作為動力電池系統(tǒng)能量密度提升的關鍵環(huán)節(jié),pack領域的新材料導入和應用是不少企業(yè)進行攻關的方向。以FPC替代傳統(tǒng)線束的運用創(chuàng)新,就是其中一條重要路徑。
調研發(fā)現(xiàn),國內(nèi)動力電池第一梯隊的寧德時代和比亞迪已經(jīng)在pack環(huán)節(jié)批量化應用FPC。
相對于傳統(tǒng)線束,F(xiàn)PC(軟板)擁有高度集成、自動化組裝、裝配準確性、超薄厚度、超柔軟度、輕量化等諸多優(yōu)勢。FPC方案可以幫助Pack實現(xiàn)布局規(guī)整、結構緊湊效果。
正是準確的解決了動力電池企業(yè)在PACK環(huán)節(jié)對于空間節(jié)省、自動化水平提升的核心“痛點”,顧志明所在的合力泰提出的FPC方案在比亞迪已經(jīng)批量應用達4年之久,眼下,他正進行更進一步的市場開拓。
在龍頭企業(yè)的示范作用下,大批企業(yè)也開始積極嘗試小批量導入應用。
主流動力電池企業(yè)的一致共識是,未來幾年,F(xiàn)PC替代傳統(tǒng)線束的進程將會明顯提速,能在整體解決方案、價格、可靠性等方面具備綜合優(yōu)勢的FPC供應商將迎來一輪新的市場機會。
老樹新芽
事實上,作為電路板的一種,F(xiàn)PC并非新鮮事物,由于配線密度高、質地輕薄可折疊,過去數(shù)十年里,F(xiàn)PC已全面滲透入PC配件市場的各個角落。
在全新的動力電池運用領域,F(xiàn)PC主要用于pack環(huán)節(jié)的傳統(tǒng)線束替換,協(xié)助電池包的信息采集。FPC之所以能夠導入動力電池,主要是因為相較傳統(tǒng)線束而言,F(xiàn)PC在安全性、電池包輕量化、工藝靈活性、自動化生產(chǎn)4方面優(yōu)勢顯著,滿足了國內(nèi)動力電池高能量密度和低成本的需求導向。
具體來看:
?安全性能:在代替弱電導線的同時,F(xiàn)PC用金屬片與匯流排進行連接,添加了熔斷保護電流設計,保證了信息的高速傳輸路線,確保即使電池包出現(xiàn)短路問題,F(xiàn)PC的內(nèi)部設計也會直接將線路銅絲熔斷,避免引起電池包其他部分的燃燒或爆炸;
?輕量化:相較傳統(tǒng)采集信號所用的線束和PCB (印刷線路板)產(chǎn)品,F(xiàn)PC在電池保內(nèi)所占的空間更小,整體重量更輕,為電池包能量密度的增加做出一定貢獻。
?工藝靈活性:相較擁有眾多接插點和復雜手工接插環(huán)節(jié)的傳統(tǒng)線束,F(xiàn)PC突破了工藝選擇上的局限,產(chǎn)品可配合電池包本身所具有的特性,進行超聲波、焊接等多種工藝選擇。
?自動化生產(chǎn):FPC形狀規(guī)整,且設計集成度更高,可以省去大量多余的排線連接工作,十分適合機械規(guī)?;笈可a(chǎn),在大大縮短組裝工時、節(jié)省人工的同時,為動力電池組裝環(huán)節(jié)的自動化生產(chǎn),提供極大可能。
用戶端的反饋證實了上述說法,比亞迪的工程師表示,常規(guī)線束由銅線外部包圍塑料而成,幾股線包成絕緣體形成一根線束,連接電池包時每一根線束要到達一個電極。當動力電池包電流信號很多時,需要很多根線束配合,勢必會擠占電池包空間。而FPC則可實現(xiàn)布局規(guī)整、結構緊湊效果。
在pack裝配環(huán)節(jié),傳統(tǒng)線束依賴工人手工將端口固定在電池包上,擔不同時段人的精力不一樣,批量生產(chǎn)難免會產(chǎn)生波動。而FPC厚度僅0.5毫米左右,寬度可依據(jù)電池包結構定制,裝配時可通過機械手臂抓取直接放置電池包上,無須人工整理固定,具備較強的裝配優(yōu)勢。
應用瓶頸
盡管性能優(yōu)越,但在導入之初,FPC并沒有被大規(guī)模地運用到動力電池當中。
FPC產(chǎn)品導入不如預期,主要源于客戶的兩種顧慮:一是成本。單就FPC材料而言,在小批量使用的情況下,其使用成本明顯高于傳統(tǒng)線束。二是可靠性。作為一種全新的運用,最初電池和Pack廠商對FPC的性能表現(xiàn)有所懷疑。但這差不多是任何一款新產(chǎn)品在導入使用中都會遭遇的問題。
事實上,除了客戶端的顧慮,相較消費電子領域,F(xiàn)PC在動力電池端運用的較高門檻,也一定程度上滯緩了FPC被大面積導入的腳步。作為車用零部件,動力電池對FPC的耐久性、穩(wěn)定性和可靠性提出了十分嚴格的要求。
一方面,動力電池對FPC提出了耐溫、耐壓要求,因此FPC產(chǎn)品用材必須優(yōu)質耐用,對不少FPC廠家來說,這意味著對供應商結構的調整,需要引進國際頂尖供應商,對應材料價格也更為昂貴;
另一方面,由于要對電池電壓、溫度、電流等情況進行及時精準的把控,動力電池用FPC需要根據(jù)具體裝配的動力電池性能和形狀進行定制化生產(chǎn),并輔以復雜的工序調整,以及嚴格的工藝測試,一道工序出現(xiàn)瑕疵,整塊軟板都將作廢。
導入之前,電池/pack廠商前期還會對FPC進行長時間的測試,這需要雙方進行深度的配合,也對供應商的研發(fā)配套、制造工藝等都提出了更高的要求,這也是目前僅少數(shù)企業(yè)實現(xiàn)批量應用的難點所在。
替代藍海
盡管在成本和可靠性上仍面臨一定阻礙,但在動力電池頭部企業(yè)以及FPC廠商的共同推動下,國內(nèi)FPC在動力電池領域的導入環(huán)境已得到極大改善。
為平衡成本因素,F(xiàn)PC結合部分動力電池廠的實際情況開發(fā)出了‘FPC+傳統(tǒng)線束’的搭配方式,折中后的運用效果同樣顯著,對動力電池空間利用率、輕量化以及自動化等性能提升起到了積極作用。近兩年,通過對自身工藝的多方改善,F(xiàn)PC廠商已將動力電池用FPC的價格降下不少,未來兩年FPC有望大批量導入行業(yè)。
這樣的推論并非武斷,知情人士透露,當前動力電池/pack企業(yè)均已小批量或正在嘗試導入FPC產(chǎn)品,預計隨著使用客戶的進一步鋪開,以及參與該領域市場競爭企業(yè)的增加,未來國內(nèi)動力電池用FPC的價格還將進一步下降。
除了價格更具優(yōu)勢外,在性能層面,動力電池用FPC也還存在著較大的提升空間。一位FPC廠商透露:“在數(shù)碼領域已經(jīng)運用成熟的FPC雙面板、多層板等更高性能產(chǎn)品,目前囿于成本因素,都還沒有被調整后大范圍導入動力電池行業(yè)。一旦成本問題得到較為妥善的處理,F(xiàn)PC會在動力電池領域贏得更大的市場。”
“當然,這并不意味著未來FPC會完全取代傳統(tǒng)線束和PCB(印刷線路板),畢竟在成本和耐久性上,后者確實具備著難以逾越的優(yōu)勢。”上述人士補充。
事實上,嗅到新興市場氣息的電子企業(yè)已紛紛加快了布局動力電池市場的步伐。電池FPC小編了解到,當前國內(nèi)實力強勁的電子供應商已針對該市場制定了相應的擴產(chǎn)以及產(chǎn)品推廣計劃,一場關于動力電池用FPC市場的競爭似已初現(xiàn)端倪。