如今，電動汽車（EV）因其在能效、環(huán)境可持續(xù)性和減少碳排放方面的優(yōu)勢，在全球范圍內(nèi)的普及程度越來越高。

隨著電動汽車技術(shù)向更高功率密度和更高電壓架構(gòu)持續(xù)演進，電池系統(tǒng)內(nèi)部關(guān)鍵電氣元件的可靠性和安全性受到了越來越多的關(guān)注。

在這些元件中，電池斷開單元（BDU）被認為是電動汽車中最重要的高壓安全模塊之一。配電、電路隔離、電流監(jiān)測和故障保護等功能均由該子系統(tǒng)執(zhí)行。

由于BDU在整個使用壽命期間會持續(xù)承受電負荷、熱循環(huán)、振動以及外部環(huán)境的影響，因此對其絕緣性能、結(jié)構(gòu)完整性和長期可靠性提出了嚴格要求。

為了滿足這些要求，真空灌封技術(shù)已被廣泛引入高壓電子組件的制造過程中。通過減少夾帶的空氣和內(nèi)部空隙，可以實現(xiàn)更好的絕緣特性和更強的環(huán)境防護。

圖1為電動汽車電池系統(tǒng)中的電池斷開單元

電池斷開單元安裝在電池包內(nèi)部，作為高壓電池與下游電氣系統(tǒng)之間的關(guān)鍵接口。

一、BDU的主要功能包括：

1. 高壓接通與斷開

2. 過流和短路保護

3. 預(yù)充電管理

4. 電流檢測與監(jiān)測

5. 高壓配電

二、典型的BDU組件包括：

1. 高壓接觸器

2. 熔斷器

3. 母線排

4. 電流傳感器

5. PCB控制模塊

6. 電氣連接器

圖2. 電動汽車電池系統(tǒng)中典型的電池斷開單元（BDU）結(jié)構(gòu)

BDU制造中的可靠性挑戰(zhàn)

一、空氣夾帶與內(nèi)部空隙

傳統(tǒng)灌封工藝面臨的最重大挑戰(zhàn)之一，是封裝材料內(nèi)部形成夾帶空氣和內(nèi)部空隙。在高壓運行條件下，空隙區(qū)域周圍可能發(fā)生局部電場集中。

長時間運行后，可能引發(fā)局部放電現(xiàn)象，導(dǎo)致絕緣性能下降和產(chǎn)品可靠性降低。

二、濕氣侵入與環(huán)境暴露

BDU經(jīng)常暴露于以下環(huán)境：

- 潮濕

- 凝露

- 水濺

- 道路污染物

- 溫度波動

因此，有效的環(huán)境密封被認為是必不可少的。

三、熱循環(huán)效應(yīng)

反復(fù)的熱脹冷縮會產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，增加材料疲勞的風(fēng)險。

四、機械振動與沖擊

如果結(jié)構(gòu)加固不足，長期振動可能會對互連部件和電子組件產(chǎn)生不利影響。

真空灌封如何提升可靠性

真空灌封是在受控的真空環(huán)境中進行的。在灌注樹脂之前，先將產(chǎn)品腔體及周圍空間中的空氣抽出。

然后在有利于膠料完全滲透到狹窄間隙和復(fù)雜幾何形狀中的條件下，注入灌封材料。

一、減少氣泡和空隙

可實現(xiàn)以下改進：

- 提高介質(zhì)強度

- 降低局部放電風(fēng)險

- 提高絕緣可靠性

- 增強產(chǎn)品一致性

二、改善環(huán)境防護

可以在敏感元件周圍形成連續(xù)的封裝屏障，提高抗?jié)駳夂涂刮廴灸芰Α?/span>

三、增強熱管理

改善導(dǎo)熱材料與發(fā)熱元件之間的接觸，從而實現(xiàn)更有效的散熱。

四、提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性

通過完全封裝實現(xiàn)機械加固，提高抗振動和抗沖擊能力。

圖3. 與傳統(tǒng)灌封工藝相比，真空灌封可最大程度地減少內(nèi)部空隙和氣泡。

實現(xiàn)可靠BDU真空灌封的工藝要點

一、空隙控制作為關(guān)鍵質(zhì)量要求

對于高壓BDU應(yīng)用，內(nèi)部空隙含量通常被視為最重要的質(zhì)量指標之一。真空點膠和真空灌封技術(shù)常被用于幫助排出灌封材料和產(chǎn)品腔體中的夾帶空氣。

二、點膠前材料脫氣

通常在點膠前進行真空脫氣，以降低溶解氣體含量并改善材料均勻性。

三、導(dǎo)熱性能考慮

BDU灌封通常選用導(dǎo)熱環(huán)氧樹脂和有機硅材料，以改善傳熱性能。

四、表面處理和材料潤濕

通常將清潔和表面處理工序納入制造過程，以促進附著并確保樹脂均勻分布。

五、受控固化曲線

通常使用溫控固化爐來優(yōu)化材料性能并減少內(nèi)應(yīng)力。

圖4為用于BDU制造的自動化真空灌封生產(chǎn)線

隨著電動汽車產(chǎn)量的持續(xù)增長，整個行業(yè)正在采用更高水平的制造自動化。為了實現(xiàn)穩(wěn)定的產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，BDU制造中越來越多地采用自動化真空灌封生產(chǎn)線。

其優(yōu)勢包括：

- 提高生產(chǎn)一致性

- 減少人工依賴

- 連續(xù)生產(chǎn)能力

- 增強工藝可追溯性

電動汽車BDU生產(chǎn)的典型自動化真空灌封線配置

典型的自動化真空點膠系統(tǒng)可按如下方式配置：

一、產(chǎn)線組成部分

1. 上料升降機：自動上料及工件緩存。

2. 傳送輸送線：各工序站之間的自動運輸。

3. 真空灌封機：負責(zé)真空封裝和樹脂點膠的核心工序站。

4. 固化爐：封裝材料的受控?zé)峁袒?/span>

5. 下料升降機：成品自動下料和收集。

6. 夾具自動回流系統(tǒng)：用于連續(xù)生產(chǎn)的閉環(huán)夾具循環(huán)。

二、輔助系統(tǒng)

1. 真空泵系統(tǒng)：提供穩(wěn)定的真空環(huán)境以減少空隙。

2. 雙罐供料系統(tǒng)：確保生產(chǎn)過程中不間斷供料。

3. 真空上料單元：在材料輸送過程中最大程度減少污染和空氣引入。

4. 獨立電控柜：提供集中控制和工藝監(jiān)控。

圖5. 典型的自動化真空灌封生產(chǎn)線，包括上料、點膠、固化、下料和夾具回流系統(tǒng)。

在電動汽車電池電子領(lǐng)域的應(yīng)用經(jīng)驗

一、真空灌封技術(shù)已廣泛應(yīng)用于：

1. 電池斷開單元（BDU）

2. 電池管理系統(tǒng)（BMS）

3. 車載充電機（OBC）

4. DC-DC轉(zhuǎn)換器

5. 高壓配電單元（PDU）

6. 電池接線盒

7. 高壓傳感模塊

二、可根據(jù)以下因素調(diào)整生產(chǎn)配置：

1. 產(chǎn)品尺寸

2. 樹脂特性

3. 點膠量

4. 固化要求

5. 產(chǎn)能目標

高壓電動汽車電子制造的未來趨勢，隨著800V及更高電壓車輛架構(gòu)的持續(xù)發(fā)展，以下方面日益受到重視：

1. 絕緣可靠性

2. 熱管理

3. 自動化生產(chǎn)

4. 工藝可追溯性

5. 智能工廠集成

在此背景下，真空灌封有望成為高壓電池系統(tǒng)制造中越來越重要的工藝。

常見問題解答（FAQ）

1. 為什么電動汽車電池斷開單元首選真空灌封？

真空灌封可顯著減少氣泡和內(nèi)部空隙，提高絕緣可靠性并降低局部放電風(fēng)險。

2. BDU灌封常用哪些材料？

根據(jù)絕緣和導(dǎo)熱要求，通常使用環(huán)氧樹脂、聚氨酯和有機硅類材料。

3. 800V電動汽車平臺是否必須使用真空灌封？

隨著工作電壓升高，絕緣質(zhì)量變得愈發(fā)關(guān)鍵。真空灌封有助于提高介電性能和長期可靠性。

4. 真空灌封如何改善熱管理？

當(dāng)導(dǎo)熱材料實現(xiàn)完全接觸時，可以建立更有效的傳熱路徑。

5. 自動化真空灌封線能帶來哪些生產(chǎn)優(yōu)勢？

可以實現(xiàn)更高的一致性、更高的效率、更少的人工需求以及更強的可追溯性。

6. 通常需要哪些輔助系統(tǒng)？

典型系統(tǒng)包括真空泵、雙罐供料系統(tǒng)、固化爐、真空上料單元和自動夾具回流輸送線。

7. 哪些電動汽車組件適合真空灌封？

BDU、BMS、OBC、DC-DC轉(zhuǎn)換器、PDU、電池接線盒和高壓傳感模塊。

8. 真空灌封生產(chǎn)線可以定制嗎？

可以。生產(chǎn)配置可根據(jù)產(chǎn)品規(guī)格、樹脂特性、產(chǎn)量要求和工廠布局進行定制。

核心要點

1. BDU是電動汽車電池系統(tǒng)中的關(guān)鍵安全組件。

2. 真空灌封可顯著減少空隙形成。

3. 可提高絕緣可靠性。

4. 可增強防潮保護和熱管理能力。

5. 自動化生產(chǎn)線可提高一致性和效率。

6. 雙罐供料系統(tǒng)和自動夾具回流系統(tǒng)支持連續(xù)生產(chǎn)。

7. 對于800V電動汽車平臺，真空灌封正變得愈發(fā)重要。

關(guān)于鑫華智能裝備

我們持續(xù)開發(fā)針對點膠、灌封和流體處理的專用自動化解決方案，以滿足電子、汽車電子、儲能和電動汽車電池行業(yè)不斷變化的需求。

可根據(jù)具體的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、樹脂特性、固化要求和產(chǎn)能目標，配置定制化的真空灌封生產(chǎn)線。集成的解決方案可包括真空灌封系統(tǒng)、自動化輸送設(shè)備、固化爐、雙組分供料系統(tǒng)、真空上料單元和自動夾具回流系統(tǒng)。

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