如今，电动汽车（EV）因其在能效、环境可持续性和减少碳排放方面的优势，在全球范围内的普及程度越来越高。

随着电动汽车技术向更高功率密度和更高电压架构持续演进，电池系统内部关键电气元件的可靠性和安全性受到了越来越多的关注。

在这些元件中，电池断开单元（BDU）被认为是电动汽车中最重要的高压安全模块之一。配电、电路隔离、电流监测和故障保护等功能均由该子系统执行。

由于BDU在整个使用寿命期间会持续承受电负荷、热循环、振动以及外部环境的影响，因此对其绝缘性能、结构完整性和长期可靠性提出了严格要求。

为了满足这些要求，真空灌封技术已被广泛引入高压电子组件的制造过程中。通过减少夹带的空气和内部空隙，可以实现更好的绝缘特性和更强的环境防护。

图1为电动汽车电池系统中的电池断开单元

电池断开单元安装在电池包内部，作为高压电池与下游电气系统之间的关键接口。

一、BDU的主要功能包括：

1. 高压接通与断开

2. 过流和短路保护

3. 预充电管理

4. 电流检测与监测

5. 高压配电

二、典型的BDU组件包括：

1. 高压接触器

2. 熔断器

3. 母线排

4. 电流传感器

5. PCB控制模块

6. 电气连接器

图2. 电动汽车电池系统中典型的电池断开单元（BDU）结构

BDU制造中的可靠性挑战

一、空气夹带与内部空隙

传统灌封工艺面临的最重大挑战之一，是封装材料内部形成夹带空气和内部空隙。在高压运行条件下，空隙区域周围可能发生局部电场集中。

长时间运行后，可能引发局部放电现象，导致绝缘性能下降和产品可靠性降低。

二、湿气侵入与环境暴露

BDU经常暴露于以下环境：

- 潮湿

- 凝露

- 水溅

- 道路污染物

- 温度波动

因此，有效的环境密封被认为是必不可少的。

三、热循环效应

反复的热胀冷缩会产生内应力，增加材料疲劳的风险。

四、机械振动与冲击

如果结构加固不足，长期振动可能会对互连部件和电子组件产生不利影响。

真空灌封如何提升可靠性

真空灌封是在受控的真空环境中进行的。在灌注树脂之前，先将产品腔体及周围空间中的空气抽出。

然后在有利于胶料完全渗透到狭窄间隙和复杂几何形状中的条件下，注入灌封材料。

一、减少气泡和空隙

可实现以下改进：

- 提高介质强度

- 降低局部放电风险

- 提高绝缘可靠性

- 增强产品一致性

二、改善环境防护

可以在敏感元件周围形成连续的封装屏障，提高抗湿气和抗污染能力。

三、增强热管理

改善导热材料与发热元件之间的接触，从而实现更有效的散热。

四、提高结构稳定性

通过完全封装实现机械加固，提高抗振动和抗冲击能力。

图3. 与传统灌封工艺相比，真空灌封可最大程度地减少内部空隙和气泡。

实现可靠BDU真空灌封的工艺要点

一、空隙控制作为关键质量要求

对于高压BDU应用，内部空隙含量通常被视为最重要的质量指标之一。真空点胶和真空灌封技术常被用于帮助排出灌封材料和产品腔体中的夹带空气。

二、点胶前材料脱气

通常在点胶前进行真空脱气，以降低溶解气体含量并改善材料均匀性。

三、导热性能考虑

BDU灌封通常选用导热环氧树脂和有机硅材料，以改善传热性能。

四、表面处理和材料润湿

通常将清洁和表面处理工序纳入制造过程，以促进附着并确保树脂均匀分布。

五、受控固化曲线

通常使用温控固化炉来优化材料性能并减少内应力。

图4为用于BDU制造的自动化真空灌封生产线

随着电动汽车产量的持续增长，整个行业正在采用更高水平的制造自动化。为了实现稳定的产品质量和生产效率，BDU制造中越来越多地采用自动化真空灌封生产线。

其优势包括：

- 提高生产一致性

- 减少人工依赖

- 连续生产能力

- 增强工艺可追溯性

电动汽车BDU生产的典型自动化真空灌封线配置

典型的自动化真空点胶系统可按如下方式配置：

一、产线组成部分

1. 上料升降机：自动上料及工件缓存。

2. 传送输送线：各工序站之间的自动运输。

3. 真空灌封机：负责真空封装和树脂点胶的核心工序站。

4. 固化炉：封装材料的受控热固化。

5. 下料升降机：成品自动下料和收集。

6. 夹具自动回流系统：用于连续生产的闭环夹具循环。

二、辅助系统

1. 真空泵系统：提供稳定的真空环境以减少空隙。

2. 双罐供料系统：确保生产过程中不间断供料。

3. 真空上料单元：在材料输送过程中最大程度减少污染和空气引入。

4. 独立电控柜：提供集中控制和工艺监控。

图5. 典型的自动化真空灌封生产线，包括上料、点胶、固化、下料和夹具回流系统。

在电动汽车电池电子领域的应用经验

一、真空灌封技术已广泛应用于：

1. 电池断开单元（BDU）

2. 电池管理系统（BMS）

3. 车载充电机（OBC）

4. DC-DC转换器

5. 高压配电单元（PDU）

6. 电池接线盒

7. 高压传感模块

二、可根据以下因素调整生产配置：

1. 产品尺寸

2. 树脂特性

3. 点胶量

4. 固化要求

5. 产能目标

高压电动汽车电子制造的未来趋势，随着800V及更高电压车辆架构的持续发展，以下方面日益受到重视：

1. 绝缘可靠性

2. 热管理

3. 自动化生产

4. 工艺可追溯性

5. 智能工厂集成

在此背景下，真空灌封有望成为高压电池系统制造中越来越重要的工艺。

常见问题解答（FAQ）

1. 为什么电动汽车电池断开单元首选真空灌封？

真空灌封可显著减少气泡和内部空隙，提高绝缘可靠性并降低局部放电风险。

2. BDU灌封常用哪些材料？

根据绝缘和导热要求，通常使用环氧树脂、聚氨酯和有机硅类材料。

3. 800V电动汽车平台是否必须使用真空灌封？

随着工作电压升高，绝缘质量变得愈发关键。真空灌封有助于提高介电性能和长期可靠性。

4. 真空灌封如何改善热管理？

当导热材料实现完全接触时，可以建立更有效的传热路径。

5. 自动化真空灌封线能带来哪些生产优势？

可以实现更高的一致性、更高的效率、更少的人工需求以及更强的可追溯性。

6. 通常需要哪些辅助系统？

典型系统包括真空泵、双罐供料系统、固化炉、真空上料单元和自动夹具回流输送线。

7. 哪些电动汽车组件适合真空灌封？

BDU、BMS、OBC、DC-DC转换器、PDU、电池接线盒和高压传感模块。

8. 真空灌封生产线可以定制吗？

可以。生产配置可根据产品规格、树脂特性、产量要求和工厂布局进行定制。

核心要点

1. BDU是电动汽车电池系统中的关键安全组件。

2. 真空灌封可显著减少空隙形成。

3. 可提高绝缘可靠性。

4. 可增强防潮保护和热管理能力。

5. 自动化生产线可提高一致性和效率。

6. 双罐供料系统和自动夹具回流系统支持连续生产。

7. 对于800V电动汽车平台，真空灌封正变得愈发重要。

关于鑫华智能装备

我们持续开发针对点胶、灌封和流体处理的专用自动化解决方案，以满足电子、汽车电子、储能和电动汽车电池行业不断变化的需求。

可根据具体的产品结构、树脂特性、固化要求和产能目标，配置定制化的真空灌封生产线。集成的解决方案可包括真空灌封系统、自动化输送设备、固化炉、双组分供料系统、真空上料单元和自动夹具回流系统。

可为涉及电池断开单元（BDU）、电池管理系统（BMS）、车载充电机（OBC）、DC-DC转换器以及其他电动汽车电池系统组件的应用提供技术咨询和工艺评估支持。