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動(dòng)力電池緊固件的可靠性設(shè)計(jì)與扭矩研究

發(fā)布時(shí)間: 02-26 2022 | 次瀏覽


圓柱頭內(nèi)六角組合螺絲 06.jpg


摘 要:緊固件具有拆卸方便、易安裝等特點(diǎn),廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。文章主要論述了動(dòng)力電池緊固件在動(dòng)力電池系統(tǒng)上的擰緊設(shè)計(jì),提出了在動(dòng)力電池系統(tǒng)不同位置的安裝注意事項(xiàng),并對(duì)緊固件的擰緊要求進(jìn)行了細(xì)化。通過振動(dòng)實(shí)驗(yàn),分析緊固件在振動(dòng)后的扭矩衰減情況,為緊固件在動(dòng)力電池系統(tǒng)上的可靠性連接,提供了相關(guān)依據(jù)。


關(guān)鍵詞:緊固件;動(dòng)力電池系統(tǒng);扭矩


前言

緊固件常用作了零件間的連接,其扭矩的大小,決定了零件間的連接強(qiáng)度。緊固件在動(dòng)力電池系統(tǒng)上應(yīng)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(dòng)極可能引起動(dòng)力電池系統(tǒng)的故障或者失效。所以,提高緊固件在動(dòng)力電池系統(tǒng)上的可靠性設(shè)計(jì)是非常關(guān)鍵的。


1 動(dòng)力電池的擰緊設(shè)計(jì)


1.1 擰緊的必要性

緊固件在動(dòng)力電池系統(tǒng)上的擰緊,主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面:

(1)能夠確保連接的可靠。主要表現(xiàn)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(tǒng)的氣密性,使其能夠通過IP防護(hù)等級(jí)測(cè)試。一般體現(xiàn)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(tǒng)性能對(duì)緊固件擰緊的要求

對(duì)過流能力的要求:當(dāng)接插件與箱體進(jìn)行栓接時(shí),一般都會(huì)有推薦的扭矩值。若未按照推薦的扭矩值進(jìn)行擰緊,則會(huì)導(dǎo)致接線端子接觸不好,產(chǎn)生較大的接觸電阻。在通過大電流時(shí),此位置會(huì)產(chǎn)生大量的熱,有燒壞端子的風(fēng)險(xiǎn)。另外,若所選用的銅排、鋁排未用緊固件擰緊,也會(huì)大大縮減銅排、鋁排的過流能力。

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

對(duì)殘余扭矩的要求:電池系統(tǒng)所選用的接插件,其所帶的密封圈理論上都會(huì)有易于扭矩衰減的位置。對(duì)于這種彈性材料,一般會(huì)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(dá)到規(guī)定要求。

對(duì)擰緊順序的要求:對(duì)于電池箱上蓋與下箱體之間的連接,因?qū)儆诖笃矫娼佑|,需要保證應(yīng)力分布均勻。因此,對(duì)于大平面件的栓接,通常都會(huì)有擰緊順序要求。


1.3 緊固件在塑料件連接處的擰緊設(shè)計(jì)

緊固件與塑料間多為軟連接,相對(duì)載荷較小。

由于塑料的熱膨脹程度遠(yuǎn)高于金屬。熱膨脹會(huì)影響緊固件與塑料件的夾緊力。當(dāng)溫度變化時(shí),塑料會(huì)發(fā)生蠕變,進(jìn)而會(huì)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(qiáng)防松性能。對(duì)于螺栓的選擇,一般會(huì)帶有平墊片螺栓或者大法蘭面螺栓。


2 振動(dòng)測(cè)試后扭矩值的測(cè)量與分析

本文按照GB/T 31467.3的測(cè)試要求,分別對(duì)兩個(gè)電池箱做了3小時(shí)振動(dòng)和21小時(shí)的振動(dòng),來測(cè)量扭矩值的變化。本文采用的是M6外六角螺栓,振動(dòng)前扭矩值為8.5-9.0 N·m。測(cè)試結(jié)果如下:

測(cè)試結(jié)果表明,振動(dòng)3小時(shí)后,扭矩衰減到4.5-5.0 N·m;振動(dòng)21小時(shí)后,扭矩衰減到1.5-2.0 N·m。由此可以看出,在高頻振動(dòng)的作用下,容易造成緊固件松動(dòng)。

因此,通過改進(jìn)緊固件結(jié)構(gòu),做好緊固件的防松設(shè)計(jì),對(duì)電池系統(tǒng)的后續(xù)正常運(yùn)行,有非常重要的意義。


3 結(jié)束語

伴隨著新能源市場(chǎng)的發(fā)展和電動(dòng)汽車的普及,動(dòng)力電池系統(tǒng)緊固件越來越引起設(shè)計(jì)人員的重視。本文主要論述了緊固件在動(dòng)力電池系統(tǒng)上的擰緊設(shè)計(jì),并通過振動(dòng)實(shí)驗(yàn),探討了相應(yīng)的扭矩衰減情況,為動(dòng)力電池系統(tǒng)緊固件的防松設(shè)計(jì),提供了指導(dǎo)。



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