线束世界 | 电动和混合动力汽车电池布线模块

根据目前对环境的考虑以及对混合动力汽车舒适性的追求的趋势，混合动力汽车

我们一直在生产用于电气化车辆的高压电池组的接线模块。随着市场的快速扩张，我们一直在推动电动汽车(EV)应用的产品开发。电动汽车电池组中使用的电池数量增加以延长里程，这反过来又需要减少电池接线部件的体积。对于EVs的广泛使用，电池组的安全性是另一个重要因素。本报告介绍了我们对电动汽车电池布线模块的开发。

关键词：电池接线模块，电动汽车，混合动力汽车，高压电池

1. 导言

最近全球范围内对燃料消耗/废气、零排放车辆(ZEV)的收紧，其他控制/调节已经迅速推广电池驱动车辆，如混合动力电动汽车(HEVS)、插入式混合动力汽车(PHVs)和电动汽车(EVs)。预计2030年这些电气化车辆的年单位销售额将达到当前销售额的五倍以上。特别是，中国政府计划要求汽车制造商除遵守二氧化碳排放控制条例外，还将要求其总单位销售额的一定比例销售环保型汽车。在这种情况下，所有汽车制造商都在推动电动汽车的发展，并将其推向市场。

住友电气工业有限公司开发并大规模生产各种高压设备，包括主要用于HEV和PHV应用的线束和连接器。为了应对快速扩张的电动汽车市场，我们还应该促进电动汽车相关技术的发展。与传统的HEV和PHV中使用的设备相比，用于EV应用的设备需要承受更高的电流/输出功率。这意味着我们在开发新的EV设备时将面临的主要问题是如何减小它们的尺寸和如何提高它们的冷却性能。

本文概述了我们的新电池布线模块，一个高压组件安装在电动汽车电池组的电池主体，以及我们推广使用电动汽车的方法。

2. 电池布线模块概述

图1显示了EV中高压系统组件的典型位置的示例。储存电动汽车运行所需能量的高压电池组位于车辆底部。来自电池的直流电源通过高压线束传输到逆变器。逆变器将直流电源转换为交流电源，并将其传输到电机。电机将能量转换为车轮驱动力。

图1 高压系统部件在EV中的位置（示例）

住友电气的电动汽车应用电池布线模块的一个例子如照片1所示。该接线模块是一种接线组件，用于将高压电池的电池电极串联或并联电连接。每个接线模块由带端子的母线和线束组成，两者都封装在塑料成型中。为了将每个电极电连接到母线上，从电池单元伸出的螺栓通过母线中的一个开口，然后螺栓在母线上表面用螺母拧紧。从电池电极阵列位移后交替定位母线，使相邻电池电极串联和并联连接成为可能，从而向车辆提供高压电池电源。

照片1 电池接线模块的例子

放置在母线上的端子称为电压检测端子。每个端子通过线束连接到电池监控单元，以持续向监控单元发送电池电压信息。

由于电池总电压达到几百伏特，因此在相邻母线之间以及每个母线与外围部件之间需要足够的绝缘。封装母线的塑料成型满足上述绝缘要求，并保护电池布线模块中使用的部件。

由于由许多电池组成的高压电池导致电池电极之间的失调，因此需要布线模块来处理这种失调。如照片2所示，我们的布线模块被构造，这样塑料外壳通过母线连接。这种结构允许电池布线模块拉长或收缩，以响应电极之间的失调。

与使用塑料铰链弹簧或其他部件使套管伸长和收缩的结构相比，我们的布线模块的结构有效地增强了模块的刚性。这种结构在增加或减少均匀形状的塑料外壳数量以响应电池数量的变化方面也是灵活的。

照片2 电池接线模块外壳的连接

3. 努力开发电动汽车相关技术

与HEV和PHV应用的传统电池组相比，EV应用的电池组要求容量和输出功率高。为了满足这一要求，每个电池组中电池单元和电池模块的数量以及布线部件和连接器的尺寸都在增加。

另一方面，在电动汽车中使用的电池组必须尽可能紧凑，以提供与常规车辆相同的宽车内空间。电动汽车电池组也需要确保高水平的安全，因为他们的容量增加。

为了应对这些挑战，我们一直在开发一个电池布线模块，特别侧重于以下几点：

3-1 使用FPC进行电压检测电路

电池组配有电压检测线，将电池电压传输到监控单元。为了增加可以容纳在单个电池组中的电池数量，有必要减少定位电压检测线的空间。由于柔性印刷电路(FPC)在提高布线密度、减小厚度和能够位于狭窄的空间并沿曲线弯曲方面比电线具有优势，我们一直在促进由FPC组成的电池布线模块的开发。图3显示了由FPC组成的电池布线模块的示例。

照片3 电池布线模块包含的一个FPC

与由电线组成的电池布线模块相比，照片3所示的模块有望将布线材料的体积和重量减少50%左右。高压电路密集地封装在电池组中，容易在两个或多个电路中引起短路、误差和其他故障。

在设计FPC时，考虑到电池组的规格，我们特别注意高压安全，。因此，我们的电池布线模块确保了在耐久性和其他性能基准方面的高可靠性。

3-2 电压检测电路上安装熔断器

随着电池组容量的增加和每个电池组使用的电池数量的增加，配备保险丝的电压检测电路的数量正在增加，作为保护电路免受意外短路的一种措施。我们还开发了一个基于FPC的电池布线模块，该模块在布线中包含一个电池保险丝，以确保电池组的安全，即使发生意外短路。

安装单元保险丝功能的示例如图4所示。

照片4安装单元保险丝功能的例子

在考虑到基于FPC的电池布线模块与外围电路之间的电流匹配后，应设计或选择电路中使用的电池熔断器。我们正在设计熔断器和FPC，以优化电池和外围部件的规格。

熔断器安装部分的设计应使熔断器爆炸后不会再发生短路。为此，我们根据电池组的规格，在熔断器电路和外围电路之间提供足够的绝缘距离，或保护安装的部件不暴露在水中。

3-3 安装热敏电阻在FPC上

电池组需要测量电池温度，以控制/切断电池的输出功率，这取决于电池温度。热敏电阻用于测量电池温度。由于我们基于FPC的电池布线模块允许在FPC电路上安装热敏电阻元件，因此可以将热敏电阻电路集成到FPC中。

在FPC上安装热敏电阻的例子如图2所示。

图2 在FPC上安装热敏电阻的例子

由于电池温度必须以高精度测量，热敏电阻位于与电池外部外围接触或接近的位置。这个需要从电池中绝缘热敏电阻。对于如图2所示的热敏电阻，其外围覆盖有绝缘材料。

3-4母线和FPC之间的连接

根据电池组的规格，可以使用各种方法将FPC连接到电连接电池电极的母线上。焊料连接，这是母线/FPC连接方法的一个例子，如图5所示。

照片5 母线与FPC之间的焊锡连接

焊料连接使得在FPC表面安装过程中，母线和FPC之间可以集体连接，从而缩短了基于FPC的布线模块的制造过程。关于焊接母线/FPC接头的连接可靠性，我们对样品进行了抗振动、热冲击等长期耐久性试验，并证实了该接头在电池组环境中具有较高的连接可靠性。

4. 结论

本文报道了电动汽车应用电池布线模块的技术开发，重点介绍了以下四点：

①使用FPC进行电压检测单元

②电压检测电路上熔断器的安装

③安装热敏电阻在FPC上

④总线杆和FPC之间的连接

我们一直在开发和批量生产各种高压产品，包括高压线束和高压连接器，用于电池组。利用我们所获得的技术专长，我们将促进开发用于EV应用的高质量、安全的布线模块。