2017年前后,柔性印刷电路(FPC)刚刚开始在动力电池行业应用。由于初期生产成本较高,且汽车电子行业对可靠性要求严格,许多动力电池公司当时仍处于观望状态。随着柔性印刷电路的优异性能逐渐显现,以及大规模生产的成本迅速下降,用柔性印刷电路替代传统线束的进程明显加快。公开信息显示,特斯拉、国轩高科、中创新航、塔菲尔、欣旺达、孚能科技等公司均已开始使用柔性印刷电路。目前,柔性印刷电路解决方案已成为大多数新能源汽车的首选。

在电池管理系统中集成柔性印刷电路的解决方案

 

柔性印刷电路解决方案正朝着集成CCS(电池连接系统)的方向发展,结合塑料结构件、铜铝排等组件,形成电气连接和信号检测的结构件。采集线是电动汽车电池管理系统(BMS)的重要组成部分,用于监测动力电池电芯的电压和温度。它可以连接数据采集和传输,并具有过流保护功能。当发生异常短路时,它可以自动断开以保护电芯。

在BMS中,电池的成本和空间利用率是关键问题。随着电池容量技术发展接近极限,必须通过结构设计来提高效率。用柔性印刷电路替代传统的BMS线束可以确保性能稳定。目前,柔性印刷电路在电动汽车中的应用主要集中在电池领域,动力电池市场的FPC需求正在迅速扩大,这得益于电池技术的进步。提高电池技术、减小尺寸和降低成本是关键目标。CTP和CTC技术通过简化内部结构件并提高电池包体积利用率来提升系统能量密度。如果固态电池能在2025年实现大规模生产,电池技术将迎来快速发展。
从铜线向柔性印刷电路的转变

 

此前,新能源汽车的动力电池采集线通常采用传统的铜线束解决方案,但在处理大量电流信号时,铜线束会占用大量空间。在电池包组装过程中,传统线束依赖人工将端口固定到电池包上,自动化水平较低。相比之下,柔性印刷电路具有高集成度、超薄厚度和超柔软性等特点,在安全性、便携性、布局等方面具有突出优势

柔性印刷电路在软包电池和硬包电池中的应用有所不同,不同厂商的做法也不同,包括不同的终端形式,如压接、焊接等。柔性印刷电路的最大优势在于其灵活性。随着电池控制技术的升级,它们可以演变成多种形式,并且可以定制。

此外,柔性印刷电路厚度薄,电池包结构可定制。在组装过程中,可以通过机械臂抓取并直接放置到电池包上,自动化程度高,适合大规模生产。用柔性印刷电路替代铜线束的趋势非常明显。

动力电池模块中柔性印刷电路的优势

 

  • 安全性能

在替代弱电线的同时,柔性印刷电路使用金属板连接母线,并增加保险丝保护电流设计,以确保高速信息传输路径,确保了即使电池包内部发生短路问题,柔性印刷电路的内部设计也会直接将电路铜线熔断,避免电池包其他部分发生燃烧或爆炸。

  • 轻量化

与用于信号采集的传统线束和刚性PCB产品相比,柔性印刷电路在电池包中占用的空间更少,整体重量更轻。在整车中使用时,与线束解决方案相比,可减少约1kg的重量。

  • 工艺灵活性

与传统线束的多个插入点和复杂的手工插接工艺相比,柔性印刷电路突破了工艺选择的限制。该产品可以结合电池包的特点,选择超声波、焊接等多种工艺;在线路区域厚度(0.34mm,NTC处为2mm)和灵活性(可实现90°、180°折弯组装)方面具有优势。

  • 自动化生产

由于装配快速且精准,有利于实现自动化。在装配方面,可以避免线束设计中的许多人为错误,并减少连接器级别的错误插入。柔性电路板形状规则,设计集成度更高,可以节省大量布线和连接工作。它们适合大规模机械量产,大大减少组装时间并节省人力,同时为动力电池组装过程的自动化奠定基础。这进一步推动了动力电池市场对FPC的需求,因为柔性解决方案在现代动力电池制造中不可或缺。

在智能汽车时代,柔性电路板在电池上的广泛自动化应用是未来发展的趋势。从长远来看,随着技术升级,车辆中的许多低压线束单元可能会逐渐被取代,尤其是在对信号抗干扰要求越来越高的智能汽车中。主板和从板的电路甚至可能被芯片取代,这些芯片可以安装在柔性电路板上,以提高产品稳定性、节省空间并降低成本(尽管成本优势尚未显现)。技术迭代的过程往往涉及更根本层面的改进。

文章来源:伟裕(厦门)电子有限公司官网
链接:https://www.flexplusfpc.com/post/advancements-and-application-of-flexible-printed-circuit-in-ev-power-battery-modules
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