储能CCS生产问题分析-电池模组CCS电芯电压采样异常原因分析

摘要：CCS（Cells Contact System，集成母排），主要由信号采集组件（FPC、PCB、FFC等）、塑胶结构件、铜铝排等组成，通过热压合或铆接等工艺连接成一个整体，实现电芯高压串并联，以及电池的温度采样、电芯电压采样功能，通过FPC/PCB和连接器组

什么是CCS集成母排？

CCS（Cells Contact System，集成母排），主要由信号采集组件（FPC、PCB、FFC等）、塑胶结构件、铜铝排等组成，通过热压合或铆接等工艺连接成一个整体，实现电芯高压串并联，以及电池的温度采样、电芯电压采样功能，通过FPC/PCB和连接器组件提供温度和电压给BMS系统，属于BMS系统的一部分。

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一、电池模组电芯电压异常分析

电池模块组装完成后，用BMS主控上位机读取电压、温度采样值发现有两个电芯电压异常，主控上位机报“单体电压过低”、“单体电压过高”、“单体压差过大”、“从控概要故障”等报警信息，分别从通讯线束、BMS从控模块、CCS（Cells Contact System，集成母排）三个方向排查原因。

1、更换CCS通讯线束

安装备用线束至BMS从控模块，依然发现2个电芯电压采样异常，主控上位机报同样的故障信息，故排除通讯线束问题。

2、BMS从控模块

将此BMS从控模块拆下安装至另一电池模块，采样一切正常说明BMS从控模块完好。

3、CCS检测

打开BMS维修面板，拆除电池模块箱盖，用万用表实测CCS连接器每个pin脚对应的电压采样值，发现CCS接插件pin25，pin23（对应第14颗电芯）电压为0V，pin23和第二个模组的V14-/GND不导通（原本应导通），经检查系CCS一区域FPC电路板存在断裂，导致V14采样电压为0。因此需要更换此CCS组件。

1P52S-314Ah电池模块组装完成后，用BMS主控上位机读取电压、温度采样值发现有两个电芯电压异常，主控上位机报“单体电压过低”、“单体电压过高”、“单体压差过大”、“从控概要故障”等报警信息，从CCS方面查找原因系CCS一区域FPC电路板存在断裂，导致V14采样电压为0。

二、CCS常用结构

目前电化学储能领域采用FPC柔性线路板替代电池传统线束的CCS集成母排被广泛使用。常用结构：FPC+镍片+导电铝排+吸塑板或PET膜热压。

FPC虽然具有配线密度高、重量轻、厚度薄、弯折性好以及良好的散热性，可焊性特点，但也具有如下缺点：

1、一次性初始成本高柔性PCB是为特殊应用而设计、制造，所以开始的电路设计、布线和照相底版所需的费用较高。

2、更改、修补困难。

3、尺寸受限，受到生产设备尺寸的限制，不能做得很长很宽。

4、若BMS为主动均衡方式需要对FPC电路进行加强设计以适应承载均衡电流要求。

5、FPC和吸塑均不具备强度操作不当易损坏锡焊和返工需要经过训练的人员操作，一旦操作不当易引起软性电路的损坏。比如在文首提到的FPC电路板断裂就是因为在安装过程中的弯折以及固定措施薄弱引起了断裂。从设计方面追责需要优化的是应充分考虑到FPC的最小弯曲半径，调整布线路径避开在重复弯折的区域走线，从而避免导体疲劳和断裂。另外层数和厚度也是设计当中需要考量的因素，过多的层数和厚度会增加FPC的刚性，降低其柔性，容易在弯曲过程中折断。

三、FPC安装时应注意以下几个方面：

1、固定方式：确保母排固定牢固，防止振动冲击以及安装过程中的调整导致的松动或损坏。

2、绝缘处理：在高压部分做好绝缘处理，防止短路和电击风险。

3、布线规整：合理布置母排与其他组件之间的布线，避免不必要的弯曲和交叉，减少电感和电磁干扰；避开在弯曲过多的方向走线减少折断风险。

四、【CCS集成母排简介】

模组CCS集成母排也称为电池盖板组件，它的主要功能是将电池模组中的导电排、控制电路（电压、温度采集）等部件整合成一个模块，实现电芯高压串并联，以及电池的温度采样、电芯电压采样、过流熔断功能。CCS集成母排主要由以下几《部分组成》：

1、信号采集组件：这包括FPC（柔性线路板）、PCB（印刷电路板）、FFC（柔性扁平电缆）等。这些组件用于采集电池的温度、电压等信息，并将这些信息传输到BMS（电池管理系统）进行处理。

2、塑胶结构件：主要用于支撑和固定。

3、铜铝排：作为CCS集成母排的导电部分，用于实现电芯之间的高压串并联连接。

1P52S-314Ah电池模块采用FPC柔性线路板的CCS集成母排，结构为：FPC+镍片+导电铝排+吸塑板或PET膜热压。组装完成后用BMS主控上位机读取电压发现V14采样电压为0，从CCS方面查找原因系CCS一区域FPC电路板存在断裂，导致V14采样电压为0。

之前文章中已对电压采样异常原因进行了分析，经CCS供应商到现场分析讨论提出了手持激光焊接方案和飞线方案。针对手持激光焊接方案，认为焊接工作量较大，且纯手工焊接一致性不好保证。供应商建议用飞线方案，焊接好后再包裹绝缘固化胶。飞线方案处理后如下图（未包裹绝缘胶）：