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搅拌摩擦焊接的原理 搅拌摩擦焊接

【搅拌摩擦焊接的原理 搅拌摩擦焊接】搅拌摩擦焊(搅拌摩擦焊原理)
随着新能源汽车“十三五”规划的实施，电动汽车行业整体质量和数量得到快速提升 。动力电池作为新能源汽车的动力源部件，其安全性能直接影响整车和人员的安全 。根据国家标准，动力电池箱外壳防护等级应达到IP67的设计要求，在各种多变的气候环境和复杂的工作条件下，应做到密封防水 。
目前市面上大部分新能源汽车的动力电池安装位置都比较低，暴露在相对空的开放环境中 。并且多雨的沿海地区经常受到雨水和台风天的袭击，因此动力电池需要经受雨水、涉水甚至长时间浸泡在水中等极端环境的考验，避免水进入动力电池引发火灾爆炸事故 。针对以上问题，本文提炼出以下几种动力电池防水失效模式，并进行分析研究 。
动力电池防水失效模式分析
2.1密封圈防水失效
密封圈作为动力电池密封结构设计中不可或缺的一部分，与电池上下壳体的安装面相配合，保证动力电池的密封、防尘、防水 。闭合式硅酮泡沫作为密封圈的主要成分，经过加工，用PET双面胶和表面处理剂粘合后，以固定框的形式切割成O型密封圈 。与传统碳泡沫材料相比，具有优异的耐压缩永久变形性、耐高低温性、高阻燃性、优异的耐老化性和耐候性，是各种高性能密封、减震、缓冲、隔音、防护、绝缘和防火材料的理想选择 。
密封圈防水失效通常可以归结为:1)外部水压力大于泡沫硅胶的压应力；2)水压对硅胶泡沫的负荷大于泡沫硅胶密封圈与动力电池箱之间的摩擦力；3)密封圈压缩变形过大，导致其在各种复杂工况下压缩回弹失效，无法有效密封 。如表1和图1所示，某型号泡沫硅胶在-40℃ ~ 85℃环境箱中测试1000次后，表现出良好的压缩回弹性能 。同时，泡沫硅胶表现出优异的抗压缩变形性和抗蠕变性 。在硅酮泡沫密封圈的使用中，动力电池表现出良好的防水防尘性能 。在选择和使用密封环时，应综合考虑密封环的压缩变形、适当的摩擦、良好的容积间隙比和环境耐受性 。

2.2电连接器防水失效
作为动力电池的输入/输出介质，高低压电连接器的密封性直接影响动力电池的整体防水性能 。高压连接器防水失效模式有:1)动力电池连接器插座端维氏硬度过低；2)连接器与插座、插座与盒的平整度及配合不良；3)低压交流引脚位置密封失效[5]；4)高低压连接器插头的O型圈在插拔过程中受到挤压，产生不可逆的变形 。除了以上常见的电连接器防水失效模式，还有一些问题，比如频繁插拔后的连接器质量问题、锁死失效等 。
2.3防爆阀防水失效
防爆阀作为双向防水透气泄压元件，对防水透气膜片的要求更高 。隔膜的网孔具有一定的疏水性，只有气体分子可以通过，而液体分子会被阻挡在电池外壳之外 。防爆阀常见的防水故障主要存在以下几种形式:1)防水透气撕膜质量问题，疏水性差(图2a)；2)防爆阀的密封垫尺寸小于箱体安装孔的尺寸，导致密封垫在安装过程中变形并挤入安装孔，从而失去密封圈的防水性(图2b)；3)箱体平面度与防爆阀垫片之间有安装间隙和错位 。

2.4动力电池箱防水失效
外壳具有很强的结构保护功能，使动力电池内部的电子元器件和电池免受外界挤压、机械冲击、碰撞和振动等安全因素的影响 。同时，机箱外壳还具有一定的热防护功能，减少外部环境温度对内部电池和电器元件的直接热辐射，隔离火源 。
常见的电池壳可分为钣金壳、铝合金型材壳和轻型复合材料电池壳盖 。其中，钣金盒在制备过程中通过冲压、拼接、焊接等方式成型 。焊接、漏焊或虚焊直接影响电池外壳的防水密封性能 。铝合金箱体主要通过铝型材挤压、搅拌摩擦焊和补焊成型 。防水失效模式可以概括为:1)搅拌摩擦焊造成的电池壳体结构薄弱，在水压载荷环境下容易弯曲变形，导致漏气风险；2)补焊工艺造成的箱体焊接处的透焊、虚焊、漏焊等制造问题(图3)；3)铝合金型材存在“砂眼”和“夹渣”的质量问题 。虽然动力电池在生产下线的过程中会进行气密性检测，但是很难发现砂眼处气密性的泄漏，导致箱体防水失效 。

3结论
动力电池作为电动汽车的动力来源，其防水安全性受到高度重视 。本文从密封圈、电连接器、防爆阀、箱体结构四个方面分析了动力电池防水密封的失效模式，为新能源汽车动力电池的设计提供参考 。


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