动力电池箱体密封（泡棉类）设计规范

密封设计的本质是力学与材料的精准博弈——压缩量每偏差5%，IP67失效风险激增300%。

发泡硅胶在壳体密封中的应用

发泡硅胶根据泡孔结构可分为开孔结构、混合孔结构和闭孔结构,发泡硅胶用于电池包壳体密封时都是处于压缩状态,以便达到良好的密封效果。

1 范围

本规范规定了动力电池箱体密封件（箱盖与下箱体之间密封作用）泡棉类的设计方法等。

本规范适用于XXXX公司动力电池系统电池箱体密封件泡棉。

2 规范性应用文件

下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

GB/T 2408-2008 塑料 燃烧性能的测定 水平法和垂直法

GB/T 1693 硫化橡胶介电常数和介质损耗角正切值的测定方法

GB/T 1692-2008 硫化橡胶绝缘电阻率的测定

GB/T 7757-2009 硫化橡胶或热塑性橡胶压缩应力应变性能的测定

GB/T 7759.1-2015硫化橡胶或热塑性橡胶压缩永久变形的测定

ASTM D1056 弹性泡沫材料—海绵橡胶和发泡橡胶的标准规范

ASTM D746 塑料和弹性体的受冲击脆化温度的标准测试方法

GB/T 2423.22 环境试验 第2部分：实验方法

GB/T 528硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定

GB/T 30512-2014 汽车禁用物质要求

GB/T 18941-2003 高聚物多孔弹性材料定负荷冲击疲劳的测定

随着新能源汽车对电池安全性要求日益严苛，箱体密封设计从“辅助环节”升级为“核心安全工程”。

以泡棉类密封（特别是发泡硅胶）为核心，系统性梳理设计规范与验证方法，为工程师提供可直接落地的技术指南。

发泡硅胶的开孔结构说明：

开孔结构

对于开孔结构发泡硅胶,由于泡孔间相互连通,即使加大使用的压缩量,也无法将泡孔间形成的通路完全封闭,不能起到防水的作用。因此,为了达到防水的目的,开孔结构的发泡硅胶不能用于壳体密封。

混合孔结构

前面提到,使用混合孔结构的发泡硅胶对电池包壳体密封时,可通过压缩和增加密封条的宽度达到IPX7或IPX8防水等级的作用,但根据部分客户的组装测试反馈,实际应用中会有以下问题:电池包在潮湿环境中工作一段时间后,液冷板下方会有液态水出现。

闭孔结构

由于闭孔结构的发泡硅胶力学强度高,在压缩用于壳体密封时会有以下情况:

① 若为了保持泡孔结构不被压破,降低发泡硅胶的压缩量,由于应力松弛的作用,发泡硅胶作用于壳体的反弹力会随时间而减小,容易造成界面漏水;

② 若为了增加作用于壳体的反弹力,而增加发泡硅胶的压缩量,一方面会增加破孔率,使防水性下降,另一方面反弹力的增加,易造成壳体变形。

3、范围与术语定义

适用范围

• 材料类型：闭孔发泡硅胶（如罗杰斯HT800、Z-Foam800系列）。

• 结构场景：方形/圆柱/软包电池箱体法兰密封、CTB车身电池一体化密封面。

• 性能目标：满足IP68（初始）及IP67（寿命终止），防尘、防水、防潮三位一体。

关键术语

术语定义计算公式

密封条初始厚度（T₀）

自由状态下密封条的厚度

实测值

有效压缩量（ΔTe）

实现密封的最小压缩量（闭孔硅胶≥15%）

ΔTe = T₀ × ΔTe%

实际压缩率（ΔTf%）

螺栓紧固后的压缩率

ΔTf% = (T₀ - G - R)/T₀ ×100%

损失压缩率（ΔTd%）

螺栓间隙处因法兰变形导致的压缩率损失

ΔTd% = (D + F)/T₀ ×100%

黄金不等式密封可靠性核心条件

：ΔTe% < ΔTf% - ΔTd% < ΔTr%

注：=密封面间隙，=表面粗糙度，=法兰弯曲变形，=平面度公差。

二、设计规范：发泡硅胶的设计要点闭孔率＞90%是防潮基础

推荐材料：罗杰斯HT800（压缩率30%~60%）、Z-Foam800（导热系数0.12W/mK，兼容热管理需求）。

• 压缩永久变形≤5%（ASTM D1056）

• 阻燃等级UL94 V-0

• 使用温度-40℃~150℃。

• 泡孔结构：开孔结构（×防水）、混合孔（×防潮）、闭孔（√防潮防尘防水）。

• 关键参数

结构设计：压缩率与公差协同控制

• 间距≤100mm（超距需CAE验证变形量）

• 拼缝距螺栓孔≥5倍密封条厚度。

• 密封宽度

  接触宽度≥6mm（窄边易塌陷，高宽比需＜1:2）。

• 螺栓布置
• 间隙设计

  （CTB车身电池一体化场景）：

  理论间隙G ≥ (15%×B) + T （T为公差极值） 示例：硅胶泡棉厚度B=14mm → G≥7mm 

工艺要求：微米级精度决定密封成败

参数控制标准失效后果

法兰平面度

≤0.5mm/1000mm

ΔTd%超标，螺栓间泄漏

表面粗糙度（R）

Ra≤3.2μm（机加工面）

压缩量损失＞0.1mm

法兰刚度

螺栓紧固后总变形量＜1mm

密封反弹力不足

可维修性设计

• 反复拆装≥5次（密封性能衰减≤10%）

• 禁用永久粘接胶（推荐可剥离硅胶泡棉）。

防潮设计：闭孔硅胶的双重屏障机制

典型案例：电池包在液冷板温差20℃时，混合孔泡棉因水汽凝结导致内部积水，闭孔结构可规避。

• 界面防潮

  ：压缩反弹力增大接触面摩擦力，填充微观凹凸。

• 泡孔防潮

  ：闭孔结构阻断气体通路，杜绝毛细管效应。

三、DV测试大纲：四维穿透性验证

基于ISO 16750、GB 4208等标准，制定三级测试体系

现实发泡硅胶产业,由于原料和工艺的问题,闭孔结构的产品或硬度太高,或泡壁弹性差,或阻燃等级不够,为了阻止空气对流,避免外界水气进入电池包内部,实现闭孔发泡硅胶的长期防潮密封,材料生产设计时,其性能必须满足以下要求:

- 发泡硅胶的闭孔率>90%;

- 发泡硅胶在压缩30%,或更高压缩量时保证泡孔不被压破

- 发泡硅胶的弹性好,应力松弛小

- 发泡硅胶环境测试性能损失小,寿命>10年

- 发泡硅胶阻燃等级为UL94 V-0

表：发泡硅胶密封DV测试大纲

测试类别测试项目条件判定标准密封性能

常温IPX7

1m水深浸泡30min

内部无水渍

高低温循环密封性

-40℃↔85℃, 100次循环

ΔTf%衰减≤3%

环境耐久

高温高湿老化

85℃/85%RH, 1000h

压缩永久变形≤10%

盐雾腐蚀

5%NaCl, 600h

密封界面无腐蚀穿孔

机械可靠性

振动测试

20-2000Hz随机振动, 50h

气密泄漏量≤5Pa/min

螺栓拆装寿命

5次拆装+扭矩复紧

IPX7仍达标

极端防护

冷热冲击

-45℃（30min）↔80℃（30min）, 50次

无开裂、硬化

阻燃测试

垂直燃烧（UL94）

自熄时间≤10s

测试工具创新：采用试水膏（Water Finding Paste）检测微水汽渗透，变色即失效。

以下为某规格型号下泡棉典型值：

四、失效预防：密封设计的“雷区清单”

1. 压缩率超限

• ΔTf%＜15%

  → 泄漏：增加T₀或缩小螺栓间距。

• ΔTf%＞70%

  → 泡孔压溃：减薄T₀或增大密封槽深度。

2. 结构塌陷

• 现象

  高宽比＞1:2时泡棉侧倾（图）。

• 解决

  优化密封条截面（推荐矩形28mm×14mm）。高宽比失衡导致密封失效

3. 热膨胀失控

• 案例：低温收缩导致ΔTf%降至8% → 冷启动泄漏。

• 对策：ΔTf%设计值需预留5%温变余量。

设计箴言

• 闭孔率＞90%是防潮的起点，压缩率15%是密封的底线。

• 法兰平面度每提升0.1mm，寿命终止IP67达标率提高20%。

附：典型硅胶泡棉参数速查表

参数

罗杰斯HT800

Z-Foam800

测试标准

密度 (kg/m³)

280±10

320±15

ASTM D1056

抗拉强度 (kPa)

≥220

310

ASTM D412

闭孔率

92%

95%

显微镜切片

长期压缩率保持率

88%(1000h老化)

91%(1000h老化)

ASTM D395

参考文献

1. 《动力电池箱体密封设计规范》AEC-Q200/UL94

2. CTB密封结构研究（上汽通用五菱）

3. 闭孔发泡硅胶防潮机制（东莞广迈）

4. Z-Foam800硅胶泡棉技术手册（兆科）

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