动力电池外壳防水设计

随着全球共享经济的发展，共享助力车、共享滑板车、共享平衡车、共享摩托车、换电电池等领域如雨后春笋般催生。与此同时，这些产品也对其动力电池提出了更高的要求。

共享产品长期工作在野外环境下，环境温度多变、工况复杂多样，如果电池内部进水，可能导致电池短路、起火甚至爆炸。

因此，动力电池外壳防水成为结构设计的工作重点，这也要求产品的防水等级至少需要提升到IP67及以上。根据相关技术资料，结合多年工作经验，本文对动力电池外壳的防水设计做总结介绍，资同行借鉴。

1防水设计方法

在多年的结构设计过程中，总结出多种防水设计方法，确保动力电池外壳可以达到IP67及以上级别。所谓的IP67防水代表尘埃无法进入物体，在常温常压下，外壳浸泡在1m深的水里30min后不会进水。

1.1 超声波焊接

在产品尺寸较小且防水要求级别较低的情况下，一般选用超声波焊接。图1所示为超声波焊接设计。超声波焊接对产品上下塑胶外壳的定位、超声波导熔线的结构、塑料的材质、壁厚的选择、超声波设备的频率和功率等都有着严格的要求。

超声波焊接防水主要原理是用超声能量将三角形柱快速软化和熔化接触面，塑胶熔化成液态后将上下塑胶外壳紧密粘合在一起。因此，超声波导熔线设计和定位设计是防水成败的关键。

1.1.1定位方式设计

上下塑胶件在超声焊接过程中需要保证三角形柱的定位准确，且限位高度一般不低于1mm。可在上下塑胶件配合位置增加圆柱、凹槽定位结构，确保整个塑胶壳体定位准确。

在设计的过程中，还需要考虑到塑胶壳外形的平面度和变形度，因此塑壳设计需要增加防变形设计，对模具分型线位置增加抛光等方式。

1.1.2导熔线的设计

导熔线的设计有很多种类型。其中有一种是上模产品面做成断点三角形柱，下模产品面做成水平面；还有一种是导熔线做成凹凸槽结构，超声波上模产品面做成凸结构、另外一半则做成凹槽结构，凸型结构的尺寸大于凹型结构的深度为0.5～1mm最佳。

1.2胶槽点胶防水

在防水处理中，最常见的一种方法为点胶防水：对缝隙处进行点胶，待胶水凝固即实现密封，

达到防水的目的。点胶槽结构可设计成类似密封圈防水的筋条和胶槽结构，用于壳体与物料之间缝隙的点胶密封；一般在上盖设置筋条，下盖设置对应的凹槽；凹槽的深度为2～4mm最佳，筋条高于凹槽底部位置1～2mm，如图2所示。

点胶防水使用的胶水一般为RTV防水密封点胶。RTV胶具有良好的憎水性和粘接性能，固化后可变为弹性体，因此在振动、跌落、机械撞击等可靠性测试后仍然能保持原有的橡胶弹性，有助于动力电池的防震防跌落。

1.3灌胶防水

灌胶防水是目前可满足防水级别最高的方式，可以达到IP68及以上。但是因为灌胶防水还具有重量大、成本高、无法返工等特性，使得整个动力电池成本上升，很多低成本项目无法使用。

目前，关于这些缺点很多厂家都在做技术性研究，以便改善这些缺点，比如：使用泡沫灌胶可以解决重量大的问题、使用匹配性溶剂熔化胶水可以解决无法返工的问题等。

灌封防水常见的是使用环氧树脂灌封胶或者AB胶，可以将动力电池外壳内部全部灌封，有防水、防震、防跌落、抗外力冲击等功能。环氧树脂是一种高分子聚合物，当和相应的固化剂反应后，就会形成一种稳定膜，隔离水分子使之无法穿透。

在灌胶过程中，因为胶体的流动可以填满电芯之间的间隙，也可以形成一种稳定可靠的导热体。从目前的试验测试结果，整体散热比塑胶表现更佳。

1.4密封圈防水

密封圈防水是现有最常见的设计，具有应用范围广、节省空间、操作简单、稳定性强、可返工性良好、防水效果好等特点。密封圈防水最常使用O形密封圈。

O形密封圈可以阻止水或者空气的流通，具体表现为O形密封圈的形变后成为可阻挡的墙体。O形密封圈的密封效果取决于O形圈尺寸和沟槽尺寸是否正确匹配，以及密封圈压缩量和拉伸量是否合理。图3所示是现有动力电池外壳最为普遍的密封圈防水设计方式。

1.4.1 O形密封圈设计

1）压缩率：

式中：W——压缩率，%；d0——O形圈在自由状态下的截面直径，mm；h——O形圈压缩后的截面高度，mm。

O形圈的压缩率为15%～30%，而动力电池外壳一般使用静密封，因此决定了所选用的压缩率不能过高；加上电池外壳的压力固定：所以只有增加整体沟槽的宽度和尽量提高O形圈的压缩率，才能将整体防水级别提升到IP68。

2）拉伸量：

O形圈在装配过程中，需要计算拉伸量，一般其拉伸量为1%～5%。拉伸量过大会导致安装困难，降低压缩率，引起外壳泄露。拉伸量公式：

式中：α——拉伸量，%；d——轴径，mm；d1——O形圈的内径，mm。

1.4.2 O形密形圈的材料选择

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