新能源CCS替代傳統(tǒng)線束的解決方案

關(guān)鍵詞：新能源， FPC, CCS, 電動汽車，光伏太陽能，碳中和

引言：新能源汽車在主流的大眾消費(fèi)群體中越來越受歡迎，新能源汽車銷量持續(xù)增長。2021年新能源汽車銷量 333.41萬輛，新能源汽車在中國乘用車市場的滲透率從2017年的2.4%快速增長至2021年的16.0%。預(yù)計(jì)2022年新能源汽車銷量473.19萬輛，滲透率提高至22.6%。純電動汽車已成為中國最受歡迎的新能源汽車類型。2021年純電動汽車銷量273.4萬輛，純電動汽車在中國新能源汽車市場的滲透率已達(dá)82.0%。預(yù)計(jì)2022年純電動汽車銷量382.76萬輛，純電動汽車在中國新能源汽車市場的滲透率將達(dá)80.9%。不難看出，新能源行業(yè)是我國未來的一大趨勢。

中國另一個(gè)讓人倍感振奮的行業(yè)，那就是光伏新能源。2021年，中國為全球市場提供了超過70%的光伏組件；2021年，中國光伏行業(yè)四大環(huán)節(jié)產(chǎn)值突破7500億元，再創(chuàng)歷史新高；2021年，中國光伏發(fā)電新增裝機(jī)量54.88GW，分布式光伏發(fā)電占比歷史首次突破50%，裝機(jī)規(guī)模居世界第一；中國光伏產(chǎn)業(yè)在關(guān)鍵核心技術(shù)領(lǐng)域持續(xù)突破，依托自主可控的專利技術(shù)與規(guī)模優(yōu)勢，發(fā)電成本較10年前下降約80%……黨的十八大報(bào)告中提出，“加強(qiáng)節(jié)能降耗，支持節(jié)能低碳產(chǎn)業(yè)和新能源、可再生能源發(fā)展，確保國家能源安全”。在這一精神指引下，過去10年間，光伏產(chǎn)業(yè)通過降本提質(zhì)增效，從被“卡脖子”到全球領(lǐng)先，為中國可再生能源跨越式發(fā)展做出重要貢獻(xiàn)。

總體來說，中國未來新能源發(fā)展的戰(zhàn)略可分為三個(gè)發(fā)展階段：第一階段到2010 年，實(shí)現(xiàn)部分新能源技術(shù)的商業(yè)化。第二階段到2020 年，大批新能源技術(shù)達(dá)到商業(yè)化水平，新能源占一次能源總量的18％以上。第三階段是全面實(shí)現(xiàn)新能源的商業(yè)化，大規(guī)模替代化石能源，到2050 年在能源消費(fèi)總量中達(dá)到30％以上。中國新能源發(fā)展任重而道遠(yuǎn)，低碳經(jīng)濟(jì)、低碳生活呼喚新能源。由于我國處在工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展階段，經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展將進(jìn)一步增大資源消耗的強(qiáng)度，日益加劇的能源供求矛盾已經(jīng)成為制約國家經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的重要因素。

FPC柔性線路板

一

FPC簡介

柔性電路板（Flexible Printed Circuit 簡稱FPC）是以聚酰亞胺或聚酯薄膜為基材制成的一種具有高度可靠性，絕佳的可撓性印刷電路板。具有配線密度高、重量輕、厚度薄、彎折性好的特點(diǎn)。又稱軟性電路板、撓性電路板，其以質(zhì)量輕、厚度薄、可自由彎曲折疊等優(yōu)良特性而備受青睞…，但國內(nèi)有關(guān)FPC的質(zhì)量檢測還主要依靠人工目測，成本高且效率低。而隨著電子產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展，電路板設(shè)計(jì)越來越趨于高精度、高密度化，傳統(tǒng)的人工檢測方法已無法滿足生產(chǎn)需求，F(xiàn)PC缺陷自動化檢測成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展必然趨勢。

柔性電路(FPC)是上世紀(jì)70年代美國為發(fā)展航天火箭技術(shù)發(fā)展而來的技術(shù)，是以聚脂薄膜或聚酰亞胺為基材制成的一種具有高度可靠性，絕佳曲撓性的印刷電路，通過在可彎曲的輕薄塑料片上，嵌入電路設(shè)計(jì)，使在窄小和有限空間中堆嵌大量精密元件，從而形成可彎曲的撓性電路。此種電路可隨意彎曲、折迭重量輕，體積小，散熱性好，安裝方便，沖破了傳統(tǒng)的互連技術(shù)。在柔性電路的結(jié)構(gòu)中，組成的材料是是絕緣薄膜、導(dǎo)體和粘接劑。

二

FPC組成

1、絕緣薄膜

絕緣薄膜形成了電路的基礎(chǔ)層，粘接劑將銅箔粘接至了絕緣層上。在多層設(shè)計(jì)中，它再與內(nèi)層粘接在一起。它們也被用作防護(hù)性覆蓋，以使電路與灰塵和潮濕相隔絕，并且能夠降低在撓曲期間的應(yīng)力，銅箔形成了導(dǎo)電層。

在一些柔性電路中，采用了由鋁材或者不銹鋼所形成的剛性構(gòu)件，它們能夠提供尺寸的穩(wěn)定性，為元器件和導(dǎo)線的安置提供了物理支撐，以及應(yīng)力的釋放。粘接劑將剛性構(gòu)件和柔性電路粘接在了一起。另外還有一種材料有時(shí)也被應(yīng)用于柔性電路之中，它就是粘接層片，它是在絕緣薄膜的兩側(cè)面上涂覆有粘接劑而形成。粘接層片提供了環(huán)境防護(hù)和電子絕緣功能，并且能夠消除一層薄膜，以及具有粘接層數(shù)較少的多層的能力。

絕緣薄膜材料有許多種類，但是最為常用的是聚酰亞胺和聚酯材料。在美國所有柔性電路制造商中接近80%使用聚酰亞胺薄膜材料，另外約20%采用了聚酯薄膜材料。聚酰亞胺材料具有非易燃性，幾何尺寸穩(wěn)定，具有較高的抗扯強(qiáng)度，并且具有承受焊接溫度的能力，聚酯，也稱為聚乙烯雙苯二甲酸鹽（Polyethyleneterephthalate簡稱：PET），其物理性能類似于聚酰亞胺，具有較低的介電常數(shù)，吸收的潮濕很小，但是不耐高溫。聚酯的熔化點(diǎn)為250℃，玻璃轉(zhuǎn)化溫度（Tg）為80℃，這限制了它們在要求進(jìn)行大量端部焊接的應(yīng)用場合的使用。在低溫應(yīng)用場合，它們呈現(xiàn)出剛性。盡管如此，它們還是適合于使用在諸如電話和其它無需暴露在惡劣環(huán)境中使用的產(chǎn)品上。聚酰亞胺絕緣薄膜通常與聚酰亞胺或者丙烯酸粘接劑相結(jié)合，聚酯絕緣材料一般是與聚酯粘接劑相結(jié)合。與具有相同特性的材料相結(jié)合的優(yōu)點(diǎn)，在干焊接好了以后，或者經(jīng)多次層壓循環(huán)操作以后，能夠具有尺寸的穩(wěn)定性。在粘接劑中其它的重要特性是較低的介電常數(shù)、較高的絕緣阻值、高的玻璃轉(zhuǎn)化溫度和低的吸潮率。

2、導(dǎo)體

銅箔適合于使用在柔性電路之中，它可以采用電淀積（Electrodeposited簡稱：ED），或者鍍制。采用電淀積的銅箔一側(cè)表面具有光澤，而另一側(cè)被加工的表面暗淡無光澤。它是具有柔順性的材料，可以被制成許多種厚度和寬度，ED銅箔的無光澤一側(cè)，常常經(jīng)特別處理后改善其粘接能力。鍛制銅箔除了具有柔韌性以外，還具有硬質(zhì)平滑的特點(diǎn)，它適合于應(yīng)用在要求動態(tài)撓曲的場合之中。

3、粘接劑

粘接劑除了用于將絕緣薄膜粘接至導(dǎo)電材料上以外，它也可用作覆蓋層，作為防護(hù)性涂覆，以及覆蓋性涂覆。兩者之間的主要差異在于所使用的應(yīng)用方式，覆蓋層粘接覆蓋絕緣薄膜是為了形成疊層構(gòu)造的電路。粘接劑的覆蓋涂覆所采用的篩網(wǎng)印刷技術(shù)。不是所有的疊層結(jié)構(gòu)均包含粘接劑，沒有粘接劑的疊層形成了更薄的電路和更大的柔順性。它與采用粘接劑為基礎(chǔ)的疊層構(gòu)造相比較，具有更佳的導(dǎo)熱率。由于無粘接劑柔性電路的薄型結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，以及由于消除了粘接劑的熱阻，從而提高了導(dǎo)熱率，它可以使用在基于粘接劑疊層結(jié)構(gòu)的柔性電路無法使用的工作環(huán)境之中。

三

FPC分類

有基材：有基材雙面膠是以棉紙、PET、PVC膜、無紡布、泡棉、亞克力泡棉、薄膜~ ~等等為基材，雙面均勻涂布彈性體型壓敏膠或樹脂型壓敏膠、丙烯酸類壓敏膠等，在上述基材上制成的卷狀或片狀的膠粘帶，是由基材、膠粘劑、隔離紙（膜）部分組成。

無基材：無基材雙面膠是在離型紙（膜）材料上涂有（彈性體型壓敏膠或樹脂型壓敏膠、丙烯酸類壓敏膠等）膠粘劑，制成的卷狀或片狀膠粘帶，是由膠粘劑、隔離紙（膜）部分組成。

膠粘劑：分為溶劑型膠粘帶(油性雙面膠)、乳液型膠粘帶（水性雙面膠）、熱熔型膠粘帶、壓延型膠粘帶、反應(yīng)型膠粘帶。一般廣泛用于皮革、銘板、文具、電子、汽車邊飾固定、鞋業(yè)、制紙、手工藝品粘貼定位等用途。熱熔雙面膠主要用在貼紙、文具、辦公等方面。油性雙面膠主要用在皮具、珍珠棉、海棉、鞋制品等高粘方面。繡花雙面膠主要用在電腦繡花方面。

四

FPC的優(yōu)缺點(diǎn)

柔性印刷電路板是用柔性的絕緣基材制成的印刷電路，具有PCB電路板不具備的優(yōu)點(diǎn)：

（1）可以自由彎曲、卷繞、折疊，可依照空間布局要求任意安排，并在三維空間任意移動和伸縮，從而達(dá)到元器件裝配和導(dǎo)線連接的一體化；

（2）利用FPC可大大縮小電子產(chǎn)品的體積和重量，適用電子產(chǎn)品向高密度、小型化、高可靠方向發(fā)展的需要。因此，F(xiàn)PC在航天、軍事、移動通訊、手提電腦、計(jì)算機(jī)外設(shè)、PDA、數(shù)字相機(jī)等領(lǐng)域或產(chǎn)品上得到了廣泛的應(yīng)用；

（3）FPC還具有良好的散熱性和可焊性以及易于裝連、綜合成本較低等優(yōu)點(diǎn)，軟硬結(jié)合的設(shè)計(jì)也在一定程度上彌補(bǔ)了柔性基材在元件承載能力上的略微不足。

柔性電路板（FPC）的缺點(diǎn)：

（1）一次性初始成本高：由于柔性PCB是為特殊應(yīng)用而設(shè)計(jì)、制造的，所以開始的電路設(shè)計(jì)、布線和照相底版所需的費(fèi)用較高。除非有特殊需要應(yīng)用軟性PCB外，通常少量應(yīng)用時(shí)，最好不采用；

（2）軟性PCB的更改和修補(bǔ)比較困難：柔性PCB一旦制成后，要更改必須從底圖或編制的光繪程序開始，因此不易更改。其表面覆蓋一層保護(hù)膜，修補(bǔ)前要去除，修補(bǔ)后又要復(fù)原，這是比較困難的工作；

（3）尺寸受限制：軟性PCB在尚不普的情況下，通常用間歇法工藝制造，因此受到生產(chǎn)設(shè)備尺寸的限制，不能做得很長，很寬；

（4）操作不當(dāng)易損壞：裝連人員操作不當(dāng)易引起軟性電路的損壞，其錫焊和返工需要經(jīng)過訓(xùn)練的人員操作。

CCS電芯集成塊

一

CCS電芯集成塊の簡介

CCS(Cells Contact System)集成母排，線束板集成件產(chǎn)品由FPC、塑膠結(jié)構(gòu)件、銅鋁排等組成。新能源汽車動力電池一般由多個(gè)電池模組組成，單個(gè)電池模組對應(yīng)1個(gè)CCS，1個(gè)CCS一般配置1-2個(gè)FPC，CCS集合塑膠結(jié)構(gòu)件、銅鋁排等結(jié)構(gòu)件。電池模組采集集成件(CCS)，作為新能源汽車動力電池安全監(jiān)控中心的核心部分，對汽車安全性能起著關(guān)鍵作用。目前主要分為兩種:模組采樣組件_FPC、模組采樣組件_線束。

二

CCS電芯集成塊の結(jié)構(gòu)

CCS集成母排屬于汽車的BMS動力系統(tǒng)的一部分，其FPC用于替代動力電池的采集線，此前采集線采用傳統(tǒng)銅線線束方案，線束由銅線外部包圍塑料而成，連接電池包時(shí)每一根線束到達(dá)一個(gè)電極，當(dāng)動力電池包電流信號很多時(shí)，需要很多根線束配合，對空間的擠占大。Pack裝配環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)線束依賴工人手工將端口固定在電池包上，自動化程度低。

鋰離子動力電池作為一種清潔高效的新型能源，被廣泛應(yīng)用于諸如汽車、船舶、叉車和儲能等各行各業(yè)；為滿足不同工況的使用需求，通常需要將若干單體電芯組成電池模組，再由若干電池模組配合各種電氣元件組成封裝在一個(gè)密封箱體內(nèi)形成電池包，供客戶使用。現(xiàn)有鋰電池模組中的ccs連接組件，其信息采集線束連接于導(dǎo)電鋁巴的上表面，即信息采集線束凸出于鋁巴的上表面，導(dǎo)致整體電池模組的高度增加。對于部分高度要求高的pack箱體，使用這種ccs連接組件的電池模組的高度超高，無法裝入pack箱體內(nèi)，使用受限。本實(shí)用新型的目的在于提供一種ccs連接組件和電池模組，其能夠有效降低電池模組的整體高度，有利于縮小pack箱體的體積尺寸，擴(kuò)大電池模組的使用范圍，尤其適用于高度要求高的pack箱體。

新能源汽車動力電池一般都多個(gè)電池模組組成，單車電池模組數(shù)量根據(jù)設(shè)計(jì)差異較大，以特斯拉為例，鋰電派數(shù)據(jù)顯示，大部分特斯拉ModelS車型的電池包分為16個(gè)小模組。

三

CCS電芯集成塊の應(yīng)用

CCS集成母排屬于汽車的BMS動力系統(tǒng)的一部分，其FPC用于替代動力電池的采集線，此前采集線采用傳統(tǒng)銅線線束方案，線束由銅線外部包圍塑料而成，連接電池包時(shí)每一根線束到達(dá)一個(gè)電極，當(dāng)動力電池包電流信號很多時(shí)，需要很多根線束配合，對空間的擠占大。Pack裝配環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)線束依賴工人手工將端口固定在電池包上，自動化程度低。

相較銅線線束，F(xiàn)PC由于其高度集成、超薄厚度、超柔軟度等特點(diǎn)，在安全性、輕量化、布局規(guī)整等方面具備突出優(yōu)勢；CCS又將此前分開裝配的塑膠結(jié)構(gòu)件、銅鋁排等與FPC集成到一起，大大縮減了厚度，并可定制化結(jié)構(gòu)，使裝配時(shí)可通過機(jī)械手臂抓取直接放置電池包上，自動化程度高，適合規(guī)?；笈可a(chǎn)。