一種解決測試鋰動(dòng)力電池FPC采集板FUSE熔斷的方法

張春光 牛勁草

摘要：由于測試設(shè)備故障或者人為誤操作引起的回路短路，遠(yuǎn)超出鋰動(dòng)力電池FPC采集板上的FUSE額定工況而熔斷;FUSE熔斷基本無法修復(fù)或者修復(fù)成本較高，導(dǎo)致鋰動(dòng)力電池報(bào)廢。為解決測試過程中FUSE熔斷，采用在測試線束中串接電阻進(jìn)行限流的方法。因串接電阻測試回路即使發(fā)生短路，產(chǎn)生的電流仍在FUSE額定工況范圍內(nèi)起到了保護(hù)作用;串接電阻產(chǎn)生的壓降通過修正設(shè)備參數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償。通過在產(chǎn)線上測試和驗(yàn)證，串接電阻可實(shí)現(xiàn)保護(hù)FPC采集板的FUSE，采取對(duì)測試設(shè)備進(jìn)行補(bǔ)償，不影響測試結(jié)果。

關(guān)鍵詞：FPC采集板;短路;FUSE;測試線束;電阻

一、鋰動(dòng)力電池FPC的組成和特性

在“碳中和”背景下，電動(dòng)汽車發(fā)展如火如荼，鋰動(dòng)力電池作為電動(dòng)汽車三電的重要部分，各大電池廠商加大了市場布局和研發(fā)力度;為提高了鋰動(dòng)力電池空間利用率，并實(shí)時(shí)反饋溫度和電壓，鋰動(dòng)力電池FPC采集板主要集成了NTC和FUSE[1]。

鋰動(dòng)力電池FPC采集板主要是由NTC、FUSE、鎳片和FPC接口組成的電路板。隨著鋰動(dòng)力電池發(fā)展迅速和規(guī)模日益增強(qiáng)，采用FPC取代采樣線束是大勢所趨，F(xiàn)PC獨(dú)具質(zhì)輕超薄、柔軟性強(qiáng)、空間利用率高;既便于集成化、自動(dòng)化生產(chǎn)，又可實(shí)現(xiàn)布局規(guī)整、結(jié)構(gòu)合理。

二、鋰動(dòng)力電池FPC的電氣圖和工作原理

鎳片和FPC接口是鋰動(dòng)力電池FPC采集板兩個(gè)重要接口，鎳片是電池母排與PFC采集板的橋梁，F(xiàn)PC接口是PFC采集板的窗口，實(shí)現(xiàn)與設(shè)備連接。鎳片采用激光焊焊接到鋰動(dòng)力電池的母排上，實(shí)現(xiàn)對(duì)鋰動(dòng)力電池溫度和電壓的實(shí)時(shí)監(jiān)控;每個(gè)鎳片通過導(dǎo)線、FUSE及FPC接口Pin針一一對(duì)應(yīng)，每相鄰的鎳片之間實(shí)現(xiàn)對(duì)單串電池電壓的采集。下圖1為采集8串鋰動(dòng)力電池的FPC采集板的電氣圖。開啟測試設(shè)備，將測試設(shè)備插頭插接到FPC接口，可以測到鋰動(dòng)力電池的每一串電壓;例如用萬用表或者其他設(shè)備量測V1和V2鎳片對(duì)應(yīng)FPC接口Pin針可測到單串電壓，量測GND和PWR鎳片對(duì)應(yīng)FPC接口Pin針可測到鋰動(dòng)力電池的總電壓。

三、FUSE熔斷問題

NTC、FUSE、鎳片和FPC接口做為鋰動(dòng)力電池FPC采集板主要構(gòu)件，其中FUSE是在測試過程中最脆弱的構(gòu)件，F(xiàn)USE熔斷導(dǎo)致FPC采集板無法反饋鋰動(dòng)力電池的電壓[2]。

FUSE通常額定工作電流都在幾百毫安，F(xiàn)USE的電阻值在0.2Ω左右，F(xiàn)USE熔斷電流在5A左右，熔斷時(shí)間是毫秒甚至微秒級(jí)別。在測試過程中，若設(shè)備故障或者人為誤操作引發(fā)的短路，F(xiàn)USE的工作電流是額定工作電流的幾十倍甚至上百倍，F(xiàn)USE會(huì)瞬間熔斷導(dǎo)致鋰動(dòng)力電池報(bào)廢，一旦熔斷基本無法修復(fù)或者修復(fù)成本較高，導(dǎo)致動(dòng)力電池模組報(bào)廢，給生產(chǎn)企業(yè)帶來額外的經(jīng)濟(jì)損失。

四、測試線束串接電阻

為了降低或者杜絕在測試過程中因測試設(shè)備故障或者人為誤操作導(dǎo)致保險(xiǎn)絲熔斷現(xiàn)象的發(fā)生，在測試線束的每一條測試電壓的線路上串入電阻，在測試回路中起動(dòng)限流作用，將短路電流降到了毫安級(jí)別，防止因短路故障導(dǎo)致FPC板的保險(xiǎn)絲熔斷;因NTC具有阻值與溫度呈負(fù)相關(guān)的特性，在測試阻值（溫度）的每一條線路上不串聯(lián)任何電阻的測試線束，否則會(huì)影響阻值（溫度）測試的準(zhǔn)確性。串入電阻測試線束見下圖2。

測試線束中串入電阻帶來一定的壓降，采取修正測試設(shè)備參數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償，避免串入電阻引起的壓降，既可以保證測試鋰動(dòng)力電池電壓數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，又可以通過在測試線束中串入電阻進(jìn)行限流，保障了FPC采集板FUSE不會(huì)因短路產(chǎn)生沖擊電流而熔斷。

五、測試和驗(yàn)證結(jié)果

測試線束間串接2KΩ色環(huán)電阻限流，測試溫度（阻值）回路不串接電阻。經(jīng)測試，串入電阻2KΩ產(chǎn)生了約6.7mV的壓降，對(duì)測試設(shè)備參數(shù)進(jìn)行修正補(bǔ)償，壓降在幾十μV波動(dòng)，而測試設(shè)備的測試結(jié)果通常保留至小數(shù)點(diǎn)后四位即保留至萬分位。為保證測試結(jié)果嚴(yán)謹(jǐn)性和科學(xué)性，測試設(shè)備采用測試結(jié)果保留至小數(shù)點(diǎn)后五位即保留至十萬分位。串入2KΩ電阻的測試結(jié)果和測試設(shè)備補(bǔ)償后測試結(jié)果見下圖3和圖4。

六、結(jié)論

采用在測試回路中串入電阻的方法，不影響測試鋰動(dòng)力電池電壓數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。由于電阻限流，即使短路回路電流仍在FUSE額定工作電流范圍內(nèi)，保障了FPC采集板FUSE不會(huì)因短路產(chǎn)生沖擊電流而熔斷。

在產(chǎn)線上進(jìn)行測試和驗(yàn)證，串接電阻的方法具備保護(hù)FPC采集板的FUSE功能。解決了鋰動(dòng)力電池在測試過程中因設(shè)備故障或者人為誤操作引起的短路導(dǎo)致FUSE熔斷問題，大大減少了鋰動(dòng)力電池的維修或者報(bào)廢，給生產(chǎn)企業(yè)節(jié)省了人力、物力和財(cái)力等成本，提升產(chǎn)品了合格率，帶來的直接經(jīng)濟(jì)效益及潛在社會(huì)效益非?？捎^[3]。

參考文獻(xiàn)

[1]李軍亮、楊濤、陸揚(yáng). 集成式FPC-PCB在動(dòng)力電池管理系統(tǒng)中的應(yīng)用.上海：泛亞汽車技術(shù)中心有限公司驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)部.《汽車電器》，2019，1003-8639（2019）-0014-06：13-18

[2]陳亮、楊權(quán)鳳、望淮北等. 新能源汽車動(dòng)力電池用FPC熔斷線設(shè)計(jì)研究.廣東：景旺電子科技（龍川）有限公司 《2018秋季國際PCB技術(shù)/信息論壇》，2018，A-059：483-487

[3]尹蓮芳、謝樂瓊、劉建紅等. 磷酸鐵鋰電池應(yīng)用展望 哈爾濱：光宇電源股份有限公司 《電池工業(yè)》，2021，1008-7923（2021）01-0050-04

作者簡介：張春光，1983年6月出生，男，漢族，河南開封人，碩士研究生，研究方向：鋰電池應(yīng)用。