电池包车身安装螺栓扭矩衰减问题分析
概述
为了提高电池包的能量密度 ， 目前电池包箱体往往采用铝合金的材料制作 。 同时 ， 为了提高续航里程 ， 目前常用的做法还是增加电池的容量 ， 从而会导致电池包的重量增加 ， 体积增大等 。
通常 ， 电池包车身连接螺栓数量较多 ， 以TESLA为例 ， 电池包重量500kg多（如图4） ， 采用如下多的螺栓连接到车身上（如图1） ， 中间12个（如图2） ， 两侧16个（如图3） 。
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图1TESLA电池包螺栓装配
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图2中间连接螺栓
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图3两侧连接螺栓
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图4电池包
问题分析
电池包重量比较大 ， 体积比较大 ， 为了减小电池包中间的下垂量 ， 因此需要在电池包中间按照一定数量的螺栓 ， 这就存在一个问题 ， 电池包两侧的安装螺栓和电池包中间的安装螺栓存在不共面的问题 。
如果先安装电池包两侧螺栓 ， 电池包中心的四个螺栓安装处可能会出现几种情况：
电池包中间螺栓安装处正好与车身完全贴合电池包中间螺栓安装处与车身存在一定间隙电池包中间螺栓安装处与车身存在一定过盈根据上述三种情况 ， 完全贴合的情况是最好的 ， 最不会影响螺栓的扭矩衰减 。 如果中间存在一定的间隙可能会造成中间螺栓的扭矩衰减 。
如果中间存在过盈的情况 ， 两侧先安装的螺栓就会存在一定的间隙 ， 需要采用螺栓的预紧力来消除这个间隙 。
如果设计时候这个中间螺栓到两侧距离较长 ， 由于两侧螺栓数量多 ， 且距离中间螺栓较长 ， 力臂较大 ， 两侧螺栓安装时候会能够贴合车身 ， 不会造成很大的扭矩衰减 。
如果中间螺栓距离车身两侧较短 ， 力臂较小 ， 需要很大的力才能保证两侧螺栓贴合 ， 这样可能会造成两侧螺栓的扭矩衰减 。
有限元分析
取电池包中间一根横梁进行分析 ， 确认是否会对螺栓的扭矩造成衰减的问题 。
如图5 ， 对中间横梁两侧与车身贴合出施加固定边界条件 ， 对中间两个螺栓连接车身处施加螺栓的预紧力 ， 如M10的螺栓 ， 施加最大预紧力50KN ， 确定这个设计的横梁应力情况 。
计算结果表明 ， 横梁会存在较大的应力区域 ， 应力超过了铝合金材料的屈服强度 。 所以 ， 在这种情况下 ， 如果两侧安装后中间螺栓存在间隙的情况 ， 在螺栓拧紧后 ， 横梁会存在较大区域的塑性变形区域 。
这样随着时间的增加 ， 同时车辆在运行过程中会存在振动 ， 制动 ， 加速等载荷情况下 ， 变形量会继续增加 ， 从而最终会影响螺栓的扭矩衰减 。
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总结
螺栓连接被连接件中间如果存在间隙 ， 螺栓拧紧后如果被连接件又存在应力较大的情况 ， 特别是有较大区域存在屈服变形的情况 ， 在这种情况下 ， 螺栓就会有较大可能出现扭矩衰减的问题 。
在设计时候尽量避免这种设计 ， 但是 ， 如果没有办法避免的情况下 ， 在螺栓拧紧工艺上考虑一定的措施 ， 如拧紧后 ， 隔一段时间 ， 再次复拧 ， 这样会能够消除部分可能存在衰减较大的扭矩问题 。
当然在设计的时候 ， 要进行相关的有限元等分析 ， 确保螺栓拧紧后 ， 能够把间隙消除 ， 完全贴合 ， 这样在一定程度上能够减小扭矩的衰减 。 如果拧紧后还是存在间隙 ， 这种情况扭矩衰减的可能性就会更大 。
这是连接点不共面情况下 ， 扭矩衰减的可能因素分析 。
在有限元分析时候 ， 往往对连接点不进行考虑 ， 没有很大的关注 ， 所以 ， 类似这种问题在有限元分析的时候就要进行一定的考虑 ， 确认应力情况 ， 最大间隙情况 ， 以免后面出现较大的扭矩衰减问题 。
【电池包车身安装螺栓扭矩衰减问题分析】对于这种设计如何从设计方法上来减小扭矩的衰减 ， 采用什么样的合理设计 ， 欢迎大家分析讨论 ， 并在下方留言 。
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