根據目前對環境的考慮以及對混合動力汽車舒適性的追求的趨勢，混合動力汽車
我們一直在生產用于電氣化車輛的高壓電池組的接線模塊。隨著市場的快速擴張，我們一直在推動電動汽車(EV)應用的產品開發。電動汽車電池組中使用的電池數量增加以延長里程，這反過來又需要減少電池接線部件的體積。對于EVs的廣泛使用，電池組的安全性是另一個重要因素。本報告介紹了我們對電動汽車電池布線模塊的開發。
關鍵詞：電池接線模塊，電動汽車，混合動力汽車，高壓電池
1. 導言
最近全球范圍內對燃料消耗/廢氣、零排放車輛(ZEV)的收緊，其他控制/調節已經迅速推廣電池驅動車輛，如混合動力電動汽車(HEVS)、插入式混合動力汽車(PHVs)和電動汽車(EVs)。預計2030年這些電氣化車輛的年單位銷售額將達到當前銷售額的五倍以上。特別是，中國政府計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保型汽車。在這種情況下，所有汽車制造商都在推動電動汽車的發展，并將其推向市場。
住友電氣工業有限公司開發并大規模生產各種高壓設備，包括主要用于HEV和PHV應用的線束和連接器。為了應對快速擴張的電動汽車市場，我們還應該促進電動汽車相關技術的發展。與傳統的HEV和PHV中使用的設備相比，用于EV應用的設備需要承受更高的電流/輸出功率。這意味著我們在開發新的EV設備時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，一個高壓組件安裝在電動汽車電池組的電池主體，以及我們推廣使用電動汽車的方法。
2. 電池布線模塊概述圖1顯示了EV中高壓系統組件的典型位置的示例。儲存電動汽車運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到逆變器。逆變器將直流電源轉換為交流電源，并將其傳輸到電機。電機將能量轉換為車輪驅動力。
圖1 高壓系統部件在EV中的位置（示例）
住友電氣的電動汽車應用電池布線模塊的一個例子如照片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或并聯電連接。每個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和并聯連接成為可能，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端子。每個端子通過線束連接到電池監控單元，以持續向監控單元發送電池電壓信息。
由于電池總電壓達到幾百伏特，因此在相鄰母線之間以及每個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致電池電極之間的失調，因此需要布線模塊來處理這種失調。如照片2所示，我們的布線模塊被構造，這樣塑料外殼通過母線連接。這種結構允許電池布線模塊拉長或收縮，以響應電極之間的失調。
與使用塑料鉸鏈彈簧或其他部件使套管伸長和收縮的結構相比，我們的布線模塊的結構有效地增強了模塊的剛性。這種結構在增加或減少均勻形狀的塑料外殼數量以響應電池數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. 努力開發電動汽車相關技術
與HEV和PHV應用的傳統電池組相比，EV應用的電池組要求容量和輸出功率高。為了滿足這一要求，每個電池組中電池單元和電池模塊的數量以及布線部件和連接器的尺寸都在增加。
另一方面，在電動汽車中使用的電池組必須盡可能緊湊，以提供與常規車輛相同的寬車內空間。電動汽車電池組也需要確保高水平的安全，因為他們的容量增加。
為了應對這些挑戰，我們一直在開發一個電池布線模塊，特別側重于以下幾點：
3-1 使用FPC進行電壓檢測電路
電池組配有電壓檢測線，將電池電壓傳輸到監控單元。為了增加可以容納在單個電池組中的電池數量，有必要減少定位電壓檢測線的空間。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勢，我們一直在促進由FPC組成的電池布線模塊的開發。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，容易在兩個或多個電路中引起短路、誤差和其他故障。
在設計FPC時，考慮到電池組的規格，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方面的高可靠性。
3-2 電壓檢測電路上安裝熔斷器
隨著電池組容量的增加和每個電池組使用的電池數量的增加，配備保險絲的電壓檢測電路的數量正在增加，作為保護電路免受意外短路的一種措施。我們還開發了一個基于FPC的電池布線模塊，該模塊在布線中包含一個電池保險絲，以確保電池組的安全，即使發生意外短路。
安裝單元保險絲功能的示例如圖4所示。
照片4安裝單元保險絲功能的例子
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，應設計或選擇電路中使用的電池熔斷器。我們正在設計熔斷器和FPC，以優化電池和外圍部件的規格。
熔斷器安裝部分的設計應使熔斷器爆炸后不會再發生短路。為此，我們根據電池組的規格，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量，熱敏電阻位于與電池外部外圍接觸或接近的位置。這個需要從電池中絕緣熱敏電阻。對于如圖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
根據電池組的規格，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。關于焊接母線/FPC接頭的連接可靠性，我們對樣品進行了抗振動、熱沖擊等長期耐久性試驗，并證實了該接頭在電池組環境中具有較高的連接可靠性。
4. 結論
本文報道了電動汽車應用電池布線模塊的技術開發，重點介紹了以下四點：
①使用FPC進行電壓檢測單元
②電壓檢測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
我們一直在開發和批量生產各種高壓產品，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專長，我們將促進開發用于EV應用的高質量、安全的布線模塊。
