动力电池CCS安全设计（四）FPC

目前CCS的信号采集组件有线束、PCB、FPC或者FFC/FIC、FDC以及FCC等方式，本文只对FPC进行论述。

柔性印制电路板（FlexiblePrintedCircuit，FPC），是以聚酰亚胺或聚酯薄膜为基材制成的一种具有高可靠性、可挠性的印刷电路板。

一、设计基本要求：

FPC线路设计使用单层板时，线路不应出现交叉的情况：

FPC线路设计应包含电压采集回路和温度采集回路，采集回路数量根据项目要求设计。

FPC每个电压采集回路均需设置熔断丝（地线对应的回路除外），采用线路蚀刻的方式，以满足在发生电压采样回路短路时。

FPC上温感固定在分支上，通过热铆将温感支架固定住，避免温感发生错动。温感下方采用导热垫，将电芯顶盖的温度传递给FPC。

FPC在设计时需尽可能避开电芯泄压阀泄压口。

FPC的宽度由线路数量和汇流排间隔决定，每个线路的宽度是根据过流的大小而定的。在FPC的边缘位置，采用圆角设计。

FPC与镍片采用锡焊的方式可靠连接。

FPC焊接镍片的位置采用镂空或者折弯结构，以避免电芯膨胀时镍片焊接位置受力。

FPC固定一般采用热铆固定，必要采用双面胶。

FPC上的使用贴片连接器，方便焊接。

连接器和温感采用补强板增强FPC焊接部位的强度。

二、技术要求：

1、外观质量

FPC不应有压伤、线路区发黄、漏铜等缺陷；表面不允许有深度超过0.5mm的起皮、起泡和机械损伤，接插件护套和针脚完好，不应有歪斜。

2、焊接强度

镍片拉力：将镍片的FPC面固定，沿镍片长度方向拉镍片，速度为50mm/min，并记录。

镍片剥离力：将长条镍片90°弯折后，以50mm/min的速度拉离长条镍片，并记录。

连接器推力测试（FPC）：固定FPC和补强板，按连接器对配方向和相反方向，在连接器上表面的中点，使用推力计从0开始逐渐增加推力，并记录。

NTC推力测试（FPC）：固定FPC和补强板，在NTC长侧面的中点，使用推力计从0开始逐渐增加推力，并记录。

镍片拉伸强度：按GB/T1040.1-2018塑料拉伸性能的测定第1部分：总则的规定进行。

镍片硬度：按GB/T4340.1-2024金属材料维氏硬度试验第1部分：试验方法的规定进行。

镍片表面粗糙度：采用粗糙度测试仪测试。

镍片表面清洁度：采用清洁度测试仪测试。

镍片导热系数：按GB/T3651金属高温导热系数测量方法的规定进行。

测试后满足下表要求

3、电气性能

3．1 通断检测

使用通断测试机检测FPC通断情况，要求100%通断率。

FPC单个采集回路内阻≤1Ω，NTC阻值符合R-T表要求，转换后温差＜5℃，同一个FPC内任何两个NTC温度相差在2℃以内。

3．2 FPC绝缘性能

FPC的绝缘性能应满足：1000VDC，60s，绝缘电阻大于500MΩ。

3．3 FPC耐压性能

线间耐压

FPC线间耐压应满足：1000VDC，60s，无介质击穿和闪络，检测漏电流小于1mA。

线与外层PI耐压

FPC线与外层PI耐压应满足：3000VDC进行测试60s，无介质击穿和闪络，检测漏电流小于1mA。

3．4 保险丝载流性能（FPC）

测试方法：将产品置于测试台面上，通过端子和焊盘加载过载电流，具体如下：

a)1A额定电流：温升稳定后电流再持续15min，回路温度小于40℃（含位置温度），建议选择阻值最大、最小回路进行测试；

要求：1A额定电流下，不熔断，回路温度小于40℃（含位置温度）；

b)5A电流：施加电压12V，直至保险丝熔断，记录熔断时间并观察有无起火、炸裂现象。

要求：5A电流下，熔断时间不大于3s，FPC无起火，无炸裂。

3．5回路电阻（FPC）

测试方法：直接量取单个回路电阻；如在端子面无法直接量取单个回路电阻，在采用端子引出线进行测量时，需对引出线进行电阻标定，最终量取回路电阻需减去引出线电阻。

回路电阻应满足：

a) 内阻小于1Ω，实测值偏差不超过10%；

b) 具有NTC回路的，25℃下测得NTC阻值满足R-T表中24～26℃对应阻值的要求。

3. 6 电流循环性能（FPC）

在常温条件下，以额定电流1A，进行加载测试，持续30天。电流循环性能应符合以下规定：

a) 通电前后线路电阻变化率小于20%，线路无发黑碳化或氧化，保护膜无起泡；

b) 绝缘1000VDC，60s，线间绝缘电阻大于500MΩ，线路和FPC上下表面绝缘电阻大于500MΩ；

c) 线路和FPC上下表面的耐压满足：3000VDC，60s,漏电流小于1mA；

d) 线路间耐压满足：1000VDC，60s，漏电流小于1mA。

3. 7浸水测试（FPC）：

测试方法：将FPC试样的NTC区域完全浸入25℃恒温水槽中，同时确保接插件区域不没入水中（避免造成短路），放置240h，试验过程中通过接插件对FPC样件中的每个NTC持续施加5V恒定电压。试验结束后，对试样进行25℃、0℃和85℃环境下的NTC阻值测试。

注：应将FPC放置于室温中静置10min，待FPC温度与室温相同后再进行阻值测试。

试验后NTC不失效，25℃，0℃和85℃条件下测试NTC阻值所对应温度与所在环境实际温度相差应不大于2℃；绝缘耐压符合4.3.3和4.3.4的规定。

3．8温感精度测试

检测温度传感器在-20℃~50℃，在-40℃~-20℃；50℃~125℃范围内温度检测精度;

温度传感器在-20℃~50℃范围内，温度检测精度≤±1.0℃，在-40℃~-20℃；50℃~125℃范围内温度检测精度≤±2.0℃ 。

4机械性能

4.1 振动（FPC）

按QC/T413的规定进行测试。

经测试后应满足：回路电阻、绝缘耐压，具有NTC回路的，测试后25℃下测得NTC阻值满足R-T表中24～26℃对应阻值的要求。

4.2 弯曲（FPC）

在实验室环境中，夹持FPC，转动弯曲90°，弯折半径为2.5mm，每侧（面）弯曲800次，配重为0.5Kg，转动频率为60次/min。

经测试后应满足：回路电阻、绝缘耐压，具有NTC回路的，测试后25℃下测得NTC阻值满足R-T表中24～26℃对应阻值的要求。

4.3 PI膜和铜基材结合力（FPC）

按GB/T13557—2017中7.2的规定进行。

初始剥离强度不小于0.8kgf/cm，试验后应无分层、起泡。

4.4 FR4和FPC基材结合力（FPC）

按GB/T13557—2017中7.2的规定进行。

初始剥离强度不小于0.7kgf/cm，试验后应无分层、起泡。

4.5 双面胶和FPC基材结合力（FPC）

将试样放在辊压机上，设置2kg压力，以10m/min的速度辊压5个来回，在（23±5）℃、（50±5）%相对湿度的环境下存放72h后，进行180°剥离力测量。

试验步骤按GB/T2792的规定进行，剥离速度为300mm/min，剥离行程为175mm，样品宽度为10mm。

4.5.1 初始背胶剥离力应不小于0.58kgf/cm。

4.5.2 老化试验后剥离力保持率应不小于70%。

4.6 刮磨测试（FPC）

将弹簧丝压在试样上，以（7±0.05）N的接触力来回移动，其中FPC上的线路和弹簧丝都应接入导通设备。当弹簧丝刮破FPC时，测试停止。

在同一个试样上挑选不同的可实验位置重复实验（至少两个位置），记录导通前的往返次数，取最小值。

刮磨测试应满足：

a) 4层叠层FPC：周期次数不低于100次。

b) 2层叠层FPC：周期次数不低于50次。

5.可靠性测试

5.1 短时高温（FPC）

按GB/T2423.2—2008中试验Bd的规定进行，温度为175℃，持续6h。

经试验后应满足：

a) 外观良好，测量绝缘、耐压、内阻性能均符合设计标准；

b) 各采集线可正常导通，通电线路电阻变化率小于20%；

c) FPC的PI膜和铜基材结合力、FR4和FPC基材结合力、双面胶和FPC基材结合力应符合本文件的规定。

5.2 温湿度循环（FPC）

按GB/T28046.4—2011中5.6的规定进行。

经试验后应满足：

a)FPC与线束板无脱落、翘边等现象；

b)各采集线可正常导通，通电线路电阻变化率小于20%；

c)绝缘电阻（线间）：1000VDC，大于500MΩ；1000VDC，3s，无介质击穿和闪络，检测漏电流小于1mA；

d)FPC的PI膜和铜基材结合力、FR4和FPC基材结合力、双面胶和FPC基材结合力应符合本文件的规定。

5.3 温度冲击（FPC）

按GB38031—2020中8.2.8的规定进行。

经试验后应满足：

a) FPC与线束板无脱落、翘边等现象；

b) 各采集线可正常导通，通电线路电阻变化率小于20%；

c) 绝缘电阻（线间）：1000VDC，大于500MΩ；1000VDC，3s，无介质击穿和闪络，检测漏电流小于1mA；

d) FPC的PI膜和铜基材结合力、FR4和FPC基材结合力、双面胶和FPC基材结合力应符合本文件的规定。

5..4 盐雾测试（FPC）

按GB/T2423.17的规定进行。

经试验后应满足：

a) FPC外观无明显腐蚀；

b) 镍片拉力和剥离力保持率大于90%；

c) 满足绝缘电阻、耐电压的要求。

5..5 低温卷绕测试（FPC）

1）准备足够长FPC样品和实验轴，在-40℃，放置4h。

2）试验按GB/T2951.14的规定进行。

3）用D=2.1mm，下挂重物0.5kg，卷绕速度1C/s，卷绕圈数3圈，测试应在试样从低温环境中取出10min内完成。

4）低温保存过程要求试样之间及周围的气流没有实质性的阻碍，样品不相互接触

5）经试验后，FPC不应被破坏，PI膜不应出现破裂、漏铜等现象。

5..6 低温冲击测试（FPC）

按GB/T28046.4—2011的规定进行测试。

经试验后，FPC不应被破坏，PI膜不应出现破裂、漏铜等现象。

5. 7 插接件插拔次数

测试开始前，测量各回路电阻值保存，测试时使用插件对插端（带端子），对低压插件进行正常插拔，不低于20次；

正常插拔≥20次后，连接器插针无歪斜，各回路电阻值增加不超过20%，电压及温度采集正常，且固定结构不损坏。