動力電池箱體鏽蝕現象失效模式分析

文章來源：韋映竹黃祖朋黃武榮杜智李彬

引言

發展新能源汽車，是有效緩解能源和環境壓力，推動汽車產業可持續發展的重要途徑。動力電池作為新能源汽車能量供給的核心零部件，其效能直接影響了新能源汽車的效能表現。而電池箱作為動力電池的載體，起到了安全防護的作用。

動力電池箱體的設計開發對其結構強度、重量要求很高，其耐久及防腐蝕性同樣作為一個重要設計因素被考慮其中。動力蓄電池箱體作為電池的最重要的防護體，當其處在溼熱環境及高鹽霧環境中，很容易發生腐蝕，長時間會產生鏽蝕現象。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效能可以達到一定的要求。尤其是目前針對8年12萬公里的質保要求，箱體的壽命同樣是重要的一環。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度上。本文透過對動力蓄電池箱體常見的鏽蝕情況進行分析，為箱體的表面處理工藝設計提供有力的理論基礎。

1 動力電池箱體鏽蝕現象的失效模式

1.1 拉鉚螺母鏽蝕

動力蓄電池箱體通常會設計密封翻邊來加強其密封性，而上箱蓋與下箱體的連結結構通常設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，達到一定的密封等級要求。拉鉚螺母鏽蝕狀態通常如圖1所示，由於拉鉚螺母是在箱體電泳後拉鉚固定上，故螺母的防腐性與其表面處理工藝及材料密不可分。螺母為標準件，其表面處理工藝一般為鍍鋅、鍍彩鋅、達克羅、鍍鋅鎳等。其中，達克羅塗層是一種以鋅粉、鋁粉、鉻酸和去離子水為主要成分的防腐塗料，一般為浸漬或噴塗工藝處理，而傳統一般為電鍍鋅、熱浸鋅工藝。單從達克羅的耐腐蝕效能看，其能達到720 h鹽霧要求，所以使用廣泛。

圖1 拉鉚螺母生鏽情況

在箱體拉鉚螺母使用防腐塗層為非電鍍工藝時，其附著力會比電鍍層要差，如達克羅等。當拉鉚槍在進行操作時，會使其產生拉鉚力，從而使其表面塗層擊碎，從而達不到應有的效果，從而產生如圖1所示生鏽情況。而使用鍍鋅鎳塗層，附著力大，其拉鉚後產生的塗層掉落問題基本沒有。將幾種塗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行720 h測試，效果對比如圖2所示。

1.2 接地線安裝點鏽蝕

接地線作為動力蓄電池的觸電防護設計，其目的在於兩導體之間無電勢差（車輛與電池），並且能夠滿足一定過流能力，故要求接地線連線線的電阻小，導電性好，設計要求為：

(1）電阻值小於0.1 mΩ；

(2）導體截面積要求一定大小。

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

圖2 拉鉚螺母拉鉚後的鹽霧試驗

為保證此處的導電性並且有一定的防腐作用，接地點的處理一般會塗導電漆，導電漆滿足520 h鹽霧要求，而不滿足一般企業要求的720 h鹽霧要求。但是一般此處安裝接地線會處於打緊狀態，所有刮電泳漆後塗導電漆也是在保證其耐腐蝕效能後又能增加其耐腐蝕性的方法，如圖4。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遮蔽，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。基於此工藝處理的接地點，其等電位測試結果與其他兩種相比基本無變化，可以滿足設計要求。

圖3 接地點鏽蝕圖

圖4 接地點導電漆塗層

1.3 箱體安裝支架鏽蝕

箱體的安裝支架的設計需要滿足電池安裝強度的要求，電池需滿足振動測試（GB 38031—2020）的標準要求。電池全生命週期需要保證其安全可靠性，那麼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於鹽霧環境後，箱體安裝支架的生鏽情況通常如圖6所示：此類問題產生的原因通常為前期設計未考慮到電泳工藝問題。箱體安裝支架是多層設計，一般為兩到三層，以需要支撐的重量不同而進行不同設計。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。

圖5 遮蔽螺栓孔後過電泳工藝處理

圖6 動力蓄電池箱體安裝支架鏽蝕

結論

新能源汽車作為國家汽車發展的重要技術路線之一，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起著關鍵作用。電池箱體設計，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，所以對電池箱體設計要求會更高。本文中討論了以下幾種電池箱體鏽蝕的失效模式：（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，工程師需要根據實際情況去考量併合理設計。由於箱體表面處理的防腐性跟其工藝有著重要關係，在設計時也要同時將箱體表面處理工藝一併納入設計範疇。

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