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一篇入门储能FPC和储能CCS

特普生科技 储能热管理研究院 2023-03-15 13 1772
“据我所了解,你们储能热管理研究院,是国内第一家专栏打造储能CCS产品技术应用的团队!听说从栏目需求洞察、选题梳理、内容采集到团队搭建,整整筹备了3个多月了。储能人感谢你,储能CCS行业感谢你!

FPC柔性线路板


柔性电路板(Flexible Printed Circuit 简称FPC)又称软性电路板、挠性电路板,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。特点是配线密度高、重量轻、厚度薄、弯折性好,也正因为其以厚度薄、质量轻、可自由弯曲折叠的特性而备受青睐…

但国内有关FPC的质量检测目前主要还是依靠人工目测,不仅成本高,还效率低。现阶段的电子产业发展,电路板设计越来越趋于高密度高精,传统的人工检测已无法满足现阶段的生产需求,FPC的缺陷自动化检测也成为了产业发展的必然趋势。

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FPC是可弯曲的挠性电路,可以随意弯曲、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,组成材料是绝缘薄膜、导体和粘接剂。

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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。另外粘接层片也是其材料,它是在绝缘薄膜的两侧面上涂覆有粘接剂而形成,提供了环境防护和电子绝缘功能,并能消除一层薄膜,具有粘接层数较少的多层能力。

绝缘薄膜材料种类多,最常用的是聚酰亚胺和聚酯材料。在美国,柔性电路制造商80%使用聚酰亚胺薄膜材料,20%用聚酯薄膜材料。

聚酰亚胺材料具有非易燃性,几何尺寸稳定、较高的抗扯强度,并具有承受焊接温度的能力。酯,也称为聚乙烯双苯二甲酸盐(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。其熔化点为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。但它们依旧适合用在无需暴露在恶劣环境中使用的产品上(如电话)。

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。

导体

铜箔适合于使用在柔性电路之中,它可以采用电淀积(简称:ED),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。

粘结剂

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。

FPC分类

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。

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。

有基材:以棉纸、PET、泡棉、亚克力泡棉、PVC膜、无纺布、薄膜等为基材,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。

FPC的优缺点

优点:

(1)可自由弯曲、卷绕、折叠,依布局要求任意安排、移动和伸缩,达到元器件装配和导线连接一体化;
(2)大大缩小电子产品的体积和重量,适用电子产品向密度、小型化、高可靠的方向发展。在航天、军事、移动通讯、手提电脑、计算机外设等领域得到广泛应用;

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


缺点:
(1)一次性初始成本高
柔性PCB是为特殊应用而设计、制造,所以开始的电路设计、布线和照相底版所需的费用较高。
(2)更改、修补困难
一旦制成,要更改必须从底图或编制的光绘程序开始。修补前要去除表面覆盖一层保护膜,修补后再复原,工作
(3)尺寸受限
通常用间歇法工艺制造,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
锡焊和返工需要经过训练的人员操作,一旦操作不当易引起软性电路的损坏。




CCS电芯集成块

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。主要分为模组采样组件FPC、模组采样组件线束两种。

新能源汽车动力电池一般由多个电池模组组成,CCS作为新能源汽车动力电池安全监控中心的核心部分,对安全性起着关键作用。

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CCS电芯集成块的结构



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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。

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CCS电芯集成块的应用

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。

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,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。

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FPC与CCS的优异性能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,现已成为新能源汽车新车型的最主要选择。

线束采样电芯连接组件
特普生线束采集方案

FPC采样电芯连接组件
特普生FPC采集方案

FFCF采样电芯连接组件
特普生FFC采集方案

特普生,成立于2011年,是国家高新技术、专精特新企业。主要研制NTC芯片热敏电阻温度传感器储能线束储能CCS集成采集母排储能模组铝巴等温度采集产品系列。以服务为立足之本、以技术实现客户价值的特普生,竞争力优势明显:自主研制NTC芯片及热敏电阻,实现国内最小封装尺寸及最高温控精度;专利百项,保留不公开技术2项;为客户提供温度控制产品的一站式服务。

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