動力電池箱體銹蝕現(xiàn)象失效模式分析

韋映竹，黃祖朋，黃武榮，杜 智，李 彬

（上汽通用五菱汽車股份有限公司技術(shù)中心，廣西 柳州 545007）

引言

發(fā)展新能源汽車，是有效緩解能源和環(huán)境壓力，推動汽車產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。動力電池作為新能源汽車能量供給的核心零部件，其性能直接影響了新能源汽車的性能表現(xiàn)。而電池箱作為動力電池的載體，起到了安全防護(hù)的作用。

動力電池箱體的設(shè)計開發(fā)對其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、重量要求很高，其耐久及防腐蝕性同樣作為一個重要設(shè)計因素被考慮其中。動力蓄電池箱體作為電池的最重要的防護(hù)體，當(dāng)其處在濕熱環(huán)境及高鹽霧環(huán)境中，很容易發(fā)生腐蝕，長時間會產(chǎn)生銹蝕現(xiàn)象。目前電池作為動力源，通常被安裝在車輛底盤下方，這就要求電池箱體的耐腐蝕性能可以達(dá)到一定的要求[1]。尤其是目前針對8年12萬公里的質(zhì)保要求，箱體的壽命同樣是重要的一環(huán)。目前箱體材料通常使用鋼材，而鋼材的腐蝕程度越深對其影響極大，尤其是在密封防水以及強(qiáng)度上。本文通過對動力蓄電池箱體常見的銹蝕情況進(jìn)行分析，為箱體的表面處理工藝設(shè)計提供有力的理論基礎(chǔ)。

1 動力電池箱體銹蝕現(xiàn)象的失效模式

1.1 拉鉚螺母銹蝕

動力蓄電池箱體通常會設(shè)計密封翻邊來加強(qiáng)其密封性，而上箱蓋與下箱體的鏈接結(jié)構(gòu)通常設(shè)計為下箱體的安裝孔用拉鉚螺母鉚接，從而使上蓋與下箱體能用螺栓固定，達(dá)到一定的密封等級要求。

拉鉚螺母銹蝕狀態(tài)通常如圖1所示，由于拉鉚螺母是在箱體電泳后拉鉚固定上，故螺母的防腐性與其表面處理工藝及材料密不可分。螺母為標(biāo)準(zhǔn)件，其表面處理工藝一般為鍍鋅、鍍彩鋅、達(dá)克羅、鍍鋅鎳等。其中，達(dá)克羅涂層是一種以鋅粉、鋁粉、鉻酸和去離子水為主要成分的防腐涂料，一般為浸漬或噴涂工藝處理，而傳統(tǒng)一般為電鍍鋅、熱浸鋅工藝。單從達(dá)克羅的耐腐蝕性能看，其能達(dá)到720 h鹽霧要求，所以使用廣泛。

圖1 拉鉚螺母生銹情況

在箱體拉鉚螺母使用防腐涂層為非電鍍工藝時，其附著力會比電鍍層要差，如達(dá)克羅等。當(dāng)拉鉚槍在進(jìn)行操作時，會使其產(chǎn)生拉鉚力，從而使其表面涂層擊碎，從而達(dá)不到應(yīng)有的效果，從而產(chǎn)生如圖1所示生銹情況。而使用鍍鋅鎳涂層，附著力大，其拉鉚后產(chǎn)生的涂層掉落問題基本沒有。將幾種涂層的拉鉚螺母放置鹽霧箱中，使用GB/T 10125中性鹽霧試驗測試方法進(jìn)行720 h測試，效果對比如圖2所示。

圖2 拉鉚螺母拉鉚后的鹽霧試驗

1.2 接地線安裝點銹蝕

接地線作為動力蓄電池的觸電防護(hù)設(shè)計，其目的在于兩導(dǎo)體之間無電勢差（車輛與電池），并且能夠滿足一定過流能力[2]，故要求接地線連接線的電阻小，導(dǎo)電性好，設(shè)計要求為：

（1）電阻值小于0.1 mΩ；

（2）導(dǎo)體截面積要求一定大小。

接地線安裝點設(shè)計在箱體上，其作為箱體與車輛的等電位設(shè)計的一環(huán)，需滿足上述設(shè)計要求。接地線與安裝塊為螺栓連接，接觸面不能做噴漆或絕緣處理，否則接觸阻抗大，無法滿足設(shè)計要求。故在接地塊焊接在箱體后會與箱體一起過電泳后，會將接地塊的安裝面的涂層處理掉，從而起到減小導(dǎo)體接觸阻抗的作用。在車輛行駛過程中，此處將產(chǎn)生如圖3的銹蝕情況。

圖3 接地點銹蝕圖

為保證此處的導(dǎo)電性并且有一定的防腐作用，接地點的處理一般會涂導(dǎo)電漆，導(dǎo)電漆滿足520 h鹽霧要求，而不滿足一般企業(yè)要求的720 h鹽霧要求。但是一般此處安裝接地線會處于打緊狀態(tài)，所有刮電泳漆后涂導(dǎo)電漆也是在保證其耐腐蝕性能后又能增加其耐腐蝕性的方法，如圖4。

圖4 接地點導(dǎo)電漆涂層

還有一種常用方法如圖5所示，過電泳漆前用堵頭或螺栓將安裝孔屏蔽，增加電池箱體裸露層的面積，同時保證了一定的電泳漆覆蓋面積，其工藝處理如圖5所示。基于此工藝處理的接地點，其等電位測試結(jié)果與其他兩種相比基本無變化，可以滿足設(shè)計要求。

圖5 屏蔽螺栓孔后過電泳工藝處理

1.3 箱體安裝支架銹蝕

箱體的安裝支架的設(shè)計需要滿足電池安裝強(qiáng)度的要求，電池需滿足振動測試（GB 38031—2020）的標(biāo)準(zhǔn)要求。電池全生命周期需要保證其安全可靠性，那么箱體安裝支架作為主要的承重點，其耐久性尤為重要。在整車或電池長時間處于鹽霧環(huán)境后，箱體安裝支架的生銹情況通常如圖6所示：

圖6 動力蓄電池箱體安裝支架銹蝕

此類問題產(chǎn)生的原因通常為前期設(shè)計未考慮到電泳工藝問題。箱體安裝支架是多層設(shè)計，一般為兩到三層，以需要支撐的重量不同而進(jìn)行不同設(shè)計。但一般為電阻及二保焊焊接固定在箱體上，這使得在電泳過程中，電泳液不能完全浸透入安裝支架的縫隙中，尤其在貼合面較近的位置。需要考慮增加工藝孔及排氣孔，從而增加電泳面積。

2 結(jié)論

新能源汽車作為國家汽車發(fā)展的重要技術(shù)路線之一，電 池包的安全性直接影響到整車的安全性，電池箱體作為電池組的載體，對電池組安全工作和防護(hù)起著關(guān)鍵作用。電池箱體設(shè)計，需要充分考慮多方面的因素。特別是小型純電動汽車。因空間非常有限，電池箱體既要裝入更多電量的電池，又要與整車完美匹配，所以對電池箱體設(shè)計要求會更高[3]。本文中討論了以下幾種電池箱體銹蝕的失效模式：（1）拉鉚螺母的表面處理工藝；（2）箱體接地線安裝點的工藝處理；（3）安裝支架的工藝孔設(shè)計。同樣也分析了針對這些失效模式的一些處理方法供參考，但通常在電池箱體的表面處理工藝中，工程師需要根據(jù)實際情況去考量并合理設(shè)計。由于箱體表面處理的防腐性跟其工藝有著重要關(guān)系，在設(shè)計時也要同時將箱體表面處理工藝一并納入設(shè)計范疇。