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新エネルギー車用バッテリーパックに使用される発泡シリコーンゴムのシール性能と防水構造設計に関する研究

2019-05-05

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【概要】

従来の自動車によるエネルギー不足と環境汚染の問題がますます顕著になっているため、新しいグリーン車と新しいエネルギー車が出現し、主要な自動車メーカーの「新しいお気に入り」になっています。新エネルギー電気自動車では、バッテリーパックがコアコンポーネントであり、バッテリーパックの気密性はバッテリーシステムの安全性に直接影響するため、車両全体の安全性にも影響します。電池パックの密閉・防水性能を向上させるためには、電池箱の密閉構造を合理的に設計し、密閉帯の構造と材質を検討し、電池箱と電池箱の構造を完璧に組み合わせる必要があります。 、バッテリーパックの安全性を確保します。性能を向上させ、寿命を延ばし、その後の開発の方向性を高めるために、アプリケーションの重要性と指針となる価値が重要です。


主題用語:新エネルギー車、バッテリーパック、シリコーンゴムフォームシーリングストリップ、防水


中国の図書館分類番号:U465.4; U469.72


1。概要


世界的なエネルギー不足や気候温暖化が深刻化する中、人々の新エネルギーへの訴えはますます緊急になっています。大規模なエネルギー消費者として、自動車は時代に対応し、環境保護のニーズに適応する必要があります。したがって、新エネルギー車は将来の自動車開発の究極のトレンドとして予測されています。


電気自動車の開発に伴い、新エネルギー車の動力源としてバッテリーパックが使用されており、その性能が安全かどうかが機械全体の安全性を左右します。電池パックが水に入ると性能に大きな影響を与えるため、電池パックの密閉・防水機能の設計要件が高くなっています。


従来のバッテリーパックの防水は、通常、ポッティング、シーラントの塗布、現場でのゴム発泡などの方法を使用しますが、これらの従来の方法には、修理不可能なバッテリーパックや高いメンテナンスコスト、複雑な製造プロセスなど、多くの欠点や欠陥があることがわかっています。防水性能不足、経年劣化など。私たちが設計した発泡シールストリップの防水構造は、これらの欠点や欠陥を回避し、バッテリーパックの設置をより便利にし、メンテナンスコストを削減し、複雑な環境で使用するための新エネルギー車両バッテリーパックの要件を満たすことができます過酷な環境。


2シール構造の形状と原理


バッテリーパックは電気自動車の低い位置に設置され、比較的広いスペースにさらされるため、雨や雪の天候に弱いため、特に車が水に浸かっている場合は、一定の水圧に耐える必要があります。それは密封されていますストリップの防水構造設計は、より大きな要件を提唱します。以下は、発泡シーリングストリップのシーリング原理と設計に焦点を当てています。


2.1発泡シールストリップと接触インターフェースの防水


シリコーンゴムフォームシールストリップの防水原理:シリコーンゴムシールストリップは圧力下で弾性変形するため、接触界面とシールストリップの間のギャップが埋められ、反発力が発生して接触します表面とフォームシーリングストリップの間の摩擦を作成します。シールストリップ自体が漏れない場合、摩擦力と反発力がシール媒体の内圧または外圧よりも大きい場合、変形または変位によってシール材が漏れることはなく、その逆も同様です。


下の図は、シーリング構造の概略図です。弾性変形は、ガスケットの圧縮率も指し、下のCで示されます。圧縮率C =(H1-H2)/ H1×100%(H1は自由状態のシリコーンゴムフォームの断面高さ、H2は圧縮状態の断面高さ)。

前述のように、圧縮後に発生する反発力(CFDとも呼ばれます)は、シリコーンゴムが特定の比率に圧縮されて機械的平衡に達した後の、適用されたオブジェクトへの応答力を指します。 同じシリコーンゴムの場合、圧縮比が大きいほど、弾力性が高くなり、シーリングと保護の効果が高くなります。 ただし、圧縮が大きすぎると、シリコーンゴムフォーム自体と界面の固定に悪影響を及ぼします。


次の図は、当社のシリコーンゴムフォームTY640製品、海外のRブランド製品800シリーズ製品、および国内の高温接着剤CFD比較図です。

CFDダイアグラムから、TY640シリーズ、外国の800シリーズ、および国産の高温接着剤は、ストロークひずみの変化の過程でCFDに同様の変化があることがわかります。圧縮率が50%未満の場合、CFDは圧縮率ゆっくりと増加するこの現象は、主に発泡材料の空気の圧縮によって引き起こされる変化によって引き起こされます。圧縮率が50%を超えると、発泡材料の空気が完全に圧縮され、シリコーンゴムが材料自体が圧縮されているため、CFDが劇的に増加していることがわかります。したがって、シリコーンゴムフォームを使用してバッテリーパックをシールする場合、圧縮率は高すぎたり低すぎたりしないでください。低すぎるとCFDが小さくなり、一定の液体圧力によってフォームの材料が変形し、液体が界面に沿って内部に流入します。圧縮率が大きすぎると、それに応じてCFDが増加し、バッテリーパックの底板とシェルが変形し、処理とシーリングが困難になります。また、接点インターフェースを完全に満たして密閉することができなくなり、後で使用するときに外部の液体が侵入します。漏れがあります。この業界での長年の経験に基づいて、圧縮率を30〜50%に維持することをお勧めします。また、シリコーンゴムフォームシールの防水性は、圧縮率だけでなく、フォームシールストリップの幅にも関係します。一般的に、幅が広いほど、シール効果が高くなります。特定の最適な幅は、フォームシーリングストリップの密度、細孔構造のタイプ、および独立気泡比と組み合わせて決定する必要もあります。


2.2防水性能に対するシリコーンゴムフォーム材料の影響


通常の固体ゴムや通常の発泡材などの一般的なシーリングストリップ材料は、防水レベルが高くなく、これらの材料の防水レベルがIP45に達する可能性がある場合に使用できます。シリコーンゴムフォームシーリングストリップの利点は、防水レベルを高くする必要がある場合に明らかになります。これは、シリコーンゴムフォームが新しいタイプの高温および低温耐性ポリマー弾性材料であるためです。その最大の特徴は、優れた耐高温性と耐寒性、および優れた耐老化性(耐オゾン性、耐酸化性、耐放射線性、耐光性)です。 、耐候性)長期使用では、弾性変形が非常に良く、厚みの損失が少なく、経年劣化、高温・高湿度に耐え、防水レベルはIPX7、IPX8に達します。


では、シリコーンゴムフォーム材料の構造がその防水性能をどのように決定するのでしょうか?


2.2.1シリコーンゴムフォーム材料の細孔構造タイプが防水性能に及ぼす影響


シリコーンゴムフォーム材料は、細孔構造のタイプに応じて、独立気泡、連続気泡、および混合(半連続発泡としても知られる)構造に分けることができます。現在、市販されているバッテリーパックのシール・防水は主にクローズドセルタイプとハイブリッドタイプであり、クローズドセルタイプは初期の防水性と気密性に優れた高温シリコーンゴムを主成分としています。使用段階ですが、使用時間が長くなると、発泡材はそれ自体の分子構造のために元の分子構造に戻すことができず、全体的に崩壊し、シーリングと防水性能が低下します。具体的な理由を以下に説明します。時間、高温接着剤によって調製された発泡ゴムは、主に製品の独立気泡構造の一貫性を維持するのが困難です。これは、発泡原理によって決定され、後で製品と併せて分析されます。ハイブリッド構造は現在、外国ブランドの800シリーズをベースにしており、耐候性と弾力性に優れており、長期間使用しても以前と同じように回復できますが、防水性能の保証はありません。合格しました。検証のための実験の複数のバッチ、圧縮率が低い(30%未満など)場合、防水性能は長期間合格できません。圧縮率が高くなると(50%を超えるなど)、防水性能は向上しますが、防水性能は100%保証されていません。圧縮率をさらに上げると防水性は得られるかもしれませんが、シール構造の設計に影響を与え、大幅に向上します。不確実性の。上記の防水性能が低い理由は、主に開放気孔率に関係します。つまり、開放気孔率が高いほど、セルとセル間の通信の可能性が高くなり、防水性と気密性が低下します。このため、下図に示すように、フォーム材料の内部セル構造に対してSEMスキャンを実行して、細孔径分布を観察しました。

上記のSEM画像の比較から、800シリーズとTY640シリーズの両方に細孔と連絡する細孔があることがわかりますが、後者は大幅に少なく、つまり、開放気孔率は前者よりも低く、同じ圧縮比でより良くなります。防水性と気密性。それに比べて、ある国産の高温接着剤はセル接続率が高く、素材の防水性能や気密性能が良くありません。これは、高温発泡シリコーンゴムの発泡原理によるものです。高温ゴムの発泡は、独立した発泡剤を導入し、高温でガスを放出することにより製造される発泡材料であり、発泡反応に関与しません。それ自体、したがって細孔サイズ構造を制御するのが難しく、製品の一貫性が悪くなります。さらに、TY640は、さまざまなエージング条件下で800シリーズと同じ急速な弾力性性能を持ち、厚みをほとんど失うことなく、またはそれ以上の性能を発揮します。


開放気孔率の低いセル材料の課題である使用中の崩壊はありません。材料の詳細な調査により、材料は通常の圧縮範囲内にあり、その圧縮は主に圧縮によるものであることがわかりました。空気は急速な反発を非常にうまく達成することができます。圧縮率が80%を超えると、ガスの一部が気泡壁から排出されます。TY640材料の気泡壁は、非常に良好な支持力を備えています。空気が排出されても、材料は反発する可能性があり、厚さの損失はわずかです。厳格な内部エージングテストと繰り返しの圧縮および防水テストを通じてこれを保証できます。


以上が防水性能の説明ですので、素材の気密性を見てみましょう。


連続気泡率の高い発泡材は、圧縮率を上げたり、シールストリップの幅を広げたりすることで防水性があると言われているのに、気密性が通しにくいのは、主に空気が圧縮できて、液体に比べて粘度が高く、表面張力が低く、液体よりもはるかに速く漏れを通過します。そのため、気密性は防水性よりも高くなっています。


次の表は、当社の製品TY640と外国ブランド800シリーズの性能比較チャートです。気密性試験を含みます。データから、TY640の気密性は800シリーズよりも優れているため、防水性能が優れていることがわかります。

2.2.2長期間使用した場合の防水状態


新エネルギー車としての耐用年数は一般に8年以上であり、そのコアコンポーネントのバッテリーパックも同じ耐用年数でなければならないため、シーリング材は同じでなければなりません。シリコーンゴムは耐候性に優れていますが、シール材としては低圧縮永久歪みが必要です。そうしないと、後の段階で防水性能や気密性が低下します。そのため、試験・分析を行う際には、まず発泡材の防水・気密性能試験を行い、その後様々な時効処理を行い、最後に防水・気密試験を行い、変化を調査します。後。


現在、シリコーンゴム発泡材の防水試験は、1メートルの水の下で30%圧縮され、それぞれ24時間と48時間で検査されています。実験では、TY640シリーズは合格できますが、外国の800シリーズシリコーンゴムは合格です。多くの試験に合格しています。低、国産の高温接着剤は防水試験に合格できません。もちろん、バッテリーパックの防水は24時間や48時間に限らず、さらに時間がかかりますので、8年以上の防水を保証することをお勧めします。シリコーンゴムは、実際の用途では長時間圧縮変形状態にあるため、高温条件下で永久変形する可能性が高く、シリコーンゴム自体の高温変形に必要な性能は非常に高くなっています。そのため、以下の高温試験を行い、試験温度を一般標準の100℃から150℃に上げ、厚み損失を調べました。以下の表のテスト結果を参照してください。

上記の実験データから、高温条件下でのTY640シリコーンゴムの厚み損失は、外国の800シリーズシリコーンゴムおよび特定の国内高温ゴムの厚み損失よりも小さいことがわかります。さらに、エージング製品の防水性能をさらにテストしましたが、TY640シリコーンゴムの防水性能はまだ比較的良好です。同時に、国産の高温ゴムの高温時効試験も実施しましたが、試験前は発泡ゴムの耐水性・気密性に優れていましたが、異なる時効条件での試験により、発泡シリコーンゴムが全体的に崩壊し、厚みの低下が比較的大きかったため、復元するには大きすぎて、後の段階で気密性と防水性が損なわれました。この主な理由は、このシリーズのシリコーンゴムフォームが高温シリコーンゴムでできており、その分子構造がより大きな圧縮永久歪みを決定し、その性能が液体シリコーンゴムの性能と比較できないためです。


3防水試験検証


上記の防水設計の分析によると、シリコーンゴムフォームシーリングストリップの防水性能に影響を与えるいくつかの重要な要因があることがわかります:シリコーンゴムフォームシーリングストリップ、シリコーンゴムフォームの圧縮によって生成される反発力素材、長期シリコーンゴムフォーム高温圧縮下での表現力など。以上のことから、TY640シリーズおよび海外の800シリーズ製品は、国内の特定の高温接着剤シリーズ製品よりも性能が高く、新エネルギー車のバッテリーパックをよりよく保護し、安全性を確保できると結論付けることができます。使用する。次の防水テストの結果は、この点をよりよく確認できます。


TY640シリーズ、海外800シリーズ、国内高温接着剤の一般防水試験を実施しています。試験条件は、シリコーンゴムフォームシールストリップを30%圧縮した状態で、48時間後に試験結果を確認できます。次の表に示すように、1メートルの水深の。

表4防水実験試験

 

上記の表によると、この防水試験の試験結果は、当社のTY640シリーズ製品と海外の800シリーズ製品が試験に合格したが、国産の高温接着剤が試験に合格せず、漏れていることがわかります。防水性能に関しては、当社のTY640シリーズ製品と海外の800シリーズ製品が良好に機能していることがわかります。しかし、当社の長期実験によると、海外の800シリーズ製品は、48時間で30%の圧縮状態では不安定であり、48時間で30%未満の圧縮状態では防水試験に合格できません。そのため、TY640シリーズの製品を水から保護することを総合的に考えると、その効果はより大きく、性能はより安定しています。


4結論


上記の議論から、バッテリーパックをシールするためにシリコーンゴムフォーム材料を使用する場合、主にシールストリップとボックスの接触面によって生成されるCFDのサイズなど、シール性能に影響を与える多くの要因があることがわかります。発泡シールストリップの細孔構造タイプと老化特性およびその他の要因。同時に、お客様のニーズに応じて、TY640をベースに新しいタイプの独立気泡発泡シリコーンゴムを開発しました。現在市販されている独立気泡タイプと比較して、同じ気密性と防水性を備えています。 。その後も弾力性が速く、厚みの損失が少ないという特徴があり、経年変化後も気密性、防水性を維持しています。もちろん、発泡材の性能に加えて、バッテリーパックのシーリングと防水は、シーリングストリップとバッテリーパックの設計構造との関係が大きく、この点で、バッテリーパックの防水の完全なセットを提供することができます長期の実験的試験分析と実際の検証に基づいています。解決策には、最高の防水効果を得るために使用される底板とシェル材料の種類、最適化されるシーリングストリップの断面積の種類、およびそのような問題への対処方法が含まれます。突起として。


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