前车之鉴，后车之师，谈线束固定可靠性、螺栓连接防松

6月15日重庆力帆召回2017年12月11日至2018年12月31日生产的部分力帆650EV300纯电动车，共计3651辆。

召回原因：

1、在生产制造过程中，动力电池包内部高压线束分布存在干涉情况，在后续使用过程中可能导致绝缘层磨损、短路；

2、电池包汇流铜排连接螺钉存在松动风险；

3、动力电池包充电温度阀值设置过高，在长时间使用快充的情况下存在一定的安全风险。

由于以上原因，在极端情况下动力电池包可能存在热失控和起火风险，存在安全隐患。

1、在生产制造过程中，动力电池包内部高压线束分布存在干涉情况，在后续使用过程中可能导致绝缘层磨损、短路；

对于新能源汽车高压线束而言，鲜有发生因为选型不当出现的召回问题，多为布置、制造过程导致的干涉、磨损问题导致召回。

去年蔚来因为“这部分ES8使用NEV-P50电池模组，模组内的电压采样线束个别走向不当，可能被模组上盖板挤压而磨损绝缘表皮，造成短路，存在安全隐患。”宣布召回4803辆ES8，直接损失近7个亿，血的教训还历历在目，力帆紧随其后又给我们敲响了警钟，让我们时刻警醒线束固定可靠性的重要。

这种因为布置、制程工艺导致的问题其实很低级，但是造成的损失确实很大，直接牵涉到防火安全，车辆召回，没有技术门槛还易出大问题，这就是线束工程师的处境，可想而知线束工程师在企业的地位和担当，呵呵。

良好的固定达到了一定的耐老化耐磨作用，如果固定不好汽车时于振动再加上线束自身的重量，容易使线束老化使电线接头与用电设备连接处脱落造成线路断路或短路 也容易与车体其它的活动部件相互干涉提高整车的故障率。

线束固定设计是线束布置走向设计中很重要的一项，其主要形式主要有扎带、卡扣、支架这几种。

1 扎带

扎带是线束固定防护材料中使用最多的，以PA66材质为主，线束中大部分的固定都是用扎带来完成的。扎带的作用是紧固线束，并使其牢固可靠地固定在车身钣金孔、螺栓、钢板等部位，防止线束震动、移位或与其它部件干涉而损坏线束。

卡圆孔型扎带多用在钣金比较平整且布线空间较大线束走线平缓的地方， 如驾驶室内， 圆孔直径一般在5~8 mm

卡腰圆孔型扎带多用在线束较粗的主干或分支，这种扎带安装后不能随意转动， 具有较强的固定稳定性，多用在前舱， 孔径一般为12×6 mm、12×7 mm）

卡螺栓型扎带多用在钣金较厚或不平线束走向不规则的地方， 如防火墙处， 孔径一般为5mm、6 mm

卡钢板型扎带主要用在钢板钣金的边缘用于卡住钣金， 使线束平滑过渡， 同时避免钣金边缘划破线束， 多用在位于驾驶室内的线束和后保险杠处， 钣金厚度一般为0.8~2.0mm。

2 卡扣

卡扣的功能和扎带一样， 都是为了固定保护线束。材质有PP、PA6、PA66、POM等多种。常用的卡扣类型有T型卡扣、L型卡扣、管夹类卡扣、插接件卡扣等。

T型卡扣和L型卡扣 主要用在因安装外饰而使线束布线空间狭小或线束本身走线处不宜打孔的地方， 如驾驶室顶棚边缘， 一般为圆孔或腰圆孔

管夹类卡扣主要用在不适宜打孔或无法打孔的地方， 如发动机机体， 一般为舌型钣金；

插接件卡扣主要是与插接件配合，用于在车体上固定插接件，一般为圆孔、腰圆孔或钥匙孔，此种卡扣针对性比较强，一般某一种卡扣只针对相应某一系列的插接件才能使用。

3 支架护板

线束支架护板通用性差， 不同车型所设计的支架护板都不相同，材质有PP、PA6、PA66、POM、ABS 等多种， 一般开发费用较高。

线束支架一般用来固定插接件， 多用在不同线束间对接的地方；

线束护板一般用来固定保护线束，多用在位于发动机机体的线束上

汽车线束应具有耐高低温性能， 耐温度、湿度循环变化性能， 耐振动性能， 耐烟雾性能和耐工业溶剂性能。因此， 线束的外保护起着至关重要的作用， 合理的线束外保护材料和包扎方式不但可以保证线束品质， 而且可以降低成本， 提高经济效益。

1 波纹管

波纹管在线束包扎中占用的份量较大。主要的特点是耐磨性较好， 在高温区耐高温性、阻燃性、耐热性都很好， 耐温一般在-40~150℃间。根据包扎要求， 一般分为闭口波纹管和开口波纹管两种。闭口波纹管配合线束管夹可以起到良好的防水效果， 但比较难于装配。开口波纹管是普通线束中常用的， 比较容易装配。根据不同的包扎要求，一般波纹管外采用PVC胶带全缠和点缠两种方式。根据材质， 汽车线束常用波纹管分为聚丙烯（PP）、尼龙（PA6）、聚丙烯改良（PPmod） 和磷酸三苯酯（TPE）4种。常用内径规格从4.5~40不等。PP波纹管耐温达到100℃， 是线束中用量最多的一种PA6波纹管耐温达到120℃， 其在阻燃性和耐磨性方面较突出， 但抗弯曲性低于PP材质PPmod为聚丙烯改良型， 耐温等级达到130℃TPE耐温等级较高， 达到175℃。波纹管基本颜色为黑色， 一些阻燃材质允许略呈灰黑色， 有特殊要求或警示目的可以用黄色（如安全气囊线束波纹管）。

2 PVC管

PVC管其材质为软聚氯乙烯， 内径规格从3.5~40不等， 管内外壁光滑，色泽均匀，能够起到很好的外观效果， 常用颜色为黑色， 其功用和波纹管差不多。PVC管柔软性和抗弯曲变形性较好， 而且PVC管一般为闭口， 所以PVC管主要用于线束拐弯的分支处， 以便使导线圆滑过渡。PVC管的耐热温度不高， 一般在80℃以下， 特殊的耐高温管为105℃。

3 玻璃纤维套管

以玻璃纱为基材， 编织成管后， 用硅树脂浸渍， 再加以烘干而成， 适用于易产生高温高压的电器之间的导线保护， 耐温达到200℃以上， 耐压达到千伏以上。常用颜色为白色，根据客户的不同要求， 可以染成其它颜色（如红色、黑色等）， 直径规格从2~20不等。一般线束中的易熔线用到此管。

4 胶带

胶带在线束中起到捆扎、耐磨、耐温、绝缘、阻燃、降噪、作标记等作用， 是线束包扎材料中应用最多的一类， 线束常用胶带一般分PVC胶带、绒布胶带、布基胶和海绵胶带4种。PVC胶带是一种以绝缘的聚氯乙烯薄膜为基材， 单面均匀涂布压敏胶粘剂制成的卷状胶粘带，具有良好的粘接性、耐久性和电绝缘性能。胶带解卷后膜面平整， 色泽均匀， 两侧面平整， 耐温在80℃左右。在线束中主要起到捆扎的作用。常用绒布胶带以聚酯无纺布为基材， 涂布高剥离强度无溶剂橡胶型压敏胶制成，无溶剂残留，耐腐蚀，具有降噪性能， 手可撕， 操作方便， 耐温105℃。由于其材质柔软并耐腐蚀， 非常适用于汽车内部降噪部位线束使用， 如仪表盘线束等。高品质的丙烯酸型绒布胶带可以提供良好的耐温、耐油性能及耐老化性能。高品质聚酰胺绒布构成， 高粘度、无危险物质、耐腐蚀、均衡的解卷力、外观稳定（不冒卷）。纤维布基胶带用于汽车线束的耐高温缠绕， 通过重叠搭接及螺旋的缠绕可以得到光滑而耐久的具有柔韧性的汽车线束。高品质的棉纤维布与强力橡胶型压敏胶构成， 高粘度、无危险物质、可手撕、良好的柔韧性、适合机用和手工使用。涤纶布基胶带是为汽车发动机区域线束的耐高温缠绕而特殊设计的。由于基材具有较高的强度及耐油和耐温性能， 是用于发动机区域的理想产品， 具有高耐油性的高品质聚酯布基与强力的丙烯酸型压敏胶构成。海绵胶带以低密度PE泡棉为基材， 单面或者双面涂布高性能压敏胶， 复合硅离型材料复合而成。有各种厚度、密度和颜色选择， 可以成卷或冲型模切成各种形状， 胶带具有优异的耐候性能、服帖性、缓冲性、密封性和优越的粘接性， 应用极其广泛。绒布海绵胶带是一种性能良好的线束保护材料， 其基层是一层绒布复合一层海绵， 涂以专门配方的压敏胶制成。它起到降噪、减震、耐磨保护的作用， 广泛应用于日系、韩系汽车的仪表线束、顶棚线束、车门线束上。其性能优于普通绒布胶带和海绵胶带， 但价格也比较昂贵。

5 橡胶件

橡胶件主要分布在发动机与驾驶室接口处、机舱与驾驶室接口处、4门与车厢接口处、油箱进口处， 根据材质的不同， 常用为天然橡胶、氯丁胶、硅橡胶、三元乙丙橡胶等。

其中天然橡胶具有良好的弹性和机械强度， 有优异耐曲挠性， 有较高的撕裂强度和良好的耐寒性；缺点是耐老化性不好， 不耐油和臭氧， 并且易燃。氯丁胶具有良好的耐臭氧、耐热老化、耐油性， 具有极强的阻燃性和自熄性；但耐低温性不太好， 且不易加工。硅橡胶具有优异的耐热性、耐寒性、介电性、耐臭氧性和耐大气老化性等， 并且具有较宽的应用温度范围；缺点是抗张强度、抗撕裂强度较差。三元乙丙橡胶具有较好的耐候性、耐臭氧、耐热性、耐腐蚀性、耐酸碱性、高强度和高伸缩率等；缺点是粘接性较差， 弹性不如天然橡胶。由于三元乙丙的综合性能较好， 是目前汽车橡胶件的首选。

2、电池包汇流铜排连接螺钉存在松动风险；

电池包汇流排连接螺钉松动，关于螺栓连接形式的电连接可靠性前边是想单独搞一篇聊聊，今天觉得借着力帆召回这个事讲可能更深刻。

contact resistants(接触电阻)between bolt fastening (螺栓紧固) cooper platoons（铜排）这是个key point。

新能源汽车有一套完整的高压连接系统，这个系统中，如电池、PDU等高压电气部件内部大量使用铜排进行电连接。铜排相互连接的部位多使用螺栓固定连接。

近些年来，大电流导线除了使用HV conector外为了节约成本提升耐振动性能，开始使用过孔连接器IPT，也是使用螺栓固定连接。

使用螺栓连接电连接部位，螺栓防松对螺栓连接导电部位的电连接可靠性极其重要，连接接触不良引 起的发热和高 温 ，一 般有一个积累过程 ，时间越长发热量越 大 。 当产生的热量大于向外传播的热量时 ，接触处热量就会积累 ，致使温度升高．甚至导致设备烧融 ， 影响整机的温升以及使用寿命。

螺栓连接铜排或线束连接电阻与螺栓对接触面产生的接触压力有强相关系，接触压力与我们固定铜排时打紧螺栓的扭矩有一定的关系。

以下是使用富士压力感应测纸研究螺栓扭矩与接触尺寸 、接触面积关系的研究。

按照M8型号螺栓的等级要求并结工程需求 ，对螺栓分别施加2ON ·m、25N ·m、30N ·m 的扭 矩 ．所得接触面积 如表 1所示

利用ANSYS模型进行仿真，实测接触电阻方法如下 ：采 用微欧仪 ，向试品通以 100A电流 ，测量上下端面的压 降 ，再根据电阻的伏安特性 ，得 到 实际接触电阻

以下是仿真和实测的接触电阻值。

通过上述实验和仿真及实测，其实我们可以得到以下的结论：

接触电阻随着扭矩增大而减小，而当达到一定的临界值时电阻变化变小，但如果此时再增大扭矩可能会损坏螺栓或者固定螺栓的底座。

螺栓防松方式有以下几种

其中个人觉得以下几种形式可以改善电连接螺栓的可靠性。

螺纹锁固胶

螺纹锁固胶是（甲基）丙烯酸酯、引发剂、助促进剂、稳定剂（阻聚剂）、染料和填料等按一定比例配合在一起所组成的胶黏剂。

对于通孔工况：将螺栓穿过螺孔，将螺纹锁固胶涂至啮合部螺纹上，装配螺母并上紧至规定力矩。

对于螺孔深大于螺栓长的工况：需将锁固胶涂到螺栓的螺纹上，装配并上紧至规定力矩。

楔入式锁紧防松双叠垫圈

楔入式锁紧垫圈外表面的放射状锯齿和其所接触的工件表面咬合。当防松系统遭遇动力负载时，位移只能发生在垫圈的内表面。

在楔入式锁紧垫圈延厚度方向的可扩展距离大于螺栓延螺纹可产生的纵向位移。

和现有的其他防松方式截然不同楔入式防松通过夹紧力而非摩擦力来紧固螺栓。

已经有120年历史的HEICO-LOCK楔入式防松系统产品包括楔入式锁紧垫圈、RING-LOCK楔入式垫圈和楔入式锁紧螺母，主要材质为碳钢涂达克罗和316不锈钢，254SMO、C276和718等不锈钢材质也有大量应用。

预紧

高强度螺栓连接一般是不需要额外施加防松措施的，因为高强度螺栓一般都要求施加一个比较大的预紧力，这么大的预紧力使螺母与被连接件之间产生强大的压力，这种压力会产生阻止螺母转动的摩擦扭矩，因此螺母不会松脱。

下面分享一个螺栓紧固原理详解。

视频资料，建议WiFi观看

3、动力电池包充电温度阀值设置过高，在长时间使用快充的情况下存在一定的安全风险。

锂动力电池的保护由电子电路组成，在-40℃～+85℃的环境下时刻准确的监视电芯的电压、充放回路的电流及电芯温度，即时控制电流回路的通断。针对单一电芯保护的保护板设计会相对简单，而针对锂动力电池包保护的保护板设计，按照不同的需要，其设计复杂程度各不相同。

在锂动力电池包保护板设计中需要考虑的因素较多，如电压平台问题，锂动力电池包在使用中往往被要求很大的平台电压，所以设计锂动力电池包保护板时尽量使保护板不影响电芯的放电电压，这样对控制IC、采样电阻等元件的要求就会很高，电流采样电阻应满足高精密度，低温度系数，无感等要求。锂电池保护板的电路如图1所示，在图1中，B＋、B-分别是接电芯的正、负极；P＋、P-分别是保护板输出的正、负极；T为温度电阻（NTC）端口。锂电池保护板的主要功能有过充保护、过放保护、过流保护、短路保护、温度保护。

（1）过充保护

锂动力电池包过充保护的定义：当锂动力电池包某一串电压大于（过压）最大值时，且达到保护延迟时间，IC控制Q2关断充电回路。场效应管Q1、Q2可等效为两只开关，当Q1或Q2的G极电压大于1V时，开关管导通。导通开关管的D、S间内阻很小（数十毫欧姆），相当于开关闭合；当G极电压小于0.7V时，开关管截止，截止的开关管的D、S极间的内阻很大（几兆欧姆），相当于开关断开。

在锂动力电池包充电时，当锂动力电池包通过充电器正常充电时，随着充电时间的增加，电芯两端的电压将逐渐升高，当电芯电压升高到4.4V（通常称为过充保护电压）时，控制IC将判断电芯已处于过充电状态，控制IC将使Q2截止，此时电芯的B一极与保护电路的P-端之间处于断开状态并保持，即电芯的充电回路被切断，停止充电。

当保护电路的P＋与P-端接上放电负载后，因此时虽然过充电控制开关管Q2截止，但其内部的二极管正方向与放电回路的电流方向相同，所以仍可对负载放电。当电芯两端电压低于4.3V（通常称为过充保护恢复电压）时，控制IC将Q2退出过充电保护状态，即Q2导通，即电芯的B-端与保护电路P-端又重新接上，电芯又能进行正常的充电。

（2）温度保护

锂动力电池包温度保护定义：当锂动力电池包的温度达到温度阈值时，且达到保护延迟，控制电路控制关断充放电开关管，停止充放电。温度保护比较简单，温度保护值有上限也有下限，甚至在细分还可以分为充电时的温度保护以及放电时的温度保护，需根据实际需要设计。在设计时需要注意的是，在实际的测试中发现，温度是一个比较容易抖动的值（这和选用的传感器有关，比如使用热敏电阻），所以在判断的时候保护值和恢复值一定要做出一个合理的区间，不然系统会不稳定。

保护板上的T端口为过温保护端，常见的过温保护电路是在T端与P-端接一只NTC电阻（见图1中的R3），该电阻紧贴电芯安装。当用锂动力电池包长时间处于大功率工作状态时，锂动力电池包温度会上升，则NTC阻值会逐渐下降，锂动力电池包保护板的控制IC对NTC阻值进行检测，当阻值下降到设定阈值时，控制IC立即发出关断充放电开关管指令，从而达到保护锂动力电池包的目的。