一種解決測試鋰動力電池FPC采集板FUSE熔斷的方法

張春光 牛勁草

摘要：由于測試設備故障或者人為誤操作引起的回路短路，遠超出鋰動力電池FPC采集板上的FUSE額定工況而熔斷;FUSE熔斷基本無法修復或者修復成本較高，導致鋰動力電池報廢。為解決測試過程中FUSE熔斷，采用在測試線束中串接電阻進行限流的方法。因串接電阻測試回路即使發生短路，產生的電流仍在FUSE額定工況范圍內起到了保護作用;串接電阻產生的壓降通過修正設備參數進行補償。通過在產線上測試和驗證，串接電阻可實現保護FPC采集板的FUSE，采取對測試設備進行補償，不影響測試結果。

關鍵詞：FPC采集板;短路;FUSE;測試線束;電阻

一、鋰動力電池FPC的組成和特性

在“碳中和”背景下，電動汽車發展如火如荼，鋰動力電池作為電動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力度;為提高了鋰動力電池空間利用率，并實時反饋溫度和電壓，鋰動力電池FPC采集板主要集成了NTC和FUSE[1]。

鋰動力電池FPC采集板主要是由NTC、FUSE、鎳片和FPC接口組成的電路板。隨著鋰動力電池發展迅速和規模日益增強，采用FPC取代采樣線束是大勢所趨，FPC獨具質輕超薄、柔軟性強、空間利用率高;既便于集成化、自動化生產，又可實現布局規整、結構合理。

二、鋰動力電池FPC的電氣圖和工作原理

鎳片和FPC接口是鋰動力電池FPC采集板兩個重要接口，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，實現與設備連接。鎳片采用激光焊焊接到鋰動力電池的母排上，實現對鋰動力電池溫度和電壓的實時監控;每個鎳片通過導線、FUSE及FPC接口Pin針一一對應，每相鄰的鎳片之間實現對單串電池電壓的采集。下圖1為采集8串鋰動力電池的FPC采集板的電氣圖。開啟測試設備，將測試設備插頭插接到FPC接口，可以測到鋰動力電池的每一串電壓;例如用萬用表或者其他設備量測V1和V2鎳片對應FPC接口Pin針可測到單串電壓，量測GND和PWR鎳片對應FPC接口Pin針可測到鋰動力電池的總電壓。

三、FUSE熔斷問題

NTC、FUSE、鎳片和FPC接口做為鋰動力電池FPC采集板主要構件，其中FUSE是在測試過程中最脆弱的構件，FUSE熔斷導致FPC采集板無法反饋鋰動力電池的電壓[2]。

FUSE通常額定工作電流都在幾百毫安，FUSE的電阻值在0.2Ω左右，FUSE熔斷電流在5A左右，熔斷時間是毫秒甚至微秒級別。在測試過程中，若設備故障或者人為誤操作引發的短路，FUSE的工作電流是額定工作電流的幾十倍甚至上百倍，FUSE會瞬間熔斷導致鋰動力電池報廢，一旦熔斷基本無法修復或者修復成本較高，導致動力電池模組報廢，給生產企業帶來額外的經濟損失。

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備故障或者人為誤操作導致保險絲熔斷現象的發生，在測試線束的每一條測試電壓的線路上串入電阻，在測試回路中起動限流作用，將短路電流降到了毫安級別，防止因短路故障導致FPC板的保險絲熔斷;因NTC具有阻值與溫度呈負相關的特性，在測試阻值（溫度）的每一條線路上不串聯任何電阻的測試線束，否則會影響阻值（溫度）測試的準確性。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，采取修正測試設備參數進行補償，避免串入電阻引起的壓降，既可以保證測試鋰動力電池電壓數據的準確性，又可以通過在測試線束中串入電阻進行限流，保障了FPC采集板FUSE不會因短路產生沖擊電流而熔斷。

五、測試和驗證結果

測試線束間串接2KΩ色環電阻限流，測試溫度（阻值）回路不串接電阻。經測試，串入電阻2KΩ產生了約6.7mV的壓降，對測試設備參數進行修正補償，壓降在幾十μV波動，而測試設備的測試結果通常保留至小數點后四位即保留至萬分位。為保證測試結果嚴謹性和科學性，測試設備采用測試結果保留至小數點后五位即保留至十萬分位。串入2KΩ電阻的測試結果和測試設備補償后測試結果見下圖3和圖4。

六、結論

采用在測試回路中串入電阻的方法，不影響測試鋰動力電池電壓數據的準確性。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，保障了FPC采集板FUSE不會因短路產生沖擊電流而熔斷。

在產線上進行測試和驗證，串接電阻的方法具備保護FPC采集板的FUSE功能。解決了鋰動力電池在測試過程中因設備故障或者人為誤操作引起的短路導致FUSE熔斷問題，大大減少了鋰動力電池的維修或者報廢，給生產企業節省了人力、物力和財力等成本，提升產品了合格率，帶來的直接經濟效益及潛在社會效益非常可觀[3]。

參考文獻

[1]李軍亮、楊濤、陸揚. 集成式FPC-PCB在動力電池管理系統中的應用.上海：泛亞汽車技術中心有限公司驅動系統部.《汽車電器》，2019，1003-8639（2019）-0014-06：13-18

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

[3]尹蓮芳、謝樂瓊、劉建紅等. 磷酸鐵鋰電池應用展望 哈爾濱：光宇電源股份有限公司 《電池工業》，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：鋰電池應用。