动力电池的拧紧技术

下图是某款电池PACK的内部图片，从图上可以看到的连接方式其实有三种：

1）用螺栓、螺帽将线束与继电器等核心零件连接；

2）用抛钉将线束和金属支架连接；

3）用卡扣将低压线束与模组连接

其中靠螺栓、螺帽拧紧连接是动力电池PACK装配过程中用到的最多的连接方式。而拧紧技术也是装配中最最最重要的技术。

拧紧技术是很大的一个课题，本文先讲下拧紧技术的基础知识。

拧紧原理：螺栓插入被连接件，利用螺母或内螺纹拧紧使螺栓拉伸变形，这种弹性变形产生了轴向的拉力，将被夹零件挤压在了一起，称为预紧力，又称夹紧力。

有的人说不就拧个螺栓么？日常生活中，家里凳子什么上的螺栓松了用螺丝刀拧一拧或者淘宝上买个组装的书柜自己在家里面DIY，用螺丝刀拧一拧，然后就可以完成组装，有必要搞这么多专业词汇，说的这么玄乎么？

当然有有有。

尤其是作为新能源汽车的动力电池PACK。前面文章有讲到，PACK里的高压线是动力电池PACK的“大动脉血管”，用来传输电流。

试想一下，你开着一辆纯电动的新能源汽车，行驶在马路上，突然高压线与模组连接的螺栓因为拧紧过程异常导致松动或者螺栓断裂，从而电流无法输出，动力中断，汽车急停，如果后面没有车，到是可以“安全着落”，假如后面有一辆高速行驶的卡车，会是怎样的后果？

因此前面说的拧紧技术是装配中最最最重要的技术并不是夸大奇词。

上述拧紧原理中提到的夹紧力是我们制造过程中想要得到的参数，但是在制造现场直接去测量力是很难操作的。而扭矩（Torque）是很容易测量出的。

因此采用扭矩这个参数来表征两个物体之间加紧的效果。但是对物体施加的扭矩是不是全部转化成了夹紧力呢？答案是否定的。

真正转化为加紧力的扭矩其实只有10%，90%的扭矩用于克服摩擦力。下图就是传说中的：50-40-10原则。

因此，如果在实际的制造装配过程中发现扭矩异常，当排除人员操作方法和拧紧工具的问题后，就可以从螺栓和螺纹自身中找到扭矩异常的原因。

首先讲下什么是贴合面和拧紧角度。贴合面是指螺栓的法兰面与被紧固件接触的面（如下图所示）。

拧紧角度是指螺栓从贴合面最终到达目标扭矩所旋转的角度。

根据螺栓的拧紧角度，我们可以将螺栓连接状态分为两大类：

1）硬连接

当拧紧角度＜30°时，称之为硬连接。在PACK装配工艺中，绝大部分都是硬链接。比如模组与托盘的连接，高压线束与继电器的连接。

2）软连接

当拧紧角度＞720°时，称之为软连接。在PACK装配工艺中，只有很少的软连接。最典型的就是笔者曾经负责的一款PACK装配工艺中，热管理系统中橡胶管与冷却板的进出水口用卡箍的连接（如下右图所示）。

实际的装配工艺中，正是因为有了硬连接和软连接，才造成了实际静态扭矩与目标扭矩的偏差。

在正常情况下，硬连接的静态扭矩要高于动态扭矩。软连接的静态扭矩要低于动态扭矩，我们也称之为扭矩衰减。

备注：“动态扭矩：电动拧紧工具传感器在拧紧结束那一刻采集到的扭矩峰值；静态扭矩：拧紧结束5分钟以内，再用数显扭矩扳手绕螺栓原来的转动方向复拧一次所显示的扭矩值（螺栓转动角度不超过5°）。”

尤其是软连接，如果静态扭矩值过多的低于动态扭矩值，我们要采取适当的控制手段。过多的低于动态扭矩值，即过多的扭矩衰减，会造成拧紧失效，夹紧力降低，最后带来产品质量隐患。

针对软连接，我们在策划装配工艺的时候，有如下方法可以降低软连接带来的扭矩衰减。

1）降低电动拧紧工具的速度；

2）将正常的一步拧紧策略改为多步拧紧；

3）减少第一步设定的扭矩值，重复第二次拧紧；

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