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

（中航鋰電（洛陽）有限公司，河南 洛陽 471000）

1 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。由于鋰動(dòng)力電池是電動(dòng)汽車“三電”的重要組成部分，各大電池廠商加大了相應(yīng)的市場布局和研發(fā)力度。為了提高鋰動(dòng)力電池的空間利用率，并實(shí)時(shí)反饋溫度和電壓，在鋰動(dòng)力電池的FPC（柔性電路板）采集板上主要集成了NTC（負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻）和FUSE（保險(xiǎn)絲）。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)力電池的迅速發(fā)展和規(guī)模日益增強(qiáng)，采用FPC取代采樣線束是大勢所趨。FPC獨(dú)具質(zhì)輕超薄，柔軟性強(qiáng)，空間利用率高的優(yōu)點(diǎn)，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[1]。

2 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。FPC接口是PFC采集板的窗口，實(shí)現(xiàn)與設(shè)備連接。采用激光焊將鎳片焊接到鋰動(dòng)力電池的母排上，實(shí)現(xiàn)對鋰動(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針一一對應(yīng)。每相鄰的鎳片之間實(shí)現(xiàn)對單串電池電壓的采集。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鎳片對應(yīng)FPC接口Pin針可測到單串電壓；量測GND和PWR鎳片對應(yīng)FPC接口Pin針可測到鋰動(dòng)力電池的總電壓。

3 FUSE熔斷問題

NTC、FUSE、鎳片和FPC接口是鋰動(dòng)力電池FPC采集板的主要構(gòu)件。其中，F(xiàn)USE是測試過程中最脆弱的構(gòu)件。FUSE熔斷會(huì)導(dǎo)致FPC采集板無法反饋鋰動(dòng)力電池的電壓[2]。FUSE的額定工作電流通常都在幾百毫安，而且FUSE的電阻值在0.2Ω左右。FUSE熔斷電流在5A左右，熔斷時(shí)間是毫秒甚至微秒級別。在測試過程中，如果設(shè)備故障或者人為誤操作引發(fā)短路，那么FUSE的工作電流是額定工作電流的幾十倍甚至上百倍。FUSE會(huì)瞬間熔斷，導(dǎo)致鋰動(dòng)力電池報(bào)廢。一旦FUSE熔斷，基本上無法修復(fù)或者修復(fù)成本比較高，就導(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。

4 測試線束串接電阻

為了降低或者杜絕在測試過程中由測試設(shè)備故障或者人為誤操作導(dǎo)致保險(xiǎn)絲熔斷現(xiàn)象，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別，防止因短路故障導(dǎo)致FPC板的保險(xiǎn)絲熔斷[3]。因?yàn)镹TC具有阻值與溫度呈負(fù)相關(guān)的特性，所以在測試阻值（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[4]。串入電阻測試線束見圖2。

因?yàn)闇y試線束中串入電阻會(huì)帶來一定的壓降，所以需要采取修正測試設(shè)備參數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償。這樣既可以保證鋰動(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)由于短路產(chǎn)生沖擊電流而發(fā)生熔斷。

5 測試和驗(yàn)證結(jié)果

測試線束間串接2 kΩ色環(huán)電阻限流，而在測試溫度（阻值）回路不串接電阻。經(jīng)測試，串入電阻2 kΩ產(chǎn)生了約6.7 mV的壓降。對測試設(shè)備參數(shù)進(jìn)行修正補(bǔ)償后，壓降在幾十微伏上下波動(dòng)。測試設(shè)備的測試結(jié)果通常保留至萬分位。為了保證測試結(jié)果的嚴(yán)謹(jǐn)性和科學(xué)性，使測試設(shè)備將測試結(jié)果保留至小數(shù)點(diǎn)后五位即保留至十萬分位。串入2kΩ電阻后的和設(shè)備補(bǔ)償后測試結(jié)果見圖3和圖4。

6 結(jié)論

采用在測試回路中串入電阻的方法，不影響鋰動(dòng)力電池電壓測試數(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。

經(jīng)在產(chǎn)線上測試和驗(yàn)證，串接電阻的方法具備保護(hù)FPC采集板的FUSE功能。這種方法解決了鋰動(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^。