緊固件在動力電池系統上的可靠性設計與扭矩研究

黃衛峰　王楠　趙曉軍　帥建華

摘 要：緊固件具有拆卸方便、易安裝等特點，廣泛應用于各行各業。文章主要論述了緊固件在動力電池系統上的擰緊設計，提出了在動力電池系統不同位置的安裝注意事項，并對緊固件的擰緊要求進行了細化。通過振動實驗，分析緊固件在振動后的扭矩衰減情況，為緊固件在動力電池系統上的可靠性連接，提供了相關依據。

關鍵詞：緊固件;動力電池系統;扭矩

中圖分類號：U469.7 ?文獻標識碼：A? 文章編號：1671-7988（2020）03-03-02

前言

緊固件常用作了零件間的連接^[1]，其扭矩的大小，決定了零件間的連接強度。緊固件在動力電池系統上應用廣泛。比如，電池箱上蓋與下箱體間的連接;模組與箱體的固定連接;模組間的連接……在這些栓接部位中，緊固件的松動極可能引起動力電池系統的故障或者失效。所以，提高緊固件在動力電池系統上的可靠性設計是非常關鍵的。

1 動力電池的擰緊設計

1.1 擰緊的必要性

緊固件在動力電池系統上的擰緊，主要體現在如下幾個方面：

（1）能夠確保連接的可靠^[2-3]。主要表現為擰緊后的殘余扭矩是否滿足要求;電池箱與車架間的連接是否可靠;在后期維修過程中是否便于拆卸和更換。

（2）保證電池系統的氣密性，使其能夠通過IP防護等級測試。一般體現在電池箱上蓋與下箱體間的栓接和接插件與箱體的連接。為保證上蓋與下箱體的密封性，通常采用泡棉或者打膠的方式輔助密封。

1.2 電池系統性能對緊固件擰緊的要求

對過流能力的要求：當接插件與箱體進行栓接時，一般都會有推薦的扭矩值。若未按照推薦的扭矩值進行擰緊，則會導致接線端子接觸不好，產生較大的接觸電阻。在通過大電流時，此位置會產生大量的熱，有燒壞端子的風險。另外，若所選用的銅排、鋁排未用緊固件擰緊，也會大大縮減銅排、鋁排的過流能力。

對絕緣能力的要求：電池系統的高壓連接部分，對絕緣性能有極高的要求。因此，在擰緊時，需要將一極保護起來，避免造成回路。

對殘余扭矩的要求：電池系統所選用的接插件，其所帶的密封圈理論上都會有易于扭矩衰減的位置。對于這種彈性材料，一般會通過降低擰緊速度或者使用擰緊---松半圈---擰緊的方式，來保證殘余扭矩達到規定要求。

對擰緊順序的要求：對于電池箱上蓋與下箱體之間的連接，因屬于大平面接觸，需要保證應力分布均勻^[4]。因此，對于大平面件的栓接，通常都會有擰緊順序要求。

1.3 緊固件在塑料件連接處的擰緊設計

緊固件與塑料間多為軟連接，相對載荷較小。

由于塑料的熱膨脹程度遠高于金屬。熱膨脹會影響緊固件與塑料件的夾緊力。當溫度變化時，塑料會發生蠕變，進而會影響夾緊力。

一般地，可以通過在連接處填充樹脂或在螺紋上土防松膠來增強防松性能。對于螺栓的選擇，一般會帶有平墊片或者大法蘭面。

2 振動測試后扭矩值的測量與分析

本文按照GB/T 31467.3的測試要求，分別對兩個電池箱做了3小時振動和21小時的振動，來測量扭矩值的變化。本文采用的是M6外六角螺栓，振動前扭矩值為8.5-9.0 N·m。測試結果如下：

測試結果表明，振動3小時后，扭矩衰減到4.5-5.0 N·m;振動21小時后，扭矩衰減到1.5-2.0 N·m。由此可以看出，在高頻振動的作用下，容易造成緊固件松動。

因此，通過改進緊固件結構，做好緊固件的防松設計^[5]，對電池系統的后續正常運行，有非常重要的意義。

3 結束語

伴隨著新能源市場的發展和電動汽車的普及，動力電池系統緊固件越來越引起設計人員的重視。本文主要論述了緊固件在動力電池系統上的擰緊設計，并通過振動實驗，探討了相應的扭矩衰減情況，為動力電池系統緊固件的防松設計，提供了指導。

參考文獻

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