動力電池高精密雙組份發泡密封膠涂膠質量控制

摘要：新能源汽車動力電池的密封性對電池包及整車安全有重要影響，論述了目前汽車行業中動力電池常見的密封技術，并結合實際應用經驗，對雙組份發泡密封膠的材料特性、工藝策劃要點進行了分析，對工藝流程、環境溫濕度、設備關鍵系統、整包氣密檢查、設備點檢維護等方面進行分析，總結出一套涂膠質量控制方案，經實際生產驗證，確認了該方案的有效性。

關鍵詞：動力電池 雙組份發泡密封膠 涂膠工藝 品質保證

中圖分類號：U469.72+2 " "文獻標志碼：B " DOI： 10.19710/J.cnki.1003-8817.20240299

Study on Quality Assurance of High Precision Two-Component Foaming Sealant for Power Battery

Tang Jia， Wang Hong， Chen Zunyou

（Dongfeng Nissan Passenger Car Co.， Ltd.， Guangzhou 510800）

Abstract： The sealing of power batteries is of great importance to the safety of battery packs and the vehicle. This paper discusses the common sealing technology of battery pack in the automobile industry at present， and emphatically analyzes the material characteristics and process planning of two-component foaming sealant. The paper also analyzes process flow， ambient temperature， equipment key system， pack sealing check， equipment spot check and maintenance， etc.， and summarizes a set of sealant quality control scheme. Effectiveness of this scheme is proved through practical production verification.

Key words： Power battery， Two-component foam sealant， Gluing process， Quality assurance

1 前言

動力電池是新能源汽車的動力來源，包含大量電芯、母排、線束、傳感器等電子元器件，若電池殼體密封性不良導致液體侵入，會直接危及整車安全。GB 38031—2020《電動汽車用動力蓄電池安全要求》規定，動力電池的密封等級應達到IP67，因此，保證汽車動力電池的密封性非常重要[1]。

動力電池外殼通常由上、下殼體構成，電池殼體之間的密封技術按是否方便拆裝更換分為3類[2]：一是膠條密封，由人工安裝預制的橡膠膠條，方便拆裝及返修，可重復利用，但難以實現自動化生產，成本較高；二是發泡膠密封，如聚氨酯類雙組份發泡膠密封，自然發泡膨脹成型，易于自動化生產[3]，較方便返修，成本較低，但設備復雜，工藝技術難度高；三是粘接密封，如玻璃膠類密封，將上、下殼體粘結牢固，密封性最好，易于自動化生產，但無法直接拆裝更換，返修難度大。

目前行業中多采用膠條密封技術，但因雙組份發泡膠密封技術易于自動化生產、成本較優、便于返修，目前應用量不斷提升，預計未來有很大的發展空間。

2 涂膠質量控制

影響雙組份發泡密封膠涂膠品質的因素很多，本文結合實際生產經驗，總結出如圖1所示的關鍵因素。

2.1 材料特性

雙組份發泡密封膠由A膠、B膠混合組成，混合比例需根據材料特性、反應時間、裝配節拍等確定，一般采用非1∶1配比的大混合比例，材料混合后迅速反應，約3 min后發泡膨脹并表干固化成型，內部形成疏松的孔隙結構，具有較好的彈性，涂膠完畢后的產品如圖2所示。

2.2 工藝流程

雙組份發泡密封膠通常無法手工涂膠，需采用設備自動化生產。自動化設備一般由機器人、涂膠系統、視覺系統、機械定位系統、通信及控制系統、其他附屬安全系統組成，其中，涂膠系統是設備的核心部件，決定了密封膠的輸送穩定性和混合精度、生產穩定性等。

因發泡膠發泡膨脹需要一定時間，若涂膠完成后產品停留在本工位等待表干成型再進行膠形視覺檢查會浪費生產節拍，因此，需要在生產線后端設置獨立工位進行膠形視覺檢查，一般生產工藝過程如圖3所示。

2.3 溫濕度影響

本工藝使用的雙組份發泡密封膠為聚氨酯類材料，其中A材為基材，B材為固化劑。生產時，A材料需通入適量空氣并不斷攪拌，通入空氣的管道需安裝空氣過濾器及干燥裝置，確保空氣質量，從而充分發泡。B材料須確保不能暴露在空氣中或接觸水分，否則會迅速固化，導致設備管路堵塞和材料失效，因此，該材料使用前應保持密封狀態，并放置在適宜的環境中，設備應保證各連接管路的密封性。

雙組份發泡膠在適宜溫度下才能充分發泡，最佳溫度為16～28 ℃，溫度過低則材料無法充分膨脹發泡，溫度過高則發泡膨脹過大，膠形無法達到設計要求。因此，在設計該類雙組份發泡密封膠涂膠工藝時，需考慮設備所處的環境溫度并進行控制，應設置獨立空調房，并采用溫濕度儀表實時監控，確保生產條件穩定。

2.4 定位方式

為減輕動力電池質量，提高整車續駛里程，電池殼體多采用鋁合金材料拼焊而成，在滿足強度要求的同時，下殼體結構盡量輕薄，在工藝設計前應考慮自動化涂膠設備對殼體的定位方式。在定位過程中，應先采用機械定位對殼體的主定位孔進行精定位，殼體主定位孔是整車的安裝孔，能限制殼體X、Y方向；利用殼體與整車安裝的面基準進行Z向定位。殼體主定位孔與涂膠位置有公差，因此，在涂膠之前，還需要使用視覺定位系統對每個殼體的涂膠起始點進行精定位，確保涂膠位置準確。

另外，定位還需考慮發泡膠膨脹后的尺寸變化，殼體產品本身尺寸公差波動，在設備調試階段，選取經過三坐標測定尺寸的電池殼體，在涂膠表面合適的位置劃線，進行膠線的軌跡示教，從而確保發泡后的密封膠保持在設計位置。

2.5 涂膠系統

涂膠系統是發泡密封膠涂膠設備的核心部件，對涂膠質量和生產穩定性影響較大。工藝策劃時應根據材料特性、密度、粘度、混合要求、節拍需求等確認涂膠系統是否能滿足要求，是否有成功應用案例，并進行實物涂膠測試。

本文所論述的涂膠系統如圖4所示，主要由A/B膠原料罐、A/B膠壓力罐、溫控柜、控制柜、混合單元組成，其中，混合單元又可細分為A/B閥門、混合頭組件。

涂膠系統工作原理為：膠泵按需將A、B膠從原料罐輸入至壓力罐，其中，A膠壓力罐中注入空氣并均勻攪拌；壓力罐采用雙層罐壁，溫控系統控制循環水進行加熱和冷卻，確保A、B膠原材料一直處于最佳工作溫度。A、B壓力罐與混合單元之間設置有循環回路，不涂膠時，膠可在壓力罐、混合單元之間循環流動。當需要涂膠時，A、B膠分別通過A、B閥門進入混合頭的混合腔內，由高速旋轉的混合頭攪拌均勻后出膠。

在正式涂膠前，需先進行排膠測試，確認出膠是否正常，因此，在混合單元下方設置一處排膠料位。由于A、B膠粘度大，混合后快速固化，在涂膠完成后需使用純水對混合腔進行高壓清洗，清洗完成后通過設備下方的清洗位將廢水排入收集容器。

涂膠系統需能夠對注入A膠中的空氣進行干燥處理，具備材料攪拌和循環功能，能實時記錄及監控注入A材料中的空氣量，確保空氣在A材料中充分混合。系統應具備可靠的密封性，避免材料接觸空氣，從而固化變異。材料需在設備內24 h循環流動。

發泡密封膠一般采用大混合比例，因此，需要使用動態混合技術。涂膠系統利用管路及閥門，將設定配比的A、B膠定量輸送至涂膠槍頭末端的混合腔中，通過轉動攪拌棒混合。因攪拌頭的高速旋轉和A、B膠發生反應，混合過程會釋放大量熱量，混合腔內溫度最高超過40 ℃，易導致材料在混合腔內快速固化，造成堵塞，因此，應根據需要設置適宜的攪拌速度，混合腔內通常會配有獨立的循環水冷卻系統。為實時動態監控混合腔內的溫度，腔室內設有高精溫度傳感器，當出現異常時報警并停機。

2.6 視覺系統

視覺系統根據作用分為2種，一是定位視覺，因殼體基準孔與實際涂膠位置存在加工公差，需使用定位視覺對殼體涂膠位置進行精定位，確定殼體上的涂膠起始點；二是檢查視覺，發泡后的密封膠較軟，很難通過卡尺等直接測量，同時，為滿足生產節拍要求，采用檢查視覺對膠形進行快速檢查。

2.6.1 定位視覺

工藝策劃前需綜合分析產品的尺寸精度、產品在工裝上的定位方式，選擇合適類型和精度的定位視覺，通常定位采用2D視覺，精度達到0.1 mm即可滿足要求。

2.6.2 檢查視覺

膠形檢查的項目一般包括膠寬、膠高、間距等，如圖5所示，需對檢查目標的顏色、產品圖紙要求、節拍進行分析，選擇合適的視覺檢查方式，通常需采用3D視覺，精度需要達到0.05 mm。

2.7 數據交互系統

涂膠設備系統組成主要包括涂膠設備控制系統、AGV控制系統（若有）、中轉PLC系統、MES系統、生產計劃系統、品質追溯系統，架構如圖6所示。

生產計劃系統通過MES將生產任務傳遞至涂膠設備，AGV控制系統通過中轉PLC與涂膠設備控制系統通信，涂膠設備控制系統直接控制機器人、涂膠系統、夾具、安全聯動、視覺系統，并將最終膠形的視覺檢查數據上傳至品質追溯系統，便于后期數據追溯。

2.8 生產過程膠形防護

發泡密封膠涂膠完成后迅速發泡膨脹、表干定型，內部完全干燥通常需要12 h，量產車型無法等待完全干燥或建立大量緩存，且生產裝配過程中易損壞膠形，因此，需要考慮對膠形進行物理防護。根據電池殼體結構，制作防護治具，人工裝配前將治具安裝在電池殼體上，遮住安裝位置附近的密封膠，避免作業時觸碰發泡膠。

2.9 氣密性檢查

電池上、下殼體裝配完成以后，需要設置氣密檢查工藝對電池包進行氣密檢查，檢查發泡膠品質是否正常，確認電池包密封性。氣密性檢查采用壓差法，把設定壓力的壓縮空氣通入電池及標準罐內，保壓約1 min后，通過精密測漏儀測量壓力差，若差值在設定范圍內，則電池殼體密封性達標，否則表示電池殼體或密封膠存在異常泄漏點。

2.10 設備的點檢及維護

對于發泡膠涂膠設備，除了常規的設備外觀、夾具磨損檢查、定期更換潤滑油等，還需要對涂膠系統進行日常點檢及維護保養，其中，重要項目如下。

2.10.1 出膠精度

涂膠設備配置有精密的控制閥門確保出膠精度，但仍需要日常點檢確認。正常生產前，需單獨拆除A、B膠出膠閥門，通過觸摸屏控制A、B閥分別排出設定膠量，使用空容器接膠（圖7）并稱重確認排膠量，對比稱重數據與系統顯示數據，確認出膠精度是否符合要求，若偏差超差，應及時校準設備，確保A、B膠能按設定配比及膠量出膠。

2.10.2 混合頭

發泡膠材料粘度大且混合后極易固化，設備本身雖然配備有高壓水清洗系統，每次涂膠完成后均需要高壓水清洗并使用高壓氣體干燥混合頭，但批量生產時無法完全清洗干凈。因此，必須在每日生產結束后單獨拆卸混合頭，將金屬部件放入專用溶劑中高溫浸泡，才能完全清除殘膠，如圖8～圖10所示。

2.10.3 B閥門

B閥門主要控制B膠輸送，B膠是固化劑，長期生產后，B閥門內不可避免地會產生細小雜質，積累后易堵塞閥門，因此，需要定期將B閥門整體拆解清洗，使用專用溶劑對金屬部件進行高溫浸泡，浸泡時間可根據雜質污染情況確定。清洗頻次可根據產量確定，通常為每3個月清洗1次，如圖11、圖12所示。

3 效果確認

通過密封膠3D視覺檢查設備對涂膠后的所有產品進行視覺檢查，實現無接觸、快速、準確確認固化后的膠形寬度、高度、間距等是否滿足工藝要求，如圖13所示，保證了質檢效果，并將檢查數據與產品ID綁定，存儲到MES中便于追溯。

通過對量產過程的跟蹤確認，該套品質保證方案能夠穩定、高效地實現產品涂膠質量控制。在設備調試及前期小批量試制時，平均每天停線時間為12 min，在采用該套品質保證方案后，設備運行穩定，實現停線時間為0，涂膠合格率超過99%，在后工序的氣密檢查中，涂膠質量缺陷為0，目前沒有因涂膠問題導致的抱怨。因此，該涂膠品質保證方案有效且可靠。

4 結束語

本文結合實際應用經驗，通過分析汽車動力電池雙組份發泡密封膠涂膠工藝，總結了一套生產制造過程中的質量控制方法，論述了此類涂膠技術在工藝策劃中需要重點關注的因素。電池包好的密封方案需要合適的材料、合理的工藝策劃，需要對各因素進行充分分析并選取最優方案。

參考文獻：

[1] 常正雷， 付一民， 司鐸， 等. 純電動汽車電池包即時發泡密封膠研究[J]. 汽車實用技術， 2019（3）： 7-9.

[2] 李書鵬， 李波. 發泡硅橡膠在電池包殼體密封圈上的應用研究[J]. 汽車零部件， 2018（5）： 76-78.

[3] 宋孝炳， 林志宏， 劉召. 一種應用于電動汽車電池包的密封膠研究[J]. 科技創新與應用， 2020（7）： 73-74+78.