FPC柔性电路板在新能源汽车领域的运用,具体指汽车动力电池,并引出了下游集成产品是CCS,英文CellsContactSystem,中文叫集成母排或者线束板集成件,CCS产品由FPC、塑胶结构件、铜铝排等组成。
CCS集成母排属于汽车的BMS动力系统的一部分,其FPC用于替代动力电池的采集线,此前采集线采用传统铜线线束方案,线束由铜线外部包围塑料而成,连接电池包时每一根线束到达一个电极,当动力电池包电流信号很多时,需要很多根线束配合,对空间的挤占大。Pack装配环节,传统线束依赖工人手工将端口固定在电池包上,自动化程度低。
相较铜线线束,FPC由于其高度集成、超薄厚度、超柔软度等特点,在安全性、轻量化、布局规整等方面具备突出优势;CCS又将此前分开装配的塑胶结构件、铜铝排等与FPC集成到一起,大大缩减了厚度,并可定制化结构,使装配时可通过机械手臂抓取直接放置电池包上,自动化程度高,适合规模化大批量生产。
随着FPC与CCS展现出的优异性能以及规模化生产带来的快速降本,此方案替代传统线束的进程明显提速,现在已经成为绝大部分新能源汽车新车型的最主要选择。
FPC及CCS单车用量与电池模组设计相关。新能源汽车动力电池一般都多个电池模组组成,单车电池模组数量根据设计差异较大,以特斯拉为例,锂电派数据显示,大部分特斯拉ModelS车型的电池包分为16个小模组,而Model3长续航版的电池包只有4个模组。目前主流车型以7-12个模组的用量居多。
每一个电池模组配备一套CCS,每套CCS配备1-2条FPC,并且CCS还集合了塑胶结构件、铜铝排等结构,相较FPC单车价值500-800元,CCS环节价值量更高,预估单车价值在1500-2000元。
2020年全球新能源汽车产量420万辆,预计2025年将达到1800万辆。2020-2025年复合增速40%,2030年预计新能源汽车渗透率将达到50%左右,达到4000万辆。随着新能源车渗透率的持续提升,新能源汽车动力电池FPC、CCS空间更为广阔,预计2030年全球、国内新能源汽车FPC市场空间有望达到140-240亿、72-120亿元,2030年全球、国内新能源汽车CCS市场空间有望达到350-600亿元、180-300亿元。
另外,储能产业的发展也会一定程度带动锂电池的销售,进而促进FPC与CCS的市场需求量,问题是当前储能产业整体处于发展初期,产业链成熟度不高,所采用的解决方案仍存在不确定性,但前景不容忽视。
工艺的改进必然需要技术的提升,CCS集成母排需要将塑胶结构件、铜铝排等与FPC集成到一起,并需要保证一定的物理性能,常规的锁紧安装面对电池,难以保证密封性和安全性,点胶封装工艺成为汽车厂商的首选方案,但使用传统点胶工艺同样面临一些问题:
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粘结基材复杂,胶水种类多样,不同位置的点胶目的和要求也会有所不同,需要点胶工艺综合考虑,点胶设备兼容性好,可以快速切换;
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部分点胶位置狭小,精度要求高,需要保证点胶一致性好;
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点胶工件相对较大,点胶面积广,需要保证一定效率。
补充:CCS点胶封装使用的胶水主要包括:黄胶、导热硅胶和硅酮胶:
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黄胶主要用于电感、线圈、变压器、电解电容、接收头等电子产品固定,具有保护密封电子元器件作用,在CCS中用于电气元件灌封、高压部件的灌封、电池FPC的防潮涂覆等。
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导热硅胶主要用于填充发热体与散热装置之间的缝隙,增大它们的接触面积,从而达到的导热效果,使电子元器件工作时候的热量有效地工散发出传递出去。在CCS中用于各种发热体(功率管、可控硅、电热堆等)与散热设施(散热片、散热条、壳体等)之间的接触面,起传热媒介作用,能提高散热效果。
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硅酮胶用于电子模块、传感器、电子元件等需灌封、绝缘、阻燃的场合以及电子元器件的粘接与固定元件之间的绝缘等。
针对以上FPC和CCS点胶封装的难点和使用的胶水特性与工艺要求,我们提出以下点胶工艺方案:
对于点胶精度要求,推荐CCD视觉识别配合高速压电阀,保证精度的同时兼顾效率;
对于使用高粘度胶水并且胶量较大的场合,推荐热熔胶压电喷射阀 ,每分钟点胶量可达4.5L,保证点胶效率和出胶稳定;