淺談CMD 在動力電池包上的被動安全功能

王 軍，劉天航，王 祺，薛 雷，馮 佳

（1.孚能科技（贛州）股份有限公司，江西 贛州 341000；2.江蘇泛亞微透科技有限公司，江蘇 常州 213176）

1 研究背景

電池包作為新能源汽車的核心零部件，隨著結構的優化電芯堆疊數量不斷增加，電池包能量密度也隨之提高，電池包熱管理系統液冷技術是目前的主流方式，該方式是在電池箱內采用裝有流動冷卻液的冷卻板/管道進行降溫，冷卻板一般使用高導熱性的鋁制材料，電池包內的金屬構件焊接會使用雙金屬工藝。

電池包充放電遇到有溫差和壓差環境時，需要有壓力平衡的裝置，現在使用防水透氣膜材料閥體解決，此方案可以隔絕液態的水，但是無法阻止空氣中水分子的進入，當外界環境濕度較大時電池包內會形成與外界濕度平衡的狀態，導致箱內濕氣聚集，電池工作時電池包內溫度升高，而此時冷卻系統開始啟動，電池包內光滑物體表面（冷卻板外壁等）結霧凝露，嚴重時可能產生積水。

當冷凝水無法排出，對電池包就會產生嚴重的安全隱患：①容易導致電器連接件、高壓系統等絕緣下降造成短路或者產生拉弧；②加劇雙金屬焊接件的腐蝕和老化；③造成電池包內部的溫度傳感器信號檢測不穩定。

然而電池包凝露問題在電池包的設計方案中被長期忽視，給電池包使用中帶來安全隱患。

目前市場上解決電池壓力平衡有單獨的平衡閥，當發生熱失控時有負責快速泄壓的防爆閥，比較主流的方案是將壓力平衡和快速泄壓兩種功能結合在一起形成一個單獨的組件安裝在電池包上。江蘇泛亞微透與孚能科技共同驗證并工程應用了一種集壓力平衡、快速泄壓、凝露控制3個功能于一體的CMD平衡泄壓閥組件。

以下主要從組件結構和試驗驗證兩個方面來介紹此產品優異性能。

2 新型CMD平衡泄壓閥組件

組件模型如圖1所示。該組件含有螺紋孔⑤，可以通過螺栓安裝在電池包殼體上，組件主要由壓力平衡模塊①、防爆模塊②和除濕模塊④組成，其中壓力平衡模塊①中含有阻濕結構③。

圖1 CMD平衡泄壓閥組件

1）當電池包處于靜止狀態時，阻濕閥門結構③關閉，隔絕外部環境對電池包內部的影響，同時除濕模塊④持續對電池包內進行吸濕。

2）當電池包處于工作狀態時，阻濕閥門結構③打開，氣體經壓力平衡模塊①平衡電池包內外壓差。

3）當電池包處于熱失控狀態時，防爆模塊②打開，電池包得到快速泄壓。

4）整個部件使用耐腐蝕鋁合金材料，為保證整個部件安裝在電池包上達到等電位狀態，閥蓋表面粘貼TRT絕緣膜⑥，此膜材為聚酰亞胺膜雙面涂覆聚四氟乙烯，體積電阻率實測2.36×10Ω·cm，耐電壓強度實測190kV/mm。

2 試驗驗證

為測試CMD平衡泄壓閥在各工況下的凝露控制能力，對其進行專業實驗室驗證，通過1960H的濕熱循環驗證，模擬產品實際使用15年的表現，電池包內不產生凝露，實驗完成后產品通過透氣量、防水性能、爆破壓力測試。

注意：測試應在實驗要求的環境中進行。DUT 測試工作須由專業的人員完成。測試參考DIN EN 60068-2-78 and DIN EN 60068-2-38《濕熱循環》標準進行測試。測試步驟如下。

2.1 預處理

測試對象按圖2所示預處理，在進行第一次濕熱循環之前需要根據IEC 60068-1（55℃±2K，相對濕度不超過20%）運行一個24h的輔助干燥工況。然后測試對象在初始測試前在標準大氣環境下適應至熱穩定。

圖2 預處理

2.2 初始測試

在預處理完成后，測試對象需按照要求進行電池包外殼和連接部位等目視檢查，密封性確認，電壓、絕緣等實時監控。

2.3 濕熱循環

測試按照表1測試順序進行，包含5個測試階段。

表1 濕熱循環

定義停車時整車環境的平均溫度為23℃，濕度為65%；測試溫度為55℃，濕度為95%。濕熱測試所需時長計算方法如下：

3 驗證結果

判定主要從電池包內部肉眼可見的結構腐蝕狀況和絕緣電阻值兩個方面給出測試結果。

3.1 腐蝕測試結果

3.1.1 搭載CMD平衡泄壓閥組件測試結果

圖3為搭載CMD平衡泄壓閥組件測試結果：邊緣/角落等凝露容易聚集處未出現任何腐蝕現象。

圖3 電池包內照片（無腐蝕痕跡）

3.1.2 搭載普通透氣膜閥體電池包測試結果

圖4為搭載普通透氣膜閥體電池包測試結果：邊緣/角落等凝露容易聚集處有明顯腐蝕現象產生，對于產品結構強度的穩定性和絕緣性能有非常大的隱患。

圖4 電池包內照片（有腐蝕痕跡）

3.2 絕緣測試結果

出于安全考慮，溫濕實驗全程實時檢測電池包內絕緣值，如果低于整車絕緣標準即有警報產生。

電池包在濕熱循環測試中，不含CMD平衡泄壓閥組件電阻值，主要在冷熱交變高濕環境中絕緣阻值會小于整車絕緣警報標準，絕緣一度處于警報失效狀態。含CMD模塊整體呈現較好表現，未發生整車絕緣報警失效狀況。CMD平衡泄壓閥組件提高了電池包供電的安全性和可靠性，具體絕緣數值曲線如圖5所示。

圖5 整車絕緣電阻值比對

4 結論

CMD作為一種被動的冷凝控制系統的安全模塊，能夠有效地改善電池包內部產生冷凝水所帶來零部件腐蝕老化、絕緣性能下降、溫度讀取失真等問題，從而保證電池包能夠更加安全可靠地為整車提供電能。因此CMD是電池包非常關鍵和重要的安全組件。在電池包上推廣采用CMD平衡泄壓閥組件可以降低成本，使得新能源汽車行業產生良好的經濟效益和社會效益，為汽車廠家贏得美譽和品牌增值效應。