紧固件在动力电池系统上的可靠性设计与扭矩研究

10.16638/j.cnki.1671-7988.2020.03.002

紧固件在动力电池系统上的可靠性设计与扭矩研究

黄卫峰，王楠，赵晓军，帅建华

（力神动力电池系统有限公司，天津 300384）

摘 要：紧固件具有拆卸方便、易安装等特点，广泛应用于各行各业。文章主要论述了紧固件在动力电池系统上的拧紧设计，提出了在动力电池系统不同位置的安装注意事项，并对紧固件的拧紧要求进行了细化。通过振动实验，分析紧固件在振动后的扭矩衰减情况，为紧固件在动力电池系统上的可靠性连接，提供了相关依据。 关键词：紧固件；动力电池系统；扭矩

中图分类号：U469.7 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2020)03-03-02

Reliability Design and Torque Research of Fasteners on Power Battery System

Huang Weifeng, Wang Nan, Zhao Xiaojun, Shuai Jianhua

( Lishen Power Battery System Co., Ltd., Tianjin 300384 )

Abstract: Fasteners are convenient to disassemble and assemble. They are widely used in all walks of life. This paper mainly discusses the tightening design of fasteners on the power battery system, puts forward the installation precautions in different positions of the power battery system, and refines the tightening requirements of fasteners. The torque attenuation of the fastener after vibration is analyzed through vibration test, which provides the basis for the reliable connection of the fastener on the power battery system.

Keywords: Fasteners; Power battery system; Torque

CLC NO.: U469.7 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2020)03-03-02

方面：

前言

紧固件常用作了零件间的连接[1]，其扭矩的大小，决定了零件间的连接强度。紧固件在动力电池系统上应用广泛。比如，电池箱上盖与下箱体间的连接；模组与箱体的固定连接；模组间的连接……在这些栓接部位中，紧固件的松动极可能引起动力电池系统的故障或者失效。所以，提高紧固件在动力电池系统上的可靠性设计是非常关键的。

（1）能够确保连接的可靠[2-3]。主要表现为拧紧后的残余扭矩是否满足要求；电池箱与车架间的连接是否可靠；在后期维修过程中是否便于拆卸和更换。

（2）保证电池系统的气密性，使其能够通过IP防护等级测试。一般体现在电池箱上盖与下箱体间的栓接和接插件与箱体的连接。为保证上盖与下箱体的密封性，通常采用泡棉或者打胶的方式辅助密封。 1.2 电池系统性能对紧固件拧紧的要求

对过流能力的要求：当接插件与箱体进行栓接时，一般都会有推荐的扭矩值。若未按照推荐的扭矩值进行拧紧，则会导致接线端子接触不好，产生较大的接触电阻。在通过大电流时，此位置会产生大量的热，有烧坏端子的风险。另外，若所选用的铜排、铝排未用紧固件拧紧，也会大大缩减铜排、

1 动力电池的拧紧设计

1.1 拧紧的必要性

紧固件在动力电池系统上的拧紧，主要体现在如下几个

作者简介：黄卫峰，就职于力神动力电池系统有限公司。

3

汽车实用技术

铝排的过流能力。

对绝缘能力的要求：电池系统的高压连接部分，对绝缘性能有极高的要求。因此，在拧紧时，需要将一极保护起来，避免造成回路。

对残余扭矩的要求：电池系统所选用的接插件，其所带的密封圈理论上都会有易于扭矩衰减的位置。对于这种弹性材料，一般会通过降低拧紧速度或者使用拧紧---松半圈---拧紧的方式，来保证残余扭矩达到规定要求。

对拧紧顺序的要求：对于电池箱上盖与下箱体之间的连接，因属于大平面接触，需要保证应力分布均匀[4]。因此，对于大平面件的栓接，通常都会有拧紧顺序要求。 1.3 紧固件在塑料件连接处的拧紧设计

紧固件与塑料间多为软连接，相对载荷较小。 由于塑料的热膨胀程度远高于金属。热膨胀会影响紧固件与塑料件的夹紧力。当温度变化时，塑料会发生蠕变，进而会影响夹紧力。

一般地，可以通过在连接处填充树脂或在螺纹上土防松胶来增强防松性能。对于螺栓的选择，一般会带有平垫片或者大法兰面。

2 振动测试后扭矩值的测量与分析

本文按照GB/T 31467.3的测试要求，分别对两个电池箱做了3小时振动和21小时的振动，来测量扭矩值的变化。本文采用的是M6外六角螺栓，振动前扭矩值为8.5-9.0 N·m。测试结果如下：

图1 3小时振动后扭矩值分布

4

图2 21小时振动后扭矩值分布

测试结果表明，振动3小时后，扭矩衰减到4.5-5.0 N·m；振动21小时后，扭矩衰减到1.5-2.0 N·m。由此可以看出，在高频振动的作用下，容易造成紧固件松动。

因此，通过改进紧固件结构，做好紧固件的防松设计[5]，对电池系统的后续正常运行，有非常重要的意义。

3 结束语

伴随着新能源市场的发展和电动汽车的普及，动力电池系统紧固件越来越引起设计人员的重视。本文主要论述了紧固件在动力电池系统上的拧紧设计，并通过振动实验，探讨了相应的扭矩衰减情况，为动力电池系统紧固件的防松设计，提供了指导。

参考文献

[1] 顾亦磊,赵美英.复合材料层合板螺栓连接失效分析[J].航空计算

技术,2006,36（2）:110-113.

[2] 张国梁.复合材料结构连接技术.北京:国防工业出版社,1991. [3] Lawlor V P, Mccarthy M A,Stanley W F.An experimental study of

bolt hole clearance effects in double-lap, multi-bolt composite joints [J]. Composite structures,2005,71(2):176-190.

[4] 魏景超.复合材料结构新型紧固件连接强度与失效机理[D].西北

工业大学,2014.

[5]《紧固件连接设计手册》编写委员会.《紧固件连接设计手册》第

一版.北京:国防工业出版社,1990,3-6.