一种解决测试锂动力电池FPC采集板FUSE熔断的方法

张春光 牛劲草

摘要：由于测试设备故障或者人为误操作引起的回路短路，远超出锂动力电池FPC采集板上的FUSE额定工况而熔断;FUSE熔断基本无法修复或者修复成本较高，导致锂动力电池报废。为解决测试过程中FUSE熔断，采用在测试线束中串接电阻进行限流的方法。因串接电阻测试回路即使发生短路，产生的电流仍在FUSE额定工况范围内起到了保护作用;串接电阻产生的压降通过修正设备参数进行补偿。通过在产线上测试和验证，串接电阻可实现保护FPC采集板的FUSE，采取对测试设备进行补偿，不影响测试结果。

關键词：FPC采集板;短路;FUSE;测试线束;电阻

一、锂动力电池FPC的组成和特性

在“碳中和”背景下，电动汽车发展如火如荼，锂动力电池作为电动汽车三电的重要部分，各大电池厂商加大了市场布局和研发力度;为提高了锂动力电池空间利用率，并实时反馈温度和电压，锂动力电池FPC采集板主要集成了NTC和FUSE[1]。

锂动力电池FPC采集板主要是由NTC、FUSE、镍片和FPC接口组成的电路板。随着锂动力电池发展迅速和规模日益增强，采用FPC取代采样线束是大势所趋，FPC独具质轻超薄、柔软性强、空间利用率高;既便于集成化、自动化生产，又可实现布局规整、结构合理。

二、锂动力电池FPC的电气图和工作原理

镍片和FPC接口是锂动力电池FPC采集板两个重要接口，镍片是电池母排与PFC采集板的桥梁，FPC接口是PFC采集板的窗口，实现与设备连接。镍片采用激光焊焊接到锂动力电池的母排上，实现对锂动力电池温度和电压的实时监控;每个镍片通过导线、FUSE及FPC接口Pin针一一对应，每相邻的镍片之间实现对单串电池电压的采集。下图1为采集8串锂动力电池的FPC采集板的电气图。开启测试设备，将测试设备插头插接到FPC接口，可以测到锂动力电池的每一串电压;例如用万用表或者其他设备量测V1和V2镍片对应FPC接口Pin针可测到单串电压，量测GND和PWR镍片对应FPC接口Pin针可测到锂动力电池的总电压。

三、FUSE熔断问题

NTC、FUSE、镍片和FPC接口做为锂动力电池FPC采集板主要构件，其中FUSE是在测试过程中最脆弱的构件，FUSE熔断导致FPC采集板无法反馈锂动力电池的电压[2]。

FUSE通常额定工作电流都在几百毫安，FUSE的电阻值在0.2Ω左右，FUSE熔断电流在5A左右，熔断时间是毫秒甚至微秒级别。在测试过程中，若设备故障或者人为误操作引发的短路，FUSE的工作电流是额定工作电流的几十倍甚至上百倍，FUSE会瞬间熔断导致锂动力电池报废，一旦熔断基本无法修复或者修复成本较高，导致动力电池模组报废，给生产企业带来额外的经济损失。

四、测试线束串接电阻

为了降低或者杜绝在测试过程中因测试设备故障或者人为误操作导致保险丝熔断现象的发生，在测试线束的每一条测试电压的线路上串入电阻，在测试回路中起动限流作用，将短路电流降到了毫安级别，防止因短路故障导致FPC板的保险丝熔断;因NTC具有阻值与温度呈负相关的特性，在测试阻值（温度）的每一条线路上不串联任何电阻的测试线束，否则会影响阻值（温度）测试的准确性。串入电阻测试线束见下图2。

测试线束中串入电阻带来一定的压降，采取修正测试设备参数进行补偿，避免串入电阻引起的压降，既可以保证测试锂动力电池电压数据的准确性，又可以通过在测试线束中串入电阻进行限流，保障了FPC采集板FUSE不会因短路产生冲击电流而熔断。

五、测试和验证结果

测试线束间串接2KΩ色环电阻限流，测试温度（阻值）回路不串接电阻。经测试，串入电阻2KΩ产生了约6.7mV的压降，对测试设备参数进行修正补偿，压降在几十μV波动，而测试设备的测试结果通常保留至小数点后四位即保留至万分位。为保证测试结果严谨性和科学性，测试设备采用测试结果保留至小数点后五位即保留至十万分位。串入2KΩ电阻的测试结果和测试设备补偿后测试结果见下图3和图4。

六、结论

采用在测试回路中串入电阻的方法，不影响测试锂动力电池电压数据的准确性。由于电阻限流，即使短路回路电流仍在FUSE额定工作电流范围内，保障了FPC采集板FUSE不会因短路产生冲击电流而熔断。

在产线上进行测试和验证，串接电阻的方法具备保护FPC采集板的FUSE功能。解决了锂动力电池在测试过程中因设备故障或者人为误操作引起的短路导致FUSE熔断问题，大大减少了锂动力电池的维修或者报废，给生产企业节省了人力、物力和财力等成本，提升产品了合格率，带来的直接经济效益及潜在社会效益非常可观[3]。

参考文献

[1]李军亮、杨涛、陆扬. 集成式FPC-PCB在动力电池管理系统中的应用.上海：泛亚汽车技术中心有限公司驱动系统部.《汽车电器》，2019，1003-8639（2019）-0014-06：13-18

[2]陈亮、杨权凤、望淮北等. 新能源汽车动力电池用FPC熔断线设计研究.广东：景旺电子科技（龙川）有限公司 《2018秋季国际PCB技术/信息论坛》，2018，A-059：483-487

[3]尹莲芳、谢乐琼、刘建红等. 磷酸铁锂电池应用展望 哈尔滨：光宇电源股份有限公司 《电池工业》，2021，1008-7923（2021）01-0050-04

作者简介：张春光，1983年6月出生，男，汉族，河南开封人，硕士研究生，研究方向：锂电池应用。