目前CCS的信号采集组件有线束、PCB、FPC或者FFC/FIC、FDC以及FCC等方式,本文只对FPC进行论述。

柔性印制电路板(FlexiblePrintedCircuit,FPC),是以聚酰亚胺或聚酯薄膜为基材制成的一种具有高可靠性、可挠性的印刷电路板。
一、设计基本要求:
FPC线路设计使用单层板时,线路不应出现交叉的情况:
FPC线路设计应包含电压采集回路和温度采集回路,采集回路数量根据项目要求设计。

FPC每个电压采集回路均需设置熔断丝(地线对应的回路除外),采用线路蚀刻的方式,以满足在发生电压采样回路短路时。
FPC上温感固定在分支上,通过热铆将温感支架固定住,避免温感发生错动。温感下方采用导热垫,将电芯顶盖的温度传递给FPC。

FPC在设计时需尽可能避开电芯泄压阀泄压口。
FPC的宽度由线路数量和汇流排间隔决定,每个线路的宽度是根据过流的大小而定的。在FPC的边缘位置,采用圆角设计。
FPC与镍片采用锡焊的方式可靠连接。
FPC焊接镍片的位置采用镂空或者折弯结构,以避免电芯膨胀时镍片焊接位置受力。

FPC固定一般采用热铆固定,必要采用双面胶。
FPC上的使用贴片连接器,方便焊接。
连接器和温感采用补强板增强FPC焊接部位的强度。

二、技术要求:
1、外观质量
FPC不应有压伤、线路区发黄、漏铜等缺陷;表面不允许有深度超过0.5mm的起皮、起泡和机械损伤,接插件护套和针脚完好,不应有歪斜。
2、焊接强度
镍片拉力:将镍片的FPC面固定,沿镍片长度方向拉镍片,速度为50mm/min,并记录。
镍片剥离力:将长条镍片90°弯折后,以50mm/min的速度拉离长条镍片,并记录。
连接器推力测试(FPC):固定FPC和补强板,按连接器对配方向和相反方向,在连接器上表面的中点,使用推力计从0开始逐渐增加推力,并记录。
NTC推力测试(FPC):固定FPC和补强板,在NTC长侧面的中点,使用推力计从0开始逐渐增加推力,并记录。
镍片拉伸强度:按GB/T1040.1-2018塑料拉伸性能的测定第1部分:总则的规定进行。
镍片硬度:按GB/T4340.1-2024金属材料维氏硬度试验第1部分:试验方法的规定进行。
镍片表面粗糙度:采用粗糙度测试仪测试。
镍片表面清洁度:采用清洁度测试仪测试。
镍片导热系数:按GB/T3651金属高温导热系数测量方法的规定进行。
测试后满足下表要求

3、电气性能
3.1 通断检测
使用通断测试机检测FPC通断情况,要求100%通断率。
FPC单个采集回路内阻≤1Ω,NTC阻值符合R-T表要求,转换后温差<5℃,同一个FPC内任何两个NTC温度相差在2℃以内。
3.2 FPC绝缘性能
FPC的绝缘性能应满足:1000VDC,60s,绝缘电阻大于500MΩ。
3.3 FPC耐压性能
线间耐压
FPC线间耐压应满足:1000VDC,60s,无介质击穿和闪络,检测漏电流小于1mA。
线与外层PI耐压
FPC线与外层PI耐压应满足:3000VDC进行测试60s,无介质击穿和闪络,检测漏电流小于1mA。
3.4 保险丝载流性能(FPC)
测试方法:将产品置于测试台面上,通过端子和焊盘加载过载电流,具体如下:
a)1A额定电流:温升稳定后电流再持续15min,回路温度小于40℃(含位置温度),建议选择阻值最大、最小回路进行测试;
要求:1A额定电流下,不熔断,回路温度小于40℃(含位置温度);
b)5A电流:施加电压12V,直至保险丝熔断,记录熔断时间并观察有无起火、炸裂现象。
要求:5A电流下,熔断时间不大于3s,FPC无起火,无炸裂。
3.5回路电阻(FPC)
测试方法:直接量取单个回路电阻;如在端子面无法直接量取单个回路电阻,在采用端子引出线进行测量时,需对引出线进行电阻标定,最终量取回路电阻需减去引出线电阻。
回路电阻应满足:
a) 内阻小于1Ω,实测值偏差不超过10%;
b) 具有NTC回路的,25℃下测得NTC阻值满足R-T表中24~26℃对应阻值的要求。
3. 6 电流循环性能(FPC)
在常温条件下,以额定电流1A,进行加载测试,持续30天。电流循环性能应符合以下规定:
a) 通电前后线路电阻变化率小于20%,线路无发黑碳化或氧化,保护膜无起泡;
b) 绝缘1000VDC,60s,线间绝缘电阻大于500MΩ,线路和FPC上下表面绝缘电阻大于500MΩ;
c) 线路和FPC上下表面的耐压满足:3000VDC,60s,漏电流小于1mA;
d) 线路间耐压满足:1000VDC,60s,漏电流小于1mA。
3. 7浸水测试(FPC):
测试方法:将FPC试样的NTC区域完全浸入25℃恒温水槽中,同时确保接插件区域不没入水中(避免造成短路),放置240h,试验过程中通过接插件对FPC样件中的每个NTC持续施加5V恒定电压。试验结束后,对试样进行25℃、0℃和85℃环境下的NTC阻值测试。
注:应将FPC放置于室温中静置10min,待FPC温度与室温相同后再进行阻值测试。
试验后NTC不失效,25℃,0℃和85℃条件下测试NTC阻值所对应温度与所在环境实际温度相差应不大于2℃;绝缘耐压符合4.3.3和4.3.4的规定。
3.8温感精度测试
检测温度传感器在-20℃~50℃,在-40℃~-20℃;50℃~125℃范围内温度检测精度;
温度传感器在-20℃~50℃范围内,温度检测精度≤±1.0℃,在-40℃~-20℃;50℃~125℃范围内温度检测精度≤±2.0℃ 。
4机械性能
4.1 振动(FPC)
按QC/T413的规定进行测试。
经测试后应满足:回路电阻、绝缘耐压,具有NTC回路的,测试后25℃下测得NTC阻值满足R-T表中24~26℃对应阻值的要求。
4.2 弯曲(FPC)
在实验室环境中,夹持FPC,转动弯曲90°,弯折半径为2.5mm,每侧(面)弯曲800次,配重为0.5Kg,转动频率为60次/min。
经测试后应满足:回路电阻、绝缘耐压,具有NTC回路的,测试后25℃下测得NTC阻值满足R-T表中24~26℃对应阻值的要求。
4.3 PI膜和铜基材结合力(FPC)
按GB/T13557—2017中7.2的规定进行。
初始剥离强度不小于0.8kgf/cm,试验后应无分层、起泡。
4.4 FR4和FPC基材结合力(FPC)
按GB/T13557—2017中7.2的规定进行。
初始剥离强度不小于0.7kgf/cm,试验后应无分层、起泡。
4.5 双面胶和FPC基材结合力(FPC)
将试样放在辊压机上,设置2kg压力,以10m/min的速度辊压5个来回,在(23±5)℃、(50±5)%相对湿度的环境下存放72h后,进行180°剥离力测量。
试验步骤按GB/T2792的规定进行,剥离速度为300mm/min,剥离行程为175mm,样品宽度为10mm。
4.5.1 初始背胶剥离力应不小于0.58kgf/cm。
4.5.2 老化试验后剥离力保持率应不小于70%。
4.6 刮磨测试(FPC)
将弹簧丝压在试样上,以(7±0.05)N的接触力来回移动,其中FPC上的线路和弹簧丝都应接入导通设备。当弹簧丝刮破FPC时,测试停止。
在同一个试样上挑选不同的可实验位置重复实验(至少两个位置),记录导通前的往返次数,取最小值。
刮磨测试应满足:
a) 4层叠层FPC:周期次数不低于100次。
b) 2层叠层FPC:周期次数不低于50次。
5.可靠性测试
5.1 短时高温(FPC)
按GB/T2423.2—2008中试验Bd的规定进行,温度为175℃,持续6h。
经试验后应满足:
a) 外观良好,测量绝缘、耐压、内阻性能均符合设计标准;
b) 各采集线可正常导通,通电线路电阻变化率小于20%;
c) FPC的PI膜和铜基材结合力、FR4和FPC基材结合力、双面胶和FPC基材结合力应符合本文件的规定。
5.2 温湿度循环(FPC)
按GB/T28046.4—2011中5.6的规定进行。
经试验后应满足:
a)FPC与线束板无脱落、翘边等现象;
b)各采集线可正常导通,通电线路电阻变化率小于20%;
c)绝缘电阻(线间):1000VDC,大于500MΩ;1000VDC,3s,无介质击穿和闪络,检测漏电流小于1mA;
d)FPC的PI膜和铜基材结合力、FR4和FPC基材结合力、双面胶和FPC基材结合力应符合本文件的规定。
5.3 温度冲击(FPC)
按GB38031—2020中8.2.8的规定进行。
经试验后应满足:
a) FPC与线束板无脱落、翘边等现象;
b) 各采集线可正常导通,通电线路电阻变化率小于20%;
c) 绝缘电阻(线间):1000VDC,大于500MΩ;1000VDC,3s,无介质击穿和闪络,检测漏电流小于1mA;
d) FPC的PI膜和铜基材结合力、FR4和FPC基材结合力、双面胶和FPC基材结合力应符合本文件的规定。
5..4 盐雾测试(FPC)
按GB/T2423.17的规定进行。
经试验后应满足:
a) FPC外观无明显腐蚀;
b) 镍片拉力和剥离力保持率大于90%;
c) 满足绝缘电阻、耐电压的要求。
5..5 低温卷绕测试(FPC)
1)准备足够长FPC样品和实验轴,在-40℃,放置4h。
2)试验按GB/T2951.14的规定进行。
3)用D=2.1mm,下挂重物0.5kg,卷绕速度1C/s,卷绕圈数3圈,测试应在试样从低温环境中取出10min内完成。
4)低温保存过程要求试样之间及周围的气流没有实质性的阻碍,样品不相互接触
5)经试验后,FPC不应被破坏,PI膜不应出现破裂、漏铜等现象。
5..6 低温冲击测试(FPC)
按GB/T28046.4—2011的规定进行测试。
经试验后,FPC不应被破坏,PI膜不应出现破裂、漏铜等现象。
5. 7 插接件插拔次数
测试开始前,测量各回路电阻值保存,测试时使用插件对插端(带端子),对低压插件进行正常插拔,不低于20次;
正常插拔≥20次后,连接器插针无歪斜,各回路电阻值增加不超过20%,电压及温度采集正常,且固定结构不损坏。


[…] 动力电池CCS安全设计(四)FPC […]