В сердце систем питания электромобилей (EV) Cell Module PCB играет ключевую роль. Она служит не только физической платформой для соединения и управления отдельными ячейками аккумулятора, но и нервным центром, обеспечивающим безопасную, эффективную и долговечную работу всей батареи. Как эксперт в области автомобильной электронной безопасности, я знаю, что каждая печатная плата, используемая в системах управления батареями (BMS), должна разрабатываться и производиться в соответствии со строгими стандартами ISO 26262 (функциональная безопасность), IATF 16949 (системы качества) и сертификации AEC-Q. Благодаря глубокому пониманию этих стандартов и выдающимся производственным возможностям автомобильного уровня, Highleap PCB Factory (HILPCB) предоставляет высоконадежные решения Cell Module PCB ведущим мировым автопроизводителям.

Что такое Cell Module PCB и ее ключевая роль в электромобилях?

Cell Module PCB (печатная плата модуля ячеек) – это специализированная плата, устанавливаемая внутри модулей батареи для мониторинга и управления состоянием ячеек. Ее основные функции включают:

1. Мониторинг напряжения ячеек: Точное измерение напряжения каждой ячейки для предотвращения перезаряда или глубокого разряда – базовая мера безопасности.
2. Мониторинг температуры: Контроль температуры ячеек в реальном времени с помощью датчиков, таких как NTC-термисторы, для предотвращения теплового разгона.
3. Балансировка ячеек: Активное или пассивное выравнивание заряда ячеек в модуле для максимизации полезной емкости и срока службы батареи.
4. Передача данных: Передача собранных данных о ячейках контроллеру управления батареей (BMC) через CAN-шину или цепочку.

По сути, Cell Module PCB – это высокоинтегрированная Cell Monitoring PCB, чья производительность напрямую определяет точность и скорость реакции BMS. Даже малейший производственный дефект или ошибка проектирования могут привести к катастрофическим последствиям для безопасности. Поэтому вместе с другими критическими компонентами экосистемы EV Battery PCB – такими как Contactors PCB (платы управления контакторами) и DC DC Converter PCB (платы преобразователей постоянного тока) – она формирует первую линию защиты для электрической безопасности транспортного средства.

Требования ISO 26262 по функциональной безопасности для Cell Module PCB

ISO 26262 – это стандарт функциональной безопасности автомобильной промышленности, направленный на снижение неприемлемых рисков, вызванных отказами электронных систем. Для Cell Module PCB обычно требуется соответствие уровням ASIL C или ASIL D – самым высоким уровням Automotive Safety Integrity Levels (ASIL).

Это означает, что при проектировании и производстве необходимо учитывать следующее:

• Метрики отказов оборудования: Метрики, такие как Single Point Fault Metric (SPFM) и Latent Fault Metric (LFM), должны демонстрировать надежность аппаратной архитектуры. Например, могут использоваться резервные каналы измерения напряжения или независимые цепи мониторинга температуры.
• Механизмы безопасности: Проекты должны включать диагностические и защитные механизмы, такие как watchdog, контроль тактовой частоты и проверка опорного напряжения, чтобы гарантировать, что основной чип и периферийные цепи Cell Monitoring PCB всегда находятся под контролем.
• Анализ видов и последствий отказов (FMEA): Каждый компонент и дорожка на плате должны анализироваться на предмет потенциальных отказов, оцениваться их влияние на безопасность системы и приниматься соответствующие меры по снижению рисков. Для высоковольтных секций необходимо строго соблюдать стандарты расстояний утечки и зазоров, чтобы предотвратить короткое замыкание или возникновение дуги – это критически важно для проектирования High Voltage PCB.

HILPCB строго соблюдает руководящие принципы ISO 26262 в процессе производства, гарантируя, что каждый этап – от проверки проектирования (DFM) до финальных электрических испытаний – полностью учитывает требования функциональной безопасности.

Проблема бездефектного производства в системе качества IATF 16949

Если ISO 26262 определяет "что такое безопасный дизайн", то IATF 16949 регламентирует "как стабильно производить безопасную продукцию". Этот глобальный стандарт управления качеством в автомобильной промышленности требует от поставщиков создания процессно-ориентированной, основанной на оценке рисков системы менеджмента качества с конечной целью достижения "нуля дефектов".

Для производства Cell Module PCB стандарт IATF 16949 подразумевает:

• Процесс утверждения производственных деталей (PPAP): Перед серийным производством необходимо предоставить полный пакет документов PPAP, включающий 18 пунктов, таких как проектная документация, FMEA, Control Plan, анализ измерительных систем (MSA) и начальное исследование процесса (SPC), чтобы доказать стабильность и возможности производственного процесса.
• Прослеживаемость: Должна быть установлена полная цепочка прослеживаемости — от партий сырья (например, медных ламинатов и чернил) до ключевых параметров производства (например, температуры ламинации и энергии экспонирования) и, наконец, до данных тестирования готовой продукции. В случае возникновения проблем HILPCB может быстро определить затронутые партии и минимизировать риски.
• Управление изменениями: Любые изменения материалов, оборудования, процессов или персонала должны проходить строгую оценку и валидацию с одобрением клиента. Это обеспечивает стабильное качество продукции.

Производственные линии HILPCB полностью соответствуют стандарту IATF 16949. Мы не только получили сертификацию, но и интегрировали философию "нуля дефектов" в каждую деталь повседневной работы.

Получить расчёт PCB

Выбор ключевых материалов: обеспечение долгосрочной надежности PCB для модулей элементов

Суровые условия эксплуатации в автомобильной промышленности (широкий температурный диапазон от -40°C до 125°C, высокая влажность и сильная вибрация) предъявляют крайне высокие требования к материалам PCB. Выбор подходящих материалов для PCB модулей элементов — это первый шаг к обеспечению их долгосрочной надежности.

• Субстраты с высоким Tg: Tg (температура стеклования) — это ключевой показатель термостойкости субстрата. Автомобильные PCB обычно требуют Tg ≥ 170°C, чтобы гарантировать, что PCB не размягчается, не расслаивается и не деформируется в условиях высоких температур. HILPCB настоятельно рекомендует использовать передовые материалы PCB с высоким Tg, такие как S1000-2M от ShengYi или IT-180A от ITEQ.
• Материалы с низким CTE: CTE (коэффициент теплового расширения) отражает стабильность размеров материала при изменении температуры. Выбор материалов с низким CTE, особенно по оси Z, может значительно снизить риск отказа межслойных переходов в многослойных платах во время термических циклов.
• Устойчивость к CAF: CAF (проводящие анодные нити) — это явление внутреннего короткого замыкания, вызванное разделением границ между стекловолокном и смолой в условиях высокой температуры и влажности, что приводит к миграции ионов меди по этим каналам. Это критично для PCB высокого напряжения. HILPCB использует субстраты с отличной устойчивостью к CAF и оптимизированные процессы сверления и гальванизации, чтобы минимизировать возникновение CAF.
• Технология толстой меди: Некоторые PCB для модулей элементов должны выдерживать более высокие токи для балансировки элементов или интерфейсов связи. В таких случаях применяется технология PCB с толстой медью, обеспечивающая равномерную толщину меди и удовлетворяющую требованиям по току и теплоотводу.

Выбор материалов — это не просто набор параметров, а комплексный баланс между надежностью, стоимостью и технологичностью. Инженерная команда HILPCB тесно сотрудничает с клиентами, чтобы рекомендовать оптимальное решение по материалам, исходя из конкретных условий применения.

Высокое напряжение и тепловой менеджмент: ключевые проблемы в проектировании PCB для аккумуляторов EV

Вся система PCB для аккумуляторов EV работает в условиях высокого напряжения, обычно от 400V до 800V, что создает серьезные проблемы для проектирования и производства PCB.

• Пути утечки и воздушные зазоры: Это основа проектирования PCB высокого напряжения. В компоновке PCB должны быть предусмотрены достаточные безопасные расстояния в соответствии с рабочим напряжением и степенью загрязнения, чтобы предотвратить пробой или поверхностные утечки при высоком напряжении. Инструменты DFM-анализа HILPCB автоматически проверяют эти критические параметры, обеспечивая соответствие международным стандартам, таким как IEC 60664-1.
• Тепловой менеджмент: Схемы балансировки ячеек генерируют значительное количество тепла во время работы. Если тепло не может эффективно рассеиваться, это может привести к локальному перегреву, ускорению старения компонентов и даже созданию рисков безопасности. Эффективные стратегии теплового менеджмента включают:
  • Использование подложек с лучшей теплопроводностью, таких как металлические основы (MCPCB).
  • Проектирование больших медных областей на PCB в качестве радиаторов.
  • Использование множества тепловых переходных отверстий (Thermal Vias) для отвода тепла с верхних слоев на нижние или внутренние теплоотводящие слои.

Для плат с более высокой плотностью мощности, таких как PCB для DC-DC преобразователей, тепловой менеджмент становится еще более критичным.

Соображения по системной интеграции от PCB мониторинга ячеек до PCB контакторов

PCB модулей ячеек не существуют изолированно; они должны работать в координации с другими PCB в системе BMS. Например, собранные данные должны надежно передаваться на основной контроллер, который затем управляет PCB контакторов для подключения или отключения цепи высокого напряжения на основе этих данных.

Такая системная интеграция создает новые вызовы:

• Электромагнитная совместимость (ЭМС): Действия переключения высокого напряжения (например, срабатывание контакторов) создают сильные электромагнитные помехи (EMI), в то время как PCB мониторинга ячеек собирают сигналы уровня милливольт. Правильное заземление, экранирование, фильтрация и проектирование компоновки необходимы для обеспечения целостности сигнала и предотвращения ошибок сбора данных.
• Надежность связи: В условиях сильных помех надежность коммуникационных линий, таких как последовательные цепи, крайне важна. Проектирование дорожек PCB, например контроль равной длины и расстояния дифференциальных пар, напрямую влияет на качество связи.
• Системное питание: Вся сеть питания системы BMS, включая PCB для DC-DC преобразователей, питающих различные модули, должна быть тщательно спроектирована для целостности питания (PI), чтобы все микросхемы получали стабильное и чистое питание.

HILPCB не только фокусируется на производстве отдельных PCB, но и предоставляет консультации по системной интеграции, помогая клиентам выявлять и устранять потенциальные риски интеграции на ранних этапах проекта.

Как HILPCB Обеспечивает Точное Производство Автомобильных Печатных Плат Cell Module

Как профессиональный производитель автомобильных печатных плат, HILPCB гарантирует исключительное качество каждой печатной платы Cell Module благодаря ряду передовых технологий и строгому контролю процессов.

• Автоматизированные производственные линии: От обработки панелей, экспонирования, гальванизации до окончательной формовки мы используем высокоавтоматизированное оборудование, чтобы минимизировать человеческий фактор и обеспечить стабильность продукции.
• Технология высокоточной юстировки: Для многослойных печатных плат точность межслойного совмещения критически важна. Мы используем системы визуального совмещения CCD, обеспечивая точность совмещения в пределах ±25 мкм, что значительно превышает отраслевые стандарты.
• Плазменная очистка отверстий (Plasma De-smear): После сверления используется плазменная технология для полного удаления остатков смолы со стенок отверстий, обеспечивая надежное сцепление при последующем осаждении меди — ключевой этап повышения надежности сквозных отверстий.
• Полностью автоматизированный оптический контроль (AOI) и электрические испытания: Мы проводим 100% AOI-контроль внутренних и внешних слоев и выполняем 100% электрические испытания летающими зондами или тестовыми фикстурами для каждой готовой платы, чтобы исключить обрывы или короткие замыкания.
• Чистое помещение: Основные процессы выполняются в чистом помещении класса 10 000 для предотвращения загрязнения пылью и примесями, что особенно важно для производства высоконадежных печатных плат высокого напряжения.

Выбор HILPCB в качестве партнера по производству автомобильных печатных плат означает выбор эксперта, который глубоко понимает требования автомобильной промышленности и способен стабильно поставлять высококачественную продукцию.

Больше, чем производство: услуги сборки и тестирования автомобильных печатных плат от HILPCB

Высококачественная голая плата — это только половина успеха. Для печатных плат модулей элементов процесс сборки (PCBA) не менее важен. HILPCB предлагает комплексную услугу сборки печатных плат под ключ, расширяя наши производственные преимущества на область сборки.

• Закупка автомобильных компонентов: У нас есть сертифицированная цепочка поставок автомобильных компонентов, гарантирующая, что все устанавливаемые детали (такие как микросхемы AFE, MOSFET, разъемы) соответствуют стандартам AEC-Q.
• Высоконадежный процесс пайки: Мы используем высококачественный бессвинцовый припой SAC305 и оптимизированные профили оплавления для обеспечения механической прочности и долгосрочной надежности паяных соединений. Для сложных корпусов, таких как BGA и QFN, мы применяем 100% рентгеновский контроль для исключения дефектов, таких как холодная пайка или перемычки.
• Внутрисхемное тестирование (ICT) и функциональное тестирование (FCT): После сборки мы проводим ICT и FCT в соответствии с требованиями заказчика. Функциональное тестирование имитирует реальные рабочие условия платы, проверяя точность измерения напряжения, функцию балансировки и коммуникацию, чтобы гарантировать поставку полностью функциональной PCBA.
• Нанесение защитного покрытия: Для защиты от суровых автомобильных условий, таких как влажность и солевой туман, мы предлагаем автоматизированное селективное нанесение защитного покрытия для точной защиты чувствительных цепей и повышения устойчивости к окружающей среде.

От производства голых плат до финального функционального тестирования HILPCB предоставляет комплексное решение, помогая клиентам сократить сроки разработки, снизить сложность управления цепочкой поставок и обеспечить конечное качество всей системы печатных плат для аккумуляторов электромобилей.

Тестовые услуги Внутрисхемное тестирование (ICT), Функциональное тестирование (FCT), Тестирование на старение (Burn-in) Индивидуальные тестовые приспособления, Тестовые системы LabVIEW, Регистрация и анализ данных Контроль процессов MES-система управления производством, Полная прослеживаемость с штрих-кодами, Защита от ESD Соответствие IATF 16949, Документация процессов PPAP/FMEA/CP