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PACK制造工艺系列:新能源电池包凝露问题分析及解决方案

当零部件表面温度低于电池包内空气温度时,空气中的水蒸气就会在该部件表面凝结成水珠。凝露可能引发短路、腐蚀等风险,加剧电芯自放电过程,导致电池寿命减小。

本文约1800字,

9张图片阅读预计2-3分钟~   

01 易产生凝露的部位

(1)液冷板和冷却管路

冷却液温度(一般15℃左右)通常低于包内空气温度,即使电池包不工作,上箱体、底板的边缘在春秋季节也容易产生凝露。

潜在风险:加速金属部件腐蚀

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液冷板出水口附近表面产生凝露

(2)箱体箱盖内壁

箱体箱盖直接与外部环境接触,在寒冷环境或昼夜温差大时,壳体内壁温度可能低于包内空气温度,导致产生凝露。

潜在风险:凝露汇集后可能滴落至内部零部件上;长期潮湿加速壳体腐蚀。

3、高压电气接口与BDU壳体

线束导热慢,插件金属端子散热快,二者温差可能导致水汽在插件接口处凝露;BDU内电气元件发热使空气升温,但壳体温度相对较低,形成“内热外冷”的冷凝条件。

潜在风险:导致接口腐蚀、接触电阻增大;内部元件因潮湿发生短路或绝缘下降。

4、汇流排

汇流排与电芯极柱的连接部位,散热快慢不均匀,局部的低温容易吸附水汽。

潜在风险:可能引起连接点腐蚀,增加接触电阻,甚至引发局部过热。

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02 凝露产生的原因分析

凝露的本质是物理现象“结露”,即当物体表面温度低于周围空气的露点温度时,空气中的水蒸气就会在该表面凝结成液态水。

(1)水汽的来源

电池包内部的水汽并非凭空产生,其主要来源是外部环境。

虽然电池包一般都具有IP67以上的防护等级,但是电池包在服役期间,要经受长期的复杂环境的考验(振动、磕碰,甚至浸水)可能会使电池包出现外壳变形、密封胶条移位和螺丝松动等情况,进而造成密封性能下降,导致水汽入侵。

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另外,由于电池包在充放电过程中的“呼吸效应”,必须设置防水透气阀。这种阀具有防止水滴渗透的功能,但是对于水汽的阻隔效果有限。在高温高湿环境以及渗透压的共同影响下,水汽可能会在电池包内部逐渐积聚,对电池包内部的各个组件构成潜在的腐蚀风险。

呼吸效应:由于充放电和工作温度变化引起的气压波动

(2)凝露形成的条件

凝露的本质是物理上的“结露”现象,其发生的核心条件是局部表面温度低于包内空气的露点温度

1)露点温度

露点温度是指空气在气压不变的情况下冷却至饱和状态(相对湿度达到100%)时的温度。一旦电池包内部某个部件的表面温度低于当前包内空气的露点温度,接触该部件表面的水蒸气就会凝结成液态水珠。

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2)内部温差

电池包内部同时存在热源(如工作时的电池模组自身产热)和冷源(如液冷系统的冷却板)。

在电池包内部流动的湿空气经过高温模组加热后再接触到低温冷却板时,可能会发生凝露现象。

3)海拔变化

电池包从高海拔地区运输到低海拔地区,由于外部环境大气压升高,电池包内部气压相对低于外部,如果外部环境存在低温、高湿的空气,将会被吸入包内。

03 防凝露设计

凝露的本质是物理现象“结露”,即当物体表面温度低于周围空气的露点温度时,空气中的水蒸气就会在该表面凝结成液态水。

(1)湿度调节材料

电池包内部属于相对封闭的空间,一般多采用HCCF双向凝露控制纤维(Humidity Control Condensation Fiber)。

HCCF依靠其独特的纤维骨架结合微孔高分子聚合物,形成类似"输水管道"与"蓄水池"的协同效应,通常可将相对湿度稳定在40%-80% 之间,标准产品常设定在45%±5%,使用寿命可达10-15年。

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在电池包中使用时,需要根据内部空气体积,计算需要使用的HCCF湿度调节片的数量。

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2、液冷板涂层

通过在低温的液冷板表面形成一层低导热性的发泡材料(如聚氨酯发泡涂层),有效阻隔了内部冷却液与外部湿热空气的热交换,从而提升液冷板表面温度,确保其不低于环境空气的露点温度,避免了水蒸气凝结。

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3、设置冷凝水排出通道

小米SU7电池包在底部防护板四角设置了积水槽,收集凝露积水。冷凝水积累到一定量时,单向排液阀开启,排出冷凝水。

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4、热管理系统调控

1)制热

启动电池的热管理系统,直接对内部空间加热,升温速度快且不额外消耗电池电量,适于电量较低但需要快速控湿的场景;

2)制冷

热管理系统以预设功率进入制冷模式,使湿热空气在液冷板表面凝结成液态露水,凝露沿斜坡模块流入单向阀(含弹簧模块、开关模块),积水达到一定程度,重力压迫弹簧开启阀门,从而积水排出箱外。

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       原文标题 : PACK制造工艺系列:新能源电池包凝露问题分析及解决方案

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