動力電池軟板的管理系統(tǒng)

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人氣：5402發(fā)布日期：2021-03-25 09:57【大中小】

當前動力電池管理系統(tǒng)在設計采樣回路時多采用線束和接插件連接電芯和控制器。隨著電池包電芯數(shù)量的增加，采用線束和接插件的連接方式，首先布線很難做到規(guī)整劃一，走線需要壓縮有限的電池包空間，裝配對人工依賴很大，不利于自動化、集成化生產(chǎn)；其次接插件很難做密封設計，且占用較大的高度空間，不利于電池包空間優(yōu)化。

隨著電池軟板內(nèi)模組數(shù)量的增加，接插件數(shù)量和線束長度也隨之增加，成本壓力越來越大，不利于低成本發(fā)展方向.電池管理系統(tǒng)中的低壓采樣回路目前主流的方案大多采用線束連接，一端與電芯的Busbar焊接，另一端匯入到接插件，然后通過接插件與控制器連接。線束在模組內(nèi)走線和固定，不同線束之間需要做防錯，線束長短不一，很難做到自動化、集成化生產(chǎn)，生產(chǎn)效率不高。

單根線束分別與Busbar焊接，焊接一致性、焊接強度和可靠性難以做到完全可控，嚴重的將影響采樣精度，降低耐久性能。通過接插件將采樣線束與控制器連接，方便插拔，但接插件很難做到密封處理，端子易受電池包內(nèi)凝露等的影響產(chǎn)生腐蝕，導致接觸電阻變大，影響采樣精度。

為此，本文將取消接插件，設計一種基于FPC和PCB的軟硬板集成連接方案，通過對FPC和PCB板的連接接口進行優(yōu)化設計，采用焊接形式做PCB-FPC的一體化集成，有效降低了高度空間和成本。FPC本體設計FPC作為連接電芯和控制器的采樣通道，在設計時需結(jié)合模組的尺寸，控制器所處的位置、尺寸進行優(yōu)化。首先確定采樣點位置和數(shù)量。串并連接的模組根據(jù)串聯(lián)電芯的數(shù)量確定電壓采樣通道數(shù)。根據(jù)模組內(nèi)溫度場分布確定溫度傳感器的位置和數(shù)量,采樣點位置和數(shù)量確認好后，根據(jù)采樣通道的電流范圍和鋪銅厚度確定線寬和線距。

當鋪銅厚度為1oZ，線路最大電流不超過300mA時，選用0.2mm的線寬和線距。根據(jù)采樣線數(shù)量、線寬和線距確定FPC的寬度。由于采用FPC連接電芯和PCB，F(xiàn)PC上可以焊接元器件，本文選用貼片熱敏電阻作為溫度傳感器。為更準確地測量電芯的溫度，熱敏電阻將盡可能地靠近電芯。受限于模組結(jié)構，熱敏電阻無法貼在電芯表面。

本設計中熱敏電阻將貼裝在FPC上，且位置靠近Busbar，可相對準確地測量電芯溫度。本設計中FPC與Busbar之間采用鎳片進行連接。有兩種不同類型的鎳連接片，其中一種鎳片開窗，內(nèi)嵌熱敏電阻，熱敏電阻所在的FPC背部補強，防止電阻開裂。電芯在使用過程中會逐漸膨脹，會有一定的變形量，為防止電芯膨脹變形導致FPC出現(xiàn)較大應力，設計上采用懸臂結(jié)構，可抵消一部分電芯變形量。FPC-PCB接口至少需要滿足以下兩項要求:

1）穩(wěn)定的電氣連通性能。相比于傳統(tǒng)接插件通過端子連接的形式，PCB與FPC通過預留的焊盤進行焊接連接，接口部位不能存在漏焊、虛焊、短路等失效形式，確保穩(wěn)定可靠的電導通，采樣信號實時、無失真地傳輸給控制器。

2）可靠的機械強度。該設計應用在動力電池包內(nèi)，環(huán)境復雜，安全等級高，且需要滿足整車使用壽命內(nèi)的安全、可靠性要求，所設計的接口需要通過振動、耐久、冷熱循環(huán)、溫濕度循環(huán)以及鹽霧腐蝕等各種工況的驗證。

采用兩片F(xiàn)PC分別與PCB進行連接，兩片F(xiàn)PC相比單片F(xiàn)PC設計，拼版率更高，成本更優(yōu)。FPC上采樣線的數(shù)量根據(jù)所要采集的電壓、溫度點的數(shù)量定義。該設計中共有15根采樣線，其中一片F(xiàn)PC有6根采樣線，另一片F(xiàn)PC上有9根采樣線。為增大連接強度，設計采用雙排焊盤，第一排焊盤為半圓型，目的是與PCB邊緣的半圓形焊盤進行連接，該設計的優(yōu)點是可以直觀地檢查爬錫量和爬錫的一致性；第二排為圓形焊盤，將與PCB板的第二排過孔焊盤連接。

兩排焊盤之間電氣連接，極端情況下，即便有一排焊點出現(xiàn)開裂或接觸不良，另一排仍可以保證正常的電氣連接。此外，為增大連接強度，每片F(xiàn)PC的兩端設計有起加強作用的焊盤。FPC-PCB的焊接結(jié)合點位于PCB的邊緣，可以最大化地保證PCB板的利用率。相應地，PCB設計為雙排過孔焊盤，采用過孔焊盤的設計，一方面可以增大爬錫面積，錫膏可以延伸到孔壁上，增大連接強度；另一方面，可以有效避免錫膏蔓延到相鄰焊盤，造成短路。選型分別采用Reflow回流焊接工藝和HotBar熱壓工藝對所設計的連接方案進行試制和驗證。主要從氣孔率、拉力和剝離力3方面評價兩種焊接工藝，擇優(yōu)選取最終焊接方案。

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