今天在网上看到一个模组设计专利方案，上面介绍了一种利用柔性线路板的好方式——柔性线路板采集单体电压，后续还有实用新型介绍了改进方法。本文就介绍一下这个方案，并整理了部分概念放在最后。之前已经看到有一些信息说，一些厂家已经将柔性电路板在模组这个方向上的应用，而这个专利显示的申请日期是2015年5月25日，状态为 “实审中”。看来这个技术还是挺被看好的。下面介绍一下。

　　专利介绍

　　动力电池模组，作为新能源汽车的动力来源，其安全可靠性至关重要。动力低啊吃模组在工作中，需要布置低压线束，实时监控电池电压和温度，及时反馈电芯状况给控制器，确保系统能够安全可靠的工作。

　　一般电池模组的抵押信号是由低压线束与电信连接条相连，实现电压检测的（如下图所示）。由于电池模组内部空间限制，必须将线束汇集到同一个走线槽里一起走线到模组外部接口处。而线束自身的绝缘和耐温性能有限，只是针对正常工作状态保留一定余量。当模组发生故障，热失控导致高温电解液喷射甚至起火时，线束的绝缘层无法避免的遭到破坏，导线之间发生短路的事情就接连发生，这也是电池故障热失控传播的一个重要方式。一只电池的故障引发整个模组热失控。

　　该专利针对这个场景，用柔性电路板（FPC）替代电压采样线束，利用柔性线路板较高的耐受温度（基材一般为聚酰亚胺，一般耐受温度可以达到260摄氏度），和发生短路的可能性非常小的客观结构设计（印制线路被封闭在基材内平行分布，遇到事故熔断的可能性大于短路），提高了动力电池模组的可靠性。FPC，铜箔作为导线线路被印制在两层绝缘基材之间，形状可以根据需要设计成想要的样子，感性认识一下，它大体如下图所示的样子，当然不是这样的形状。

　　在电池模组中，利用“柔性电路板(Flexible Printed Circuit，简称FPC)+键合工艺”对各单体电池的电压进行采样的方案与传统线束采样方案相比较具有成本低、空间利用率高、利于自动化生产等优势。其中，“FPC+键合”方案对各单体电池的电压进行采样，通过铝丝或铝带将FPC和电连接片（将一组电芯并联在一起的导电件）通过键合工艺连接，从而对各单体电池的电压进行采样，其中铝丝或铝带的两端分别与FPC上的焊盘和电连接片进行键合。

　　该专利的典型模组如下图所示：

电池模组的分解结构示意图

其中，100整个模组；2连接系统；3单体电池。

电池模组中电池连接系统的分解结构示意图

其中，5电池管理单元；6连接条；7两个输出电极；8线束拌。

铜箔层结构示意图

其中5216指柔性电路板第一个连接头与序号6的连接排连接。

　　实用新型，去掉了易断的铝带连接，用延长了的FPC焊盘替代

　　当前该技术普遍存在的问题主要是：FPC与电连接片在电池模组工作时(如振动)时会产生相对位移。该相对位移的产生源自于固定FPC的隔离板与各单体电池没有完全固定，在电池模组工作时，即使有键合铝丝或铝带的连接，由于铝丝或铝带易变形，FPC电连接片之间依然会产生相对位移，长期处于此状态，导致铝丝或铝带断裂，从而导致采样失效。

　　解决上述问题的通常手段是：在隔离板上增加固定机构，以保证隔离板与各单体电池之间的紧贴固定，从而使电连接片与FPC之间的相对位移大幅度减小。但是这种方法中，虽然隔离板与各单体电池之间紧贴固定，但是由于公差的原因，在工作过程中，二者依然会产生微小的位移，长时间的工作依然会有铝丝或铝带断裂的风险。

　　鉴于此问题，另外设计一种电池模组，去掉中间铝带部分，让柔性线路板自身做成对应电池数量的类似触角的铜箔焊片的延伸，让柔性电路板直接与电池并联用的电连接条键合到一起，这样，中间的柔性触角部分就能吸收掉本就数值不大的相对位移，避免采样电路环节中断线的发生，整体提高了系统可靠性。此外，本实用新型的电池模组的结构简单，安装方便，便于自动化生产，简图图下图所示。

实用新型的电池模组的爆炸图

上图中圆圈位置的放大图

　　其中，1 单体电池 ，32 第二连接部，11 极柱， 4 FPC，2 隔离板， 41 主体部，21 限位槽， 42 延伸部，3 电连接片， 43 焊盘，31 第一连接部， 5 导电连接件。

图3是柔性电路板的立体图。

　　什么是柔性线路板？

　　柔性电路板（Flexible Printed Circuit 简称FPC）是以聚酰亚胺 或聚酯薄膜 为基材制成的一种挠性印刷电路板。常见的单层柔性电路板厚度0.1mm左右，双层0.2mm。多层工艺复杂造价很高，厚度不定。可以进行细小的造型，灵活弯折。

　　柔性电路板的“柔性”，主要来自于它的基材聚酰亚胺。聚酰亚胺，薄膜 呈黄色透明，相对密度 1.39～1.45，有突出的耐高温、耐辐射、耐化学腐蚀和电绝缘性能，可在250～280℃空气中长期使用。强度高，20℃时拉伸强度 为200MPa，200℃时大于100MPa。（不知道200Mpa有多强，可以感受一下常见235钢材屈服强度是235Mpa。也不太恰当，屈服强度做拉伸强度的参照物，略微感受一下得了）特别适宜用作柔性印制电路板 基材和各种耐高温电机电器绝缘材料 。

　　什么是键合工艺？

　　看完了前面的专利形式介绍，不知道你是否发现一个不明觉厉的词——“键合”。什么是键合工艺？

　　键合技术定义：在室温下两个片材受范德瓦耳斯力作用相互吸引，表面基团发生化学作用而以化合键的形式结合在一起的技术。

　　键合技术分类如下：

　　其它技术不必赘述，跟我们的模组结构中应用FPC相关的是金属键合技术。我们需要把金属导线或者导电连接片与FPC上印制的铜箔层键合到一起。

　　金属键合技术

　　金属键合是指通过纯金属或合金，依靠金属键将两个金属件面对面地键合在一起，金属键合属于通过中间层键合。

　　铝带键合技术，是非常成熟的技术，已经多年用于汽车电子等高可靠性领域。铝带键合属于引线键合的一种，

　　超声键合，是不加热（通常为室温）情况下对铝丝进行超声振动，破坏其表面氧化层，并与劈刀处施加的叫嚣的压力共同作用，使铝丝和键合区铝层发生塑性变形，靠原子间的固相结合实现连接。这个技术主要用于铝材，键合成本低温度低，适于广泛应用。热超声键合，是热压和超声键合两者的有机结合，所加的压力及温度等都可以相对较低，主要用于材料金。铝带键合是在常温下通过超声和压力使铝带和待键合铝焊盘之间的金属牢固结合的键合技术。

　　柔性电路板在其他电子电气产品中，已经是非常成熟的技术。在电池模组中的应用，也是非常合适的场景。用柔性线路板替代部分低压线束，甚至取代某些小电流的高压载流件，都是值得考虑的应用。