汽車電池組電磁幹擾屏蔽（帶導電泡沫）

電動車 (EV) 電池組是電磁相容性 (EMC) 設計中最具挑戰性的領域之一。本文重點介紹四個關鍵應用：電池外殼密封、AFE 採樣板屏蔽、高壓母線隔離和外部連接器屏蔽。此外，本文也闡述如何為汽車電池組應用選擇合適的導電泡棉材料。

電池組是電動車中最昂貴、最敏感的部件之一。

80千瓦時的電池組約佔車輛總成本的30%至40%。它包含數百個電池單元，每個單元都必須精確的監控和保護。電磁幹擾（EMI）會引入電壓測量誤差，進而影響荷電狀態（SOC）估算、電池均衡和保護功能。

電池組內部的電磁環境要求尤其嚴苛。高電壓、數百安培的充電電流、密集的感測線束、緊湊的模組佈局，以及來自牽引逆變器和車載充電器（OBC）的干擾，都加劇了電磁相容性方面的挑戰。

有關導電泡沫技術的概述，請參見什麼是導電泡沫？用途、應用及電磁幹擾屏蔽優勢。

本文重點介紹四種需要特別關注的電池組特定應用：

1. AFE採樣板屏蔽
2. 電池外殼密封
3. 高壓母線和感測線隔離
4. 外部連接器屏蔽

康力達的汽車級導電泡棉產品已被中國主要電池製造商和汽車OEM廠商用於電池組專案。

1. 電動車電池組內部的電磁相容性挑戰

挑戰一：取樣訊號極其微弱

電池管理系統（BMS）必須精確監控各電池單元的電壓。典型的電壓測量精度要求範圍為±1 mV至±5 mV。

然而，感測線束在電池組內部可能會延伸數米，並且可能靠近大電流導體。這使得它們容易受到輻射噪音和傳導噪音的影響。

當幹擾訊號耦合到感測線路時，電池管理系統（BMS）可能會接收到不準確的電壓資訊。由此產生的誤差會影響荷電狀態（SOC）估算、電池均衡以及過充過放保護。

挑戰二：外殼必須同時具備密封性和屏蔽性。

電池外殼通常必須滿足嚴格的環境防護要求，例如 IP67 或 IP68，同時也要保持電磁屏蔽的連續性。

這會為外殼接縫處帶來棘手的介面問題。密封材料必須補償機械公差和熱膨脹，同時也要保持可靠的電氣連接。

導電泡沫材料在這裡就派上了用場：一種材料既能提供彈性壓縮，又能提供電氣連續性。

挑戰3：大電流母線會產生強力電磁場

電池組內部的高壓母線可以承載數百安培的電流。它們周圍的電磁場會幹擾附近的感測線束，尤其當兩者平行鋪設時。

因此，在緊湊型電池組中保持足夠的隔離度是電磁相容性設計的關鍵挑戰。

挑戰四：使用壽命長，溫度範圍廣

汽車電池組的設計使用壽命通常為 8-10 年或更長。在寒冷條件下，內部溫度可能會降至約 -30°C，而在高負載或快速充電運作時，溫度可能會達到 60-80°C。

屏蔽材料必須在這些溫度循環中保持穩定的壓縮性、恢復性和導電性。

康利達的汽車級解決方案將矽膠芯與鍍金導電PI薄膜結合。根據產品配置的不同，該材料可在-40°C至280°C的溫度範圍內工作，恢復率超過90%，並能承受1000次熱衝擊循環。

2. 導電泡沫在電池組中的四個主要應用

應用 1：AFE 採樣板屏蔽

模擬前端（AFE）是電池管理系統中最敏感的零件之一。它直接連接到電池電壓感測線，並將低電平類比訊號轉換為數位資料。

即使是相對較小的電磁幹擾也會影響測量精度。

推薦的屏蔽解決方案

為什麼要在AFE組件周圍使用全嚮導電泡棉？

AFE元件周圍的可用間隙通常只有1-3毫米。同時，採樣板無法承受過大的壓縮力。

全方位導電泡棉可在很小的壓縮下建立低阻抗的電流路徑，同時在 X、Y 和 Z 方向上提供導電路徑。

這使其適用於緊湊型近場屏蔽應用。

更多資訊請參見全方位導電泡棉墊片與標準導電泡棉墊片的比較。

為什麼這在快速充電過程中很重要？

快速充電可將電流提升至數百安培，從而顯著增強電池組內部的電磁場。

如果AFE取樣電路屏蔽不足，測量訊號可能會出現雜訊增加和不穩定的情況。在極端情況下，這會導致BMS錯誤地解讀電池狀態或觸發不必要的保護措施。

因此，有效的局部屏蔽是維持高電流操作期間測量完整性的重要組成部分。

應用2：電池外殼接縫密封

外殼接縫既是潛在的電磁幹擾洩漏路徑，也是關鍵的環境密封介面。

導電墊片可以在補償尺寸公差和機械運動的同時，保持電氣連續性。

導電泡棉在外殼密封方面的優勢

彈性補償：電池外殼會因溫度變化和振動而有尺寸變化。泡沫材料在結構移動時保持與外殼的接觸。

一個零件兩種功能：同一個墊片既能提供電屏蔽，又能提供機械密封。

可維護性：與固化導電密封劑不同，泡棉墊片通常可以在維修或重做期間拆卸和更換。

長篇客製

電池外殼可長達 1.5-2 米，形成長而連續的密封路徑。

康利達公司擁有30條導電泡棉生產線和自動化連續成型設備，能夠生產尺寸和電氣性能一致的長密封條。此外，還可以根據外殼幾何形狀自訂橫截面。

應用3：高壓母線和感測線隔離

高壓母線在電池模組和其他高功率元件之間傳輸大電流。它們的電磁場可能會耦合到附近的感測線路。

當感測線束與母線平行長距離鋪設時，這個問題特別突出。

為什麼感測線路需要額外的屏蔽？

電池單元感測線束可以從電池單元延伸到AFE板數公尺遠。在此過程中，它們可能會靠近母線、繼電器、保險絲和其他噪音源。

如果沒有足夠的屏蔽，感應雜訊可以達到幾十甚至幾百毫伏—遠遠超過典型的 BMS 測量要求 ±5 mV。

導電織物包裹層可在電線束周圍提供柔性屏蔽層，而導電泡棉可建立所需的接地連接。

有關導電泡棉、銅箔、鋁箔和導電織物的詳細比較，請參見導電泡棉、銅箔、鋁箔和導電織物的比較。

應用 4：外部電池連接器

高壓輸出連接器和低壓通訊介面必須穿過電池外殼上的開口。

這些開口既可能成為電磁幹擾洩漏點，也可能成為潛在的環境密封弱點。

環形導電泡棉墊圈可在連接器法蘭和電池外殼之間安裝。

當連接器擰緊時，墊圈被壓縮，形成連續的 360 度電氣和機械介面。

為什麼不直接使用導電橡膠墊圈呢？

導電橡膠也廣泛應用於汽車領域。然而，在需要低壓縮力和安裝靈活性的場合，導電泡棉材料具有以下幾個優點：

• 較低的壓縮力
• 組裝更便利
• 低壓縮下良好的電氣接觸
• 靈活的公差補償
• 返工期間更容易更換

最終應根據外殼設計、壓縮範圍、環境要求和所需的屏蔽性能來選擇合適的材料。

3. 電池組導電泡沫的特殊要求

與許多傳統電子設備相比，電池組應用對屏蔽墊片的要求更高。

關鍵在於，汽車電磁幹擾屏蔽不僅僅是降低電阻。材料必須在壓縮、振動、潮濕、溫度循環以及長使用壽命等條件下保持良好的電氣接觸。

4. 電池組導電泡棉選擇指南

5. 為什麼選擇康利達為電動車電池組提供電磁幹擾屏蔽？

1. 汽車級品質管理

Konlida 採用 IATF 16949 認證的品質管理體系，並維持從原料批次到成品的可追溯性。

對於安全至關重要的電池應用而言，可追溯性是供應商資格認證和品質管理的重要組成部分。

2. 材料層面的性能

與許多標準電子應用相比，電池組需要更高的耐溫性、耐濕性、抗氧化性和抗環境老化能力。

康利達的汽車級導電泡棉採用矽膠芯材結合鍍金導電聚醯亞胺薄膜。依所選等級，該材料可承受-40℃至280℃的溫度，回彈性能超過90%，並通過熱衝擊和鹽霧試驗。

3. 大批量生產

單一電池組可能需要數十個用於 BMS 和 AFE 板的小型導電觸點，以及數公尺的殼體密封材料。

康力達擁有 30 條導電泡棉生產線，日產能高達 200 萬件，能夠支援大批量汽車專案。

4. 電磁相容性和可靠性測試

康利達的EMC實驗室可提供30 MHz至10 GHz的屏蔽效能測試，以及可靠性測試，例如：

• 熱衝擊
• 溫度和濕度測試
• 鹽霧試驗
• 壓縮恢復試驗
• 壓縮永久變形測試

對於電池組開發而言，實測數據比通用材料規格更有價值。測試使工程師能夠在特定應用條件下評估所選墊片的實際性能。

5. 設計支援和快速原型製作

汽車電池專案通常開發週期很長，但一旦原型可用，設計迭代就可以迅速加快。

康利達最快可在四小時內提供原型。其工程團隊還可在設計階段參與，協助優化墊片幾何形狀、壓縮性能、接地路徑和材料選擇。

6. 常見問題解答

問題1：導電泡棉能否完全取代密封膠用於電池外殼密封？

並非所有應用程式都如此。

導電泡沫和密封劑分別解決不同的工程問題。泡棉提供彈性補償、電氣連續性和更便捷的返工，而密封劑則提供強大的黏合力和持續的環境密封。

因此，一些電池組採用混合方法：密封劑提供主要的防水性能，而導電泡沫則在關鍵介面處保持電屏蔽。

最終配置取決於外殼結構和所需的IP防護等級。

Q2：對於AFE屏蔽而言，全向泡棉和FOF泡棉哪一種比較好？

對於敏感 AFE 組件周圍的局部屏蔽，全嚮導電泡棉通常是更好的選擇，因為它可以在非常小的壓縮下提供電氣連續性。

FOF泡沫材料在安裝空間較大的接地介面中仍然非常有用。

正確的選擇取決於可用間隙、壓縮力、接地幾何形狀和屏蔽要求。

Q3：如果電池組的電磁幹擾屏蔽不足會發生什麼事？

最直接的風險是測量精度下降。

耦合到 AFE 感測電路中的雜訊會影響電池電壓測量，進而影響 SOC 估計值和保護決策。

潛在後果包括：

• 過早終止充電
• 可用範圍縮小
• 錯誤的細胞平衡決策
• 延遲過放電檢測
• 充電控制不穩定

因此，電磁幹擾屏蔽與PCB佈局、濾波、接地、電纜佈線和系統級電磁相容性應設計一併考慮。

Q4：電池感測線束應該使用導電織物還是銅箔？

對於柔性感測裝置而言，導電織物通常更實用。

它可以纏繞在電纜上，並沿著複雜的佈線路徑延伸，而不會像反覆彎曲薄金屬箔那樣產生永久性摺痕。

銅箔可以提供優異的屏蔽性能，但其機械柔韌性和安裝特性必須仔細考慮。

Q5：康力達在電池組應用上有哪些經驗？

康利達的鍍金 SMT 導電泡棉、FOF 外殼密封條和全嚮導電泡棉產品已被中國主要電池製造商和汽車 OEM 廠商用於電池組專案。

若要更全面地了解電動車驅動系統、電池管理系統和電力電子設備中的電磁幹擾屏蔽，請參閱電動車電磁幹擾屏蔽：電驅動和電池管理系統中的導電泡棉墊片。

Konlida是誰？

蘇州康利達精密電子有限公司成立於2006年，專門從事電磁幹擾屏蔽和熱管理材料的研發和製造。

製造能力

• 45,000平方公尺的生產設施
• 30條導電泡棉生產線
• 24台旋轉式模切機
• 日產能高達200萬件
• 本公司自主研發的第四代自動化包裝成型設備
• IATF 16949、ISO 13485 及 ISO 9001 認證
• 1000級無塵室生產

技術能力

• 在電磁幹擾屏蔽材料領域擁有近20年的經驗
• 從材料開發到成品製造的一體化能力
• 電磁相容性和可靠性實驗室
• 測試屏蔽效能和環境可靠性的能力
• 自主研發超薄導電織物及高性能導電泡棉材料
• 原型製作週期最快可達四小時
• 擁有服務主要消費電子和汽車客戶的大規模生產經驗

結論

電動車電池組的電磁幹擾屏蔽並非單一組件的問題。可靠的設計必須將天線前端（AFE）訊號完整性、外殼密封、母線隔離、連接器介面、接地和環境耐久性作為一個整體系統來考慮。

導電泡棉為緊湊型電池組結構提供了一種有效的方法，將電接觸、電磁幹擾屏蔽、機械順應性和密封性結合起來。

對於選擇屏蔽材料的工程師而言，關鍵參數不僅僅是表面電阻或屏蔽效能。壓縮力、恢復性能、溫度範圍、鍍層耐久性、環境耐受性、尺寸一致性和長期可靠性等因素都應根據實際電池組設計進行評估。

康利達的導電泡棉解決方案已應用於多個電動車電池組量產項目。無論您需要快速交付的標準組件，還是用於複雜電池組結構的客製化墊片，我們都能根據您的實際應用需求，提供材料選擇和設計支援。