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(yè)中動力電池常見的密封技術(shù)，并結(jié)合實際應(yīng)用經(jīng)驗，對雙組份發(fā)泡密封膠的材料特性、工藝策劃要點進(jìn)行了分析，對工藝流程、環(huán)境溫濕度、設(shè)備關(guān)鍵系統(tǒng)、整包氣密檢查、設(shè)備點檢維護(hù)等方面進(jìn)行分析，總結(jié)出一套涂膠質(zhì)量控制方案，經(jīng)實際生產(chǎn)驗證，確認(rèn)了該方案的有效性。

關(guān)鍵詞：動力電池 雙組份發(fā)泡密封膠 涂膠工藝 品質(zhì)保證

中圖分類號：U469.72+2 " "文獻(xiàn)標(biāo)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(dǎo)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(guī)定，動力電池的密封等級應(yīng)達(dá)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(gòu)成，電池殼體之間的密封技術(shù)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(yù)制的橡膠膠條，方便拆裝及返修，可重復(fù)利用，但難以實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，成本較高；二是發(fā)泡膠密封，如聚氨酯類雙組份發(fā)泡膠密封，自然發(fā)泡膨脹成型，易于自動化生產(chǎn)[3]，較方便返修，成本較低，但設(shè)備復(fù)雜，工藝技術(shù)難度高；三是粘接密封，如玻璃膠類密封，將上、下殼體粘結(jié)牢固，密封性最好，易于自動化生產(chǎn)，但無法直接拆裝更換，返修難度大。

目前行業(yè)中多采用膠條密封技術(shù)，但因雙組份發(fā)泡膠密封技術(shù)易于自動化生產(chǎn)、成本較優(yōu)、便于返修，目前應(yīng)用量不斷提升，預(yù)計未來有很大的發(fā)展空間。

2 涂膠質(zhì)量控制

影響雙組份發(fā)泡密封膠涂膠品質(zhì)的因素很多，本文結(jié)合實際生產(chǎn)經(jīng)驗，總結(jié)出如圖1所示的關(guān)鍵因素。

2.1 材料特性

雙組份發(fā)泡密封膠由A膠、B膠混合組成，混合比例需根據(jù)材料特性、反應(yīng)時間、裝配節(jié)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(yīng)，約3 min后發(fā)泡膨脹并表干固化成型，內(nèi)部形成疏松的孔隙結(jié)構(gòu)，具有較好的彈性，涂膠完畢后的產(chǎn)品如圖2所示。

2.2 工藝流程

雙組份發(fā)泡密封膠通常無法手工涂膠，需采用設(shè)備自動化生產(chǎn)。自動化設(shè)備一般由機(jī)器人、涂膠系統(tǒng)、視覺系統(tǒng)、機(jī)械定位系統(tǒng)、通信及控制系統(tǒng)、其他附屬安全系統(tǒng)組成，其中，涂膠系統(tǒng)是設(shè)備的核心部件，決定了密封膠的輸送穩(wěn)定性和混合精度、生產(chǎn)穩(wěn)定性等。

因發(fā)泡膠發(fā)泡膨脹需要一定時間，若涂膠完成后產(chǎn)品停留在本工位等待表干成型再進(jìn)行膠形視覺檢查會浪費(fèi)生產(chǎn)節(jié)拍，因此，需要在生產(chǎn)線后端設(shè)置獨立工位進(jìn)行膠形視覺檢查，一般生產(chǎn)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(fā)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(chǎn)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?？諝赓|(zhì)量，從而充分發(fā)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(dǎo)致設(shè)備管路堵塞和材料失效，因此，該材料使用前應(yīng)保持密封狀態(tài)，并放置在適宜的環(huán)境中，設(shè)備應(yīng)保證各連接管路的密封性。

雙組份發(fā)泡膠在適宜溫度下才能充分發(fā)泡，最佳溫度為16～28 ℃，溫度過低則材料無法充分膨脹發(fā)泡，溫度過高則發(fā)泡膨脹過大，膠形無法達(dá)到設(shè)計要求。因此，在設(shè)計該類雙組份發(fā)泡密封膠涂膠工藝時，需考慮設(shè)備所處的環(huán)境溫度并進(jìn)行控制，應(yīng)設(shè)置獨立空調(diào)房，并采用溫濕度儀表實時監(jiān)控，確保生產(chǎn)條件穩(wěn)定。

2.4 定位方式

為減輕動力電池質(zhì)量，提高整車?yán)m(xù)駛里程，電池殼體多采用鋁合金材料拼焊而成，在滿足強(qiáng)度要求的同時，下殼體結(jié)構(gòu)盡量輕薄，在工藝設(shè)計前應(yīng)考慮自動化涂膠設(shè)備對殼體的定位方式。在定位過程中，應(yīng)先采用機(jī)械定位對殼體的主定位孔進(jìn)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(zhǔn)進(jìn)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(tǒng)對每個殼體的涂膠起始點進(jìn)行精定位，確保涂膠位置準(zhǔn)確。

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

2.5 涂膠系統(tǒng)

涂膠系統(tǒng)是發(fā)泡密封膠涂膠設(shè)備的核心部件，對涂膠質(zhì)量和生產(chǎn)穩(wěn)定性影響較大。工藝策劃時應(yīng)根據(jù)材料特性、密度、粘度、混合要求、節(jié)拍需求等確認(rèn)涂膠系統(tǒng)是否能滿足要求，是否有成功應(yīng)用案例，并進(jìn)行實物涂膠測試。

本文所論述的涂膠系統(tǒng)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(xì)分為A/B閥門、混合頭組件。

涂膠系統(tǒng)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(tǒng)控制循環(huán)水進(jìn)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(shè)置有循環(huán)回路，不涂膠時，膠可在壓力罐、混合單元之間循環(huán)流動。當(dāng)需要涂膠時，A、B膠分別通過A、B閥門進(jìn)入混合頭的混合腔內(nèi)，由高速旋轉(zhuǎn)的混合頭攪拌均勻后出膠。

在正式涂膠前，需先進(jìn)行排膠測試，確認(rèn)出膠是否正常，因此，在混合單元下方設(shè)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(jìn)行高壓清洗，清洗完成后通過設(shè)備下方的清洗位將廢水排入收集容器。

涂膠系統(tǒng)需能夠?qū)ψ⑷階膠中的空氣進(jìn)行干燥處理，具備材料攪拌和循環(huán)功能，能實時記錄及監(jiān)控注入A材料中的空氣量，確?？諝庠贏材料中充分混合。系統(tǒng)應(yīng)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(shè)備內(nèi)24 h循環(huán)流動。

發(fā)泡密封膠一般采用大混合比例，因此，需要使用動態(tài)混合技術(shù)。涂膠系統(tǒng)利用管路及閥門，將設(shè)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(zhuǎn)動攪拌棒混合。因攪拌頭的高速旋轉(zhuǎn)和A、B膠發(fā)生反應(yīng)，混合過程會釋放大量熱量，混合腔內(nèi)溫度最高超過40 ℃，易導(dǎo)致材料在混合腔內(nèi)快速固化，造成堵塞，因此，應(yīng)根據(jù)需要設(shè)置適宜的攪拌速度，混合腔內(nèi)通常會配有獨立的循環(huán)水冷卻系統(tǒng)。為實時動態(tài)監(jiān)控混合腔內(nèi)的溫度，腔室內(nèi)設(shè)有高精溫度傳感器，當(dāng)出現(xiàn)異常時報警并停機(jī)。

2.6 視覺系統(tǒng)

視覺系統(tǒng)根據(jù)作用分為2種，一是定位視覺，因殼體基準(zhǔn)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(jìn)行精定位，確定殼體上的涂膠起始點；二是檢查視覺，發(fā)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(chǎn)節(jié)拍要求，采用檢查視覺對膠形進(jìn)行快速檢查。

2.6.1 定位視覺

工藝策劃前需綜合分析產(chǎn)品的尺寸精度、產(chǎn)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(dá)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(biāo)的顏色、產(chǎn)品圖紙要求、節(jié)拍進(jìn)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(dá)到0.05 mm。

2.7 數(shù)據(jù)交互系統(tǒng)

涂膠設(shè)備系統(tǒng)組成主要包括涂膠設(shè)備控制系統(tǒng)、AGV控制系統(tǒng)（若有）、中轉(zhuǎn)PLC系統(tǒng)、MES系統(tǒng)、生產(chǎn)計劃系統(tǒng)、品質(zhì)追溯系統(tǒng)，架構(gòu)如圖6所示。

生產(chǎn)計劃系統(tǒng)通過MES將生產(chǎn)任務(wù)傳遞至涂膠設(shè)備，AGV控制系統(tǒng)通過中轉(zhuǎn)PLC與涂膠設(shè)備控制系統(tǒng)通信，涂膠設(shè)備控制系統(tǒng)直接控制機(jī)器人、涂膠系統(tǒng)、夾具、安全聯(lián)動、視覺系統(tǒng)，并將最終膠形的視覺檢查數(shù)據(jù)上傳至品質(zhì)追溯系統(tǒng)，便于后期數(shù)據(jù)追溯。

2.8 生產(chǎn)過程膠形防護(hù)

發(fā)泡密封膠涂膠完成后迅速發(fā)泡膨脹、表干定型，內(nèi)部完全干燥通常需要12 h，量產(chǎn)車型無法等待完全干燥或建立大量緩存，且生產(chǎn)裝配過程中易損壞膠形，因此，需要考慮對膠形進(jìn)行物理防護(hù)。根據(jù)電池殼體結(jié)構(gòu)，制作防護(hù)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(yè)時觸碰發(fā)泡膠。

2.9 氣密性檢查

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

2.10 設(shè)備的點檢及維護(hù)

對于發(fā)泡膠涂膠設(shè)備，除了常規(guī)的設(shè)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(tǒng)進(jìn)行日常點檢及維護(hù)保養(yǎng)，其中，重要項目如下。

2.10.1 出膠精度

涂膠設(shè)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(rèn)。正常生產(chǎn)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(shè)定膠量，使用空容器接膠（圖7）并稱重確認(rèn)排膠量，對比稱重數(shù)據(jù)與系統(tǒng)顯示數(shù)據(jù)，確認(rèn)出膠精度是否符合要求，若偏差超差，應(yīng)及時校準(zhǔn)設(shè)備，確保A、B膠能按設(shè)定配比及膠量出膠。

2.10.2 混合頭

發(fā)泡膠材料粘度大且混合后極易固化，設(shè)備本身雖然配備有高壓水清洗系統(tǒng)，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(chǎn)時無法完全清洗干凈。因此，必須在每日生產(chǎn)結(jié)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(chǎn)后，B閥門內(nèi)不可避免地會產(chǎn)生細(xì)小雜質(zhì)，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(jìn)行高溫浸泡，浸泡時間可根據(jù)雜質(zhì)污染情況確定。清洗頻次可根據(jù)產(chǎn)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(rèn)

通過密封膠3D視覺檢查設(shè)備對涂膠后的所有產(chǎn)品進(jìn)行視覺檢查，實現(xiàn)無接觸、快速、準(zhǔn)確確認(rèn)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(zhì)檢效果，并將檢查數(shù)據(jù)與產(chǎn)品ID綁定，存儲到MES中便于追溯。

通過對量產(chǎn)過程的跟蹤確認(rèn)，該套品質(zhì)保證方案能夠穩(wěn)定、高效地實現(xiàn)產(chǎn)品涂膠質(zhì)量控制。在設(shè)備調(diào)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(zhì)保證方案后，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，實現(xiàn)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(zhì)量缺陷為0，目前沒有因涂膠問題導(dǎo)致的抱怨。因此，該涂膠品質(zhì)保證方案有效且可靠。

4 結(jié)束語

本文結(jié)合實際應(yīng)用經(jīng)驗，通過分析汽車動力電池雙組份發(fā)泡密封膠涂膠工藝，總結(jié)了一套生產(chǎn)制造過程中的質(zhì)量控制方法，論述了此類涂膠技術(shù)在工藝策劃中需要重點關(guān)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(jìn)行充分分析并選取最優(yōu)方案。

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