根據(jù)目前對(duì)環(huán)境的考慮以及對(duì)混合動(dòng)力汽車舒適性的追求的趨勢(shì)，混合動(dòng)力汽車
我們一直在生產(chǎn)用于電氣化車輛的高壓電池組的接線模塊。隨著市場(chǎng)的快速擴(kuò)張，我們一直在推動(dòng)電動(dòng)汽車(EV)應(yīng)用的產(chǎn)品開發(fā)。電動(dòng)汽車電池組中使用的電池?cái)?shù)量增加以延長里程，這反過來又需要減少電池接線部件的體積。對(duì)于EVs的廣泛使用，電池組的安全性是另一個(gè)重要因素。本報(bào)告介紹了我們對(duì)電動(dòng)汽車電池布線模塊的開發(fā)。
關(guān)鍵詞：電池接線模塊，電動(dòng)汽車，混合動(dòng)力汽車，高壓電池
1. 導(dǎo)言
最近全球范圍內(nèi)對(duì)燃料消耗/廢氣、零排放車輛(ZEV)的收緊，其他控制/調(diào)節(jié)已經(jīng)迅速推廣電池驅(qū)動(dòng)車輛，如混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(HEVS)、插入式混合動(dòng)力汽車(PHVs)和電動(dòng)汽車(EVs)。預(yù)計(jì)2030年這些電氣化車輛的年單位銷售額將達(dá)到當(dāng)前銷售額的五倍以上。特別是，中國政府計(jì)劃要求汽車制造商除遵守二氧化碳排放控制條例外，還將要求其總單位銷售額的一定比例銷售環(huán)保型汽車。在這種情況下，所有汽車制造商都在推動(dòng)電動(dòng)汽車的發(fā)展，并將其推向市場(chǎng)。
住友電氣工業(yè)有限公司開發(fā)并大規(guī)模生產(chǎn)各種高壓設(shè)備，包括主要用于HEV和PHV應(yīng)用的線束和連接器。為了應(yīng)對(duì)快速擴(kuò)張的電動(dòng)汽車市場(chǎng)，我們還應(yīng)該促進(jìn)電動(dòng)汽車相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。與傳統(tǒng)的HEV和PHV中使用的設(shè)備相比，用于EV應(yīng)用的設(shè)備需要承受更高的電流/輸出功率。這意味著我們?cè)陂_發(fā)新的EV設(shè)備時(shí)將面臨的主要問題是如何減小它們的尺寸和如何提高它們的冷卻性能。
本文概述了我們的新電池布線模塊，一個(gè)高壓組件安裝在電動(dòng)汽車電池組的電池主體，以及我們推廣使用電動(dòng)汽車的方法。
2. 電池布線模塊概述圖1顯示了EV中高壓系統(tǒng)組件的典型位置的示例。儲(chǔ)存電動(dòng)汽車運(yùn)行所需能量的高壓電池組位于車輛底部。來自電池的直流電源通過高壓線束傳輸?shù)侥孀兤?。逆變器將直流電源轉(zhuǎn)換為交流電源，并將其傳輸?shù)诫姍C(jī)。電機(jī)將能量轉(zhuǎn)換為車輪驅(qū)動(dòng)力。
圖1 高壓系統(tǒng)部件在EV中的位置（示例）
住友電氣的電動(dòng)汽車應(yīng)用電池布線模塊的一個(gè)例子如照片1所示。該接線模塊是一種接線組件，用于將高壓電池的電池電極串聯(lián)或并聯(lián)電連接。每個(gè)接線模塊由帶端子的母線和線束組成，兩者都封裝在塑料成型中。為了將每個(gè)電極電連接到母線上，從電池單元伸出的螺栓通過母線中的一個(gè)開口，然后螺栓在母線上表面用螺母擰緊。從電池電極陣列位移后交替定位母線，使相鄰電池電極串聯(lián)和并聯(lián)連接成為可能，從而向車輛提供高壓電池電源。
照片1 電池接線模塊的例子
放置在母線上的端子稱為電壓檢測(cè)端子。每個(gè)端子通過線束連接到電池監(jiān)控單元，以持續(xù)向監(jiān)控單元發(fā)送電池電壓信息。
由于電池總電壓達(dá)到幾百伏特，因此在相鄰母線之間以及每個(gè)母線與外圍部件之間需要足夠的絕緣。封裝母線的塑料成型滿足上述絕緣要求，并保護(hù)電池布線模塊中使用的部件。
由于由許多電池組成的高壓電池導(dǎo)致電池電極之間的失調(diào)，因此需要布線模塊來處理這種失調(diào)。如照片2所示，我們的布線模塊被構(gòu)造，這樣塑料外殼通過母線連接。這種結(jié)構(gòu)允許電池布線模塊拉長或收縮，以響應(yīng)電極之間的失調(diào)。
與使用塑料鉸鏈彈簧或其他部件使套管伸長和收縮的結(jié)構(gòu)相比，我們的布線模塊的結(jié)構(gòu)有效地增強(qiáng)了模塊的剛性。這種結(jié)構(gòu)在增加或減少均勻形狀的塑料外殼數(shù)量以響應(yīng)電池?cái)?shù)量的變化方面也是靈活的。
照片2 電池接線模塊外殼的連接
3. 努力開發(fā)電動(dòng)汽車相關(guān)技術(shù)
與HEV和PHV應(yīng)用的傳統(tǒng)電池組相比，EV應(yīng)用的電池組要求容量和輸出功率高。為了滿足這一要求，每個(gè)電池組中電池單元和電池模塊的數(shù)量以及布線部件和連接器的尺寸都在增加。
另一方面，在電動(dòng)汽車中使用的電池組必須盡可能緊湊，以提供與常規(guī)車輛相同的寬車內(nèi)空間。電動(dòng)汽車電池組也需要確保高水平的安全，因?yàn)樗麄兊娜萘吭黾印?/span>
為了應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，我們一直在開發(fā)一個(gè)電池布線模塊，特別側(cè)重于以下幾點(diǎn)：
3-1 使用FPC進(jìn)行電壓檢測(cè)電路
電池組配有電壓檢測(cè)線，將電池電壓傳輸?shù)奖O(jiān)控單元。為了增加可以容納在單個(gè)電池組中的電池?cái)?shù)量，有必要減少定位電壓檢測(cè)線的空間。由于柔性印刷電路(FPC)在提高布線密度、減小厚度和能夠位于狹窄的空間并沿曲線彎曲方面比電線具有優(yōu)勢(shì)，我們一直在促進(jìn)由FPC組成的電池布線模塊的開發(fā)。圖3顯示了由FPC組成的電池布線模塊的示例。
照片3 電池布線模塊包含的一個(gè)FPC
與由電線組成的電池布線模塊相比，照片3所示的模塊有望將布線材料的體積和重量減少50%左右。高壓電路密集地封裝在電池組中，容易在兩個(gè)或多個(gè)電路中引起短路、誤差和其他故障。
在設(shè)計(jì)FPC時(shí)，考慮到電池組的規(guī)格，我們特別注意高壓安全，。因此，我們的電池布線模塊確保了在耐久性和其他性能基準(zhǔn)方面的高可靠性。
3-2 電壓檢測(cè)電路上安裝熔斷器
隨著電池組容量的增加和每個(gè)電池組使用的電池?cái)?shù)量的增加，配備保險(xiǎn)絲的電壓檢測(cè)電路的數(shù)量正在增加，作為保護(hù)電路免受意外短路的一種措施。我們還開發(fā)了一個(gè)基于FPC的電池布線模塊，該模塊在布線中包含一個(gè)電池保險(xiǎn)絲，以確保電池組的安全，即使發(fā)生意外短路。
安裝單元保險(xiǎn)絲功能的示例如圖4所示。
照片4安裝單元保險(xiǎn)絲功能的例子
在考慮到基于FPC的電池布線模塊與外圍電路之間的電流匹配后，應(yīng)設(shè)計(jì)或選擇電路中使用的電池熔斷器。我們正在設(shè)計(jì)熔斷器和FPC，以優(yōu)化電池和外圍部件的規(guī)格。
熔斷器安裝部分的設(shè)計(jì)應(yīng)使熔斷器爆炸后不會(huì)再發(fā)生短路。為此，我們根據(jù)電池組的規(guī)格，在熔斷器電路和外圍電路之間提供足夠的絕緣距離，或保護(hù)安裝的部件不暴露在水中。
3-3 安裝熱敏電阻在FPC上
電池組需要測(cè)量電池溫度，以控制/切斷電池的輸出功率，這取決于電池溫度。熱敏電阻用于測(cè)量電池溫度。由于我們基于FPC的電池布線模塊允許在FPC電路上安裝熱敏電阻元件，因此可以將熱敏電阻電路集成到FPC中。
在FPC上安裝熱敏電阻的例子如圖2所示。
圖2 在FPC上安裝熱敏電阻的例子
由于電池溫度必須以高精度測(cè)量，熱敏電阻位于與電池外部外圍接觸或接近的位置。這個(gè)需要從電池中絕緣熱敏電阻。對(duì)于如圖2所示的熱敏電阻，其外圍覆蓋有絕緣材料。
3-4母線和FPC之間的連接
根據(jù)電池組的規(guī)格，可以使用各種方法將FPC連接到電連接電池電極的母線上。焊料連接，這是母線/FPC連接方法的一個(gè)例子，如圖5所示。
照片5 母線與FPC之間的焊錫連接
焊料連接使得在FPC表面安裝過程中，母線和FPC之間可以集體連接，從而縮短了基于FPC的布線模塊的制造過程。關(guān)于焊接母線/FPC接頭的連接可靠性，我們對(duì)樣品進(jìn)行了抗振動(dòng)、熱沖擊等長期耐久性試驗(yàn)，并證實(shí)了該接頭在電池組環(huán)境中具有較高的連接可靠性。
4. 結(jié)論
本文報(bào)道了電動(dòng)汽車應(yīng)用電池布線模塊的技術(shù)開發(fā)，重點(diǎn)介紹了以下四點(diǎn)：
①使用FPC進(jìn)行電壓檢測(cè)單元
②電壓檢測(cè)電路上熔斷器的安裝
③安裝熱敏電阻在FPC上
④總線桿和FPC之間的連接
我們一直在開發(fā)和批量生產(chǎn)各種高壓產(chǎn)品，包括高壓線束和高壓連接器，用于電池組。利用我們所獲得的技術(shù)專長，我們將促進(jìn)開發(fā)用于EV應(yīng)用的高質(zhì)量、安全的布線模塊。
