺高温下压缩应力松弛的测定中规定的方法，考察发泡硅橡胶在 85 /2 000 h 加速老化的压缩应力松弛性能，按式(2)计算规定测试时间下的应力松弛，应力松弛曲线见图 1，结果见表 4。(2)式中：R(t)为应力松弛，%；F0 为 30 min 后测量的初始作用力，N；Ft 为到达规定时间 t 后测量的作用力，N。图 1 压缩应力松弛曲线表 4 压缩应力松弛测试结果材料发泡硅橡胶(A 牌号)测试方法 GB/T 1685-2023 (A 法)结
9、果/%14.72.3 压缩永久变形与压缩应力松弛相比，压缩永久变形是衡量橡胶在受不同压缩量的时候，抵抗永久变形的力量。压缩量大小直接影响密封圈的密封性：压缩量过小，则会引起泄漏； 压缩量过大，则简洁发生永久变形。因此，通过考察材料的压缩永久变形，对密封圈设计时压缩量的选取有着重要意义。依据 ASTM D1056Standard Specification for Flexible Cellular Materials-Sponge or Expanded Rubber中规定的方法，测试材料的压缩变形。由于密封圈的厚度定义一般在 5 mm，此次测试选取的材料厚度也是 5 mm，压缩量选取 50%
10、，条件选取 85 /2 000 h 进展加速测试，按式(3)计算规定测试时间的压缩变形，结果见表 5。(3)式中：C 为压缩变形，%；t0 为初始厚度，mm；t1 为压缩后恢复厚度，mm；ts 为限位块厚度，mm。表 5 发泡硅橡胶(A 牌号)压缩永久变形测试结果编号初始厚度/mm 限位块厚度/mm 恢复后厚度/mm 永久变形/%平均值/%试样 14.972.504.874.05 试样25.012.504.913.98 试样 35.062.504.963.9142.4 其他性能吸水率、压缩应力松弛和压缩永久变形是衡量材料密封性的 3 个重要指标，然而对于电池包壳体密封圈而言，除了对密封性有要求
11、外，对密封圈的安装便利性(可反复拆装)、阻燃性及环境适应性等也有要求。对于较大尺寸的密封圈，在安装施工过程中，尤其需要反复拆装时，要求材料具有良好的抗撕裂强度。然而对于发泡硅橡胶材料，由于其本身强度较低，抗拉强度一般在 0.30.6 MPa，因此，考虑到施工操作时，需要发泡硅胶的抗撕裂强度大于拆装时泡绵与壳体的粘接力，以免在拆装时泡绵本体被撕裂影响装配。此外，动力电池包的防火设计也至关重要，阻燃等级要求较高，目前行业内常见的要求一般要到达 V-0 的阻燃等级。密封圈作为电池包部件之一，也必需满足 V-0 的阻燃等级。与烃类橡胶相比，硅橡胶极限氧指数较高，燃烧速度慢，本身就是一种优质的阻燃材料3
12、。因此，对发泡硅橡胶进展阻燃处理后，依据 UL94Test for Flammability of Plastic Materials for Partsin Devices and Appliances中规定方法测试，发泡硅橡胶(A 牌号)满足 V-0 的阻燃要求。3 完毕语发泡硅橡胶既具有硅橡胶耐热、耐寒及阻燃优良的特性，又具有海绵的固有弹性4。选取某供给商 A 牌号的发泡硅橡胶，通过测试材料的吸水率、压缩应力松弛、压缩永久变形、抗撕裂强度及阻燃特性得出：发泡硅橡胶具有较低的吸水性、优异的压缩应力松弛及抵抗永久变形的力量，可作为电池包密封圈选材之一。然而电池包的密封性不仅与材料有关，还与密
13、封的构造设计有着亲热的关系。因此， 一个好的密封方案，不仅需要匹协作适的材料，也需要搭协作适的构造设计。电池 包的密封也是行业内始终在争论的课题，只有不断地尝试、创，才能找到最优的 解决方案，带动行业的进展。参考文献:【相关文献】1 李东锋，金利芳.纯电动汽车电池包密封构造争论C/第九届河南省汽车工程技术研讨会论文集. 许昌：河南省汽车工程学会，2023：312.2 全国橡胶与橡胶制品标准化技术委员会橡胶物理和化学试验方法分会.硫化橡胶或热塑性橡胶在 常温顺高温下压缩应力松弛的测定:GB/T 1685-2023S.北京：中国标准出版社，2023.3 韦震宇，邹华，张立群，等.硅橡胶阻燃及成炭性能争论J.特种橡胶制品，2023，32(2)：15- 20.WEI Z Y,ZOU H,ZHANG L Q,et al.Research on Flame Retardance and Charring of Silicone RubberJ.Special Purpose Rubber Products,2023 ，32(2)：15-20.4赵红娟.发泡硅橡胶胶料J.橡胶参考资料，2023，32(1)：13-16.