动力电池软板的管理系统

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人气：3610发布日期：2021-03-25 09:57【大中小】

当前动力电池管理系统在设计采样回路时多采用线束和接插件连接电芯和控制器。随着电池包电芯数量的增加，采用线束和接插件的连接方式，首先布线很难做到规整划一，走线需要压缩有限的电池包空间，装配对人工依赖很大，不利于自动化、集成化生产；其次接插件很难做密封设计，且占用较大的高度空间，不利于电池包空间优化。

随着电池软板内模组数量的增加，接插件数量和线束长度也随之增加，成本压力越来越大，不利于低成本发展方向.电池管理系统中的低压采样回路目前主流的方案大多采用线束连接，一端与电芯的Busbar焊接，另一端汇入到接插件，然后通过接插件与控制器连接。线束在模组内走线和固定，不同线束之间需要做防错，线束长短不一，很难做到自动化、集成化生产，生产效率不高。

单根线束分别与Busbar焊接，焊接一致性、焊接强度和可靠性难以做到完全可控，严重的将影响采样精度，降低耐久性能。通过接插件将采样线束与控制器连接，方便插拔，但接插件很难做到密封处理，端子易受电池包内凝露等的影响产生腐蚀，导致接触电阻变大，影响采样精度。

为此，本文将取消接插件，设计一种基于FPC和PCB的软硬板集成连接方案，通过对FPC和PCB板的连接接口进行优化设计，采用焊接形式做PCB-FPC的一体化集成，有效降低了高度空间和成本。FPC本体设计FPC作为连接电芯和控制器的采样通道，在设计时需结合模组的尺寸，控制器所处的位置、尺寸进行优化。首先确定采样点位置和数量。串并连接的模组根据串联电芯的数量确定电压采样通道数。根据模组内温度场分布确定温度传感器的位置和数量,采样点位置和数量确认好后，根据采样通道的电流范围和铺铜厚度确定线宽和线距。

当铺铜厚度为1oZ，线路最大电流不超过300mA时，选用0.2mm的线宽和线距。根据采样线数量、线宽和线距确定FPC的宽度。由于采用FPC连接电芯和PCB，FPC上可以焊接元器件，本文选用贴片热敏电阻作为温度传感器。为更准确地测量电芯的温度，热敏电阻将尽可能地靠近电芯。受限于模组结构，热敏电阻无法贴在电芯表面。

本设计中热敏电阻将贴装在FPC上，且位置靠近Busbar，可相对准确地测量电芯温度。本设计中FPC与Busbar之间采用镍片进行连接。有两种不同类型的镍连接片，其中一种镍片开窗，内嵌热敏电阻，热敏电阻所在的FPC背部补强，防止电阻开裂。电芯在使用过程中会逐渐膨胀，会有一定的变形量，为防止电芯膨胀变形导致FPC出现较大应力，设计上采用悬臂结构，可抵消一部分电芯变形量。FPC-PCB接口至少需要满足以下两项要求:

1）稳定的电气连通性能。相比于传统接插件通过端子连接的形式，PCB与FPC通过预留的焊盘进行焊接连接，接口部位不能存在漏焊、虚焊、短路等失效形式，确保稳定可靠的电导通，采样信号实时、无失真地传输给控制器。

2）可靠的机械强度。该设计应用在动力电池包内，环境复杂，安全等级高，且需要满足整车使用寿命内的安全、可靠性要求，所设计的接口需要通过振动、耐久、冷热循环、温湿度循环以及盐雾腐蚀等各种工况的验证。

采用两片FPC分别与PCB进行连接，两片FPC相比单片FPC设计，拼版率更高，成本更优。FPC上采样线的数量根据所要采集的电压、温度点的数量定义。该设计中共有15根采样线，其中一片FPC有6根采样线，另一片FPC上有9根采样线。为增大连接强度，设计采用双排焊盘，第一排焊盘为半圆型，目的是与PCB边缘的半圆形焊盘进行连接，该设计的优点是可以直观地检查爬锡量和爬锡的一致性；第二排为圆形焊盘，将与PCB板的第二排过孔焊盘连接。

两排焊盘之间电气连接，极端情况下，即便有一排焊点出现开裂或接触不良，另一排仍可以保证正常的电气连接。此外，为增大连接强度，每片FPC的两端设计有起加强作用的焊盘。FPC-PCB的焊接结合点位于PCB的边缘，可以最大化地保证PCB板的利用率。相应地，PCB设计为双排过孔焊盘，采用过孔焊盘的设计，一方面可以增大爬锡面积，锡膏可以延伸到孔壁上，增大连接强度；另一方面，可以有效避免锡膏蔓延到相邻焊盘，造成短路。选型分别采用Reflow回流焊接工艺和HotBar热压工艺对所设计的连接方案进行试制和验证。主要从气孔率、拉力和剥离力3方面评价两种焊接工艺，择优选取最终焊接方案。

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