新能源CCS替代传统线束の解决方案

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关键词：新能源， FPC, CCS, 电动汽车， 光伏太阳能，碳中和
引言：新能源汽车在主流的大众消费群体中越来越受欢迎，新能源汽车销量持续增长。2021年新能源汽车销量 333.41万辆，新能源汽车在中国乘用车市场的渗透率从2017年的2.4%快速增长至2021年的16.0%。预计2022年新能源汽车销量473.19万辆，渗透率提高至22.6%。纯电动汽车已成为中国最受欢迎的新能源汽车类型。2021年纯电动汽车销量273.4万辆，纯电动汽车在中国新能源汽车市场的渗透率已达82.0%。预计2022年纯电动汽车销量382.76万辆，纯电动汽车在中国新能源汽车市场的渗透率将达80.9%。不难看出，新能源行业是我国未来的一大趋势。


中国另一个让人倍感振奋的行业，那就是光伏新能源。2021年，中国为全球市场提供了超过70%的光伏组件；2021年，中国光伏行业四大环节产值突破7500亿元，再创历史新高；2021年，中国光伏发电新增装机量54.88GW，分布式光伏发电占比历史首次突破50%，装机规模居世界第一；中国光伏产业在关键核心技术领域持续突破，依托自主可控的专利技术与规模优势，发电成本较10年前下降约80%……党的十八大报告中提出，“加强节能降耗，支持节能低碳产业和新能源、可再生能源发展，确保国家能源安全”。在这一精神指引下，过去10年间，光伏产业通过降本提质增效，从被“卡脖子”到全球领先，为中国可再生能源跨越式发展做出重要贡献。



总体来说，中国未来新能源发展的战略可分为三个发展阶段：第一阶段到2010 年，实现部分新能源技术的商业化。第二阶段到2020 年，大批新能源技术达到商业化水平，新能源占一次能源总量的18％以上。第三阶段是全面实现新能源的商业化，大规模替代化石能源，到2050 年在能源消费总量中达到30％以上。中国新能源发展任重而道远，低碳经济、低碳生活呼唤新能源。由于我国处在工业化和城镇化的快速发展阶段，经济的快速发展将进一步增大资源消耗的强度，日益加剧的能源供求矛盾已经成为制约国家经济和社会发展的重要因素。





FPC柔性线路板


一

FPC简介



     柔性电路板（Flexible Printed Circuit 简称FPC）是以聚酰亚胺或聚酯薄膜为基材制成的一种具有高度可靠性，绝佳的可挠性印刷电路板。具有配线密度高、重量轻、厚度薄、弯折性好的特点。又称软性电路板、挠性电路板，其以质量轻、厚度薄、可自由弯曲折叠等优良特性而备受青睐…，但国内有关FPC的质量检测还主要依靠人工目测，成本高且效率低。而随着电子产业飞速发展，电路板设计越来越趋于高精度、高密度化，传统的人工检测方法已无法满足生产需求，FPC缺陷自动化检测成为产业发展必然趋势。



    柔性电路(FPC)是上世纪70年代美国为发展航天火箭技术发展而来的技术，是以聚脂薄膜或聚酰亚胺为基材制成的一种具有高度可靠性，绝佳曲挠性的印刷电路，通过在可弯曲的轻薄塑料片上，嵌入电路设计，使在窄小和有限空间中堆嵌大量精密元件，从而形成可弯曲的挠性电路。此种电路可随意弯曲、折迭重量轻，体积小，散热性好，安装方便，冲破了传统的互连技术。在柔性电路的结构中，组成的材料是是绝缘薄膜、导体和粘接剂。




二

FPC组成




1、绝缘薄膜

绝缘薄膜形成了电路的基础层，粘接剂将铜箔粘接至了绝缘层上。在多层设计中，它再与内层粘接在一起。它们也被用作防护性覆盖，以使电路与灰尘和潮湿相隔绝，并且能够降低在挠曲期间的应力，铜箔形成了导电层。

在一些柔性电路中，采用了由铝材或者不锈钢所形成的刚性构件，它们能够提供尺寸的稳定性，为元器件和导线的安置提供了物理支撑，以及应力的释放。粘接剂将刚性构件和柔性电路粘接在了一起。另外还有一种材料有时也被应用于柔性电路之中，它就是粘接层片，它是在绝缘薄膜的两侧面上涂覆有粘接剂而形成。粘接层片提供了环境防护和电子绝缘功能，并且能够消除一层薄膜，以及具有粘接层数较少的多层的能力。

绝缘薄膜材料有许多种类，但是最为常用的是聚酰亚胺和聚酯材料。在美国所有柔性电路制造商中接近80%使用聚酰亚胺薄膜材料，另外约20%采用了聚酯薄膜材料。聚酰亚胺材料具有非易燃性，几何尺寸稳定，具有较高的抗扯强度，并且具有承受焊接温度的能力，聚酯，也称为聚乙烯双苯二甲酸盐（Polyethyleneterephthalate简称：PET），其物理性能类似于聚酰亚胺，具有较低的介电常数，吸收的潮湿很小，但是不耐高温。聚酯的熔化点为250℃，玻璃转化温度（Tg）为80℃，这限制了它们在要求进行大量端部焊接的应用场合的使用。在低温应用场合，它们呈现出刚性。尽管如此，它们还是适合于使用在诸如电话和其它无需暴露在恶劣环境中使用的产品上。聚酰亚胺绝缘薄膜通常与聚酰亚胺或者丙烯酸粘接剂相结合，聚酯绝缘材料一般是与聚酯粘接剂相结合。与具有相同特性的材料相结合的优点，在干焊接好了以后，或者经多次层压循环操作以后，能够具有尺寸的稳定性。在粘接剂中其它的重要特性是较低的介电常数、较高的绝缘阻值、高的玻璃转化温度和低的吸潮率。

2、导体

铜箔适合于使用在柔性电路之中，它可以采用电淀积（Electrodeposited简称：ED），或者镀制。采用电淀积的铜箔一侧表面具有光泽，而另一侧被加工的表面暗淡无光泽。它是具有柔顺性的材料，可以被制成许多种厚度和宽度，ED铜箔的无光泽一侧，常常经特别处理后改善其粘接能力。锻制铜箔除了具有柔韧性以外，还具有硬质平滑的特点，它适合于应用在要求动态挠曲的场合之中。

3、粘接剂

粘接剂除了用于将绝缘薄膜粘接至导电材料上以外，它也可用作覆盖层，作为防护性涂覆，以及覆盖性涂覆。两者之间的主要差异在于所使用的应用方式，覆盖层粘接覆盖绝缘薄膜是为了形成叠层构造的电路。粘接剂的覆盖涂覆所采用的筛网印刷技术。不是所有的叠层结构均包含粘接剂，没有粘接剂的叠层形成了更薄的电路和更大的柔顺性。它与采用粘接剂为基础的叠层构造相比较，具有更佳的导热率。由于无粘接剂柔性电路的薄型结构特点，以及由于消除了粘接剂的热阻，从而提高了导热率，它可以使用在基于粘接剂叠层结构的柔性电路无法使用的工作环境之中。




三

FPC分类

有基材：有基材双面胶是以棉纸、PET、PVC膜、无纺布、泡棉、亚克力泡棉、薄膜~ ~等等为基材，双面均匀涂布弹性体型压敏胶或树脂型压敏胶、丙烯酸类压敏胶等，在上述基材上制成的卷状或片状的胶粘带，是由基材、胶粘剂、隔离纸（膜）部分组成。


无基材：无基材双面胶是在离型纸（膜）材料上涂有（弹性体型压敏胶或树脂型压敏胶、丙烯酸类压敏胶等）胶粘剂，制成的卷状或片状胶粘带，是由胶粘剂、隔离纸（膜）部分组成。胶粘剂：分为溶剂型胶粘带(油性双面胶)、乳液型胶粘带（水性双面胶）、热熔型胶粘带、压延型胶粘带、反应型胶粘带。一般广泛用于皮革、铭板、文具、电子、汽车边饰固定、鞋业、制纸、手工艺品粘贴定位等用途。热熔双面胶主要用在贴纸、文具、办公等方面。油性双面胶主要用在皮具、珍珠棉、海棉、鞋制品等高粘方面。绣花双面胶主要用在电脑绣花方面。
四

FPC的优缺点

柔性印刷电路板是用柔性的绝缘基材制成的印刷电路，具有PCB电路板不具备的优点：

（1）可以自由弯曲、卷绕、折叠，可依照空间布局要求任意安排，并在三维空间任意移动和伸缩，从而达到元器件装配和导线连接的一体化；

（2）利用FPC可大大缩小电子产品的体积和重量，适用电子产品向高密度、小型化、高可靠方向发展的需要。因此，FPC在航天、军事、移动通讯、手提电脑、计算机外设、PDA、数字相机等领域或产品上得到了广泛的应用；

（3）FPC还具有良好的散热性和可焊性以及易于装连、综合成本较低等优点，软硬结合的设计也在一定程度上弥补了柔性基材在元件承载能力上的略微不足。



柔性电路板（FPC）的缺点：
（1）一次性初始成本高：由于柔性PCB是为特殊应用而设计、制造的，所以开始的电路设计、布线和照相底版所需的费用较高。除非有特殊需要应用软性PCB外，通常少量应用时，最好不采用；

（2）软性PCB的更改和修补比较困难：柔性PCB一旦制成后，要更改必须从底图或编制的光绘程序开始，因此不易更改。其表面覆盖一层保护膜，修补前要去除，修补后又要复原，这是比较困难的工作；

（3）尺寸受限制：软性PCB在尚不普的情况下，通常用间歇法工艺制造，因此受到生产设备尺寸的限制，不能做得很长，很宽；

（4）操作不当易损坏：装连人员操作不当易引起软性电路的损坏，其锡焊和返工需要经过训练的人员操作。




CCS电芯集成块

一

CCS电芯集成块の简介

CCS(Cells Contact System)集成母排，线束板集成件产品由FPC、塑胶结构件、铜铝排等组成。新能源汽车动力电池一般由多个电池模组组成，单个电池模组对应1个CCS，1个CCS一般配置1-2个FPC，CCS集合塑胶结构件、铜铝排等结构件。电池模组采集集成件(CCS)，作为新能源汽车动力电池安全监控中心的核心部分，对汽车安全性能起着关键作用。目前主要分为两种:模组采样组件_FPC、模组采样组件_线束。






二

CCS电芯集成块の结构



CCS集成母排属于汽车的BMS动力系统的一部分，其FPC用于替代动力电池的采集线，此前采集线采用传统铜线线束方案，线束由铜线外部包围塑料而成，连接电池包时每一根线束到达一个电极，当动力电池包电流信号很多时，需要很多根线束配合，对空间的挤占大。Pack装配环节，传统线束依赖工人手工将端口固定在电池包上，自动化程度低。



锂离子动力电池作为一种清洁高效的新型能源，被广泛应用于诸如汽车、船舶、叉车和储能等各行各业；为满足不同工况的使用需求，通常需要将若干单体电芯组成电池模组，再由若干电池模组配合各种电气元件组成封装在一个密封箱体内形成电池包，供客户使用。现有锂电池模组中的ccs连接组件，其信息采集线束连接于导电铝巴的上表面，即信息采集线束凸出于铝巴的上表面，导致整体电池模组的高度增加。对于部分高度要求高的pack箱体，使用这种ccs连接组件的电池模组的高度超高，无法装入pack箱体内，使用受限。本实用新型的目的在于提供一种ccs连接组件和电池模组，其能够有效降低电池模组的整体高度，有利于缩小pack箱体的体积尺寸，扩大电池模组的使用范围，尤其适用于高度要求高的pack箱体。



新能源汽车动力电池一般都多个电池模组组成，单车电池模组数量根据设计差异较大，以特斯拉为例，锂电派数据显示，大部分特斯拉ModelS车型的电池包分为16个小模组。




三

CCS电芯集成块の应用

CCS集成母排属于汽车的BMS动力系统的一部分，其FPC用于替代动力电池的采集线，此前采集线采用传统铜线线束方案，线束由铜线外部包围塑料而成，连接电池包时每一根线束到达一个电极，当动力电池包电流信号很多时，需要很多根线束配合，对空间的挤占大。Pack装配环节，传统线束依赖工人手工将端口固定在电池包上，自动化程度低。



相较铜线线束，FPC由于其高度集成、超薄厚度、超柔软度等特点，在安全性、轻量化、布局规整等方面具备突出优势；CCS又将此前分开装配的塑胶结构件、铜铝排等与FPC集成到一起，大大缩减了厚度，并可定制化结构，使装配时可通过机械手臂抓取直接放置电池包上，自动化程度高，适合规模化大批量生产。













随着FPC与CCS展现出的优异性能以及规模化生产带来的快速降本，此方案替代传统线束的进程明显提速，现在已经成为绝大部分新能源汽车新车型的最主要选择。

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