|
來源：DigiKey 作者： Alain Stas 在電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)中使用柔性 PCB 時(shí)，激光焊接產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力和溫度變化可能會導(dǎo)致表面貼裝 NTC 熱敏電阻出現(xiàn)熱裂紋，這是一種潛在的災(zāi)難性故障，很難檢測到。使用具有柔性端子的塊狀金屬氧化物熱敏電阻，可以最大限度地降低元器件開裂的風(fēng)險(xiǎn)。 隨著電動(dòng)汽車 (EV) 市場的持續(xù)快速增長，技術(shù)挑戰(zhàn)和為應(yīng)對這些挑戰(zhàn)而開發(fā)的創(chuàng)新也隨之增加。其中，設(shè)計(jì)工程師最為關(guān)注的是改進(jìn)電池技術(shù)、提高電源電路效率和快速充電解決方案。 目前，電動(dòng)汽車主要使用鋰離子電池，單電池單體電壓為 3.6 V 至 3.7 V。因此，打造總電壓為 500 V 至 900 V 的動(dòng)力系統(tǒng)可能需要串并聯(lián)多達(dá)數(shù)百個(gè)這樣的電池單體。此外，如此多電池單體構(gòu)成的系統(tǒng)需要高效的電池管理系統(tǒng) (BMS) 來優(yōu)化性能，該系統(tǒng)必須能夠監(jiān)測溫度、阻抗（電池單體內(nèi)阻）、電壓以及充放電電流。其中每項(xiàng)指標(biāo)都會影響電池性能。 BMS 由電池單體管理控制器 (CMC) 和主控中央單元或電池管理控制器 (BMC) 組成。CMC 使用多通道集成電路 (IC)（目前最多配備 16 通道）來執(zhí)行監(jiān)控功能，而 BMC 則負(fù)責(zé)處理各個(gè) CMC 的控制功能。此類系統(tǒng)中測量的核心參數(shù)是溫度、阻抗、電壓和電流。 具體到溫度測量，負(fù)溫度系數(shù) (NTC) 熱敏電阻是最常見的元器件解決方案。通常，這些器件緊貼電池單體或模組壁或電氣連接安裝，以確定“熱點(diǎn)”。由于該熱敏電阻的電阻負(fù)溫度系數(shù)較大，隨著其溫度升高，電阻會以高靈敏度曲線下降。溫度通過由 IC 中的集成模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器 (ADC) 測量電阻-熱敏電阻網(wǎng)絡(luò)中的電壓來確定。準(zhǔn)確的溫度讀數(shù)對于電池的正常功能和系統(tǒng)安全必不可少。而 NTC 和測量電路電阻又對精確的溫度測量至關(guān)重要。 
典型的表面貼裝 NTC。（圖片來源：Vishay） 高壓電池系統(tǒng)可以包括 20 個(gè)或更多表面貼裝 NTC 熱敏電阻，這些熱敏電阻位于包裹電池結(jié)構(gòu)組件的柔性電路上。如果安裝基板是 FR4 PCB，則可以對這些元器件進(jìn)行回流焊或波峰焊。然而，一些柔性電路無法使用這些焊接技術(shù)，而是依靠局部加熱的激光焊接，以避免損壞其他敏感部件。如果這一過程未受到嚴(yán)格控制，可能會導(dǎo)致陶瓷元器件出現(xiàn)熱裂紋。同樣，整個(gè)電池系統(tǒng)在組裝和工作過程中也會受到很大的機(jī)械應(yīng)力。而且，柔性電路板組件也會受到通過元器件端子傳導(dǎo)的扭力的影響，甚至元器件本身會直接承受壓力，導(dǎo)致開裂。
啞光處理 SN/Pb（錫/鉛）板，鉛含量至少為 4%。（圖片來源：Vishay） 此類故障取決于多種因素，使其難以檢測，并且不太可能提前預(yù)測故障的出現(xiàn)。此外，多層陶瓷電容已經(jīng)充分證明，實(shí)際元器件故障（元器件開裂）可能在系統(tǒng)完成部署之后的很長一段時(shí)間才出現(xiàn)。這種故障也可能是災(zāi)難性的，使得更換/維修的代價(jià)非常高。 為了降低由于溫度變化或使用柔性 PCB 時(shí)可能出現(xiàn)的機(jī)械應(yīng)力而導(dǎo)致元器件開裂的風(fēng)險(xiǎn)，Vishay NTCS 系列熱敏電阻采用塊狀金屬氧化物材料，配有固化環(huán)氧樹脂封裝的鎳-錫鍍層聚合物端子，而不是采用燒結(jié)的厚膜材料。這種解決方案提供柔性端子結(jié)構(gòu)，其應(yīng)力測試期間的表現(xiàn)顯著優(yōu)于其他端子材料，同時(shí)也顯著優(yōu)于來自其他制造商的多層陶瓷結(jié)構(gòu)元器件的柔性端子方案。 由于使用柔性 PCB 電路的電池管理系統(tǒng)的各個(gè)組件承受的應(yīng)力不盡相同，因此采用能夠吸收扭力和熱應(yīng)力的柔性端子解決方案可以顯著減少潛在的現(xiàn)場故障，從而提高可靠性，延長使用壽命。 |
