大道至简，电动汽车的一体化从母排出发

新能源汽车行业涌现出不少创新，CTC极度简化电池结构，800V平台将电压提到一个新高度，多合一集成化系统将车辆的空间利用和性能最大化。这些创新展现出电动汽车行业对集成化和一体化的要求越来越高，也持续追求着高电压大电流带来的功率提升。

结合如今电动汽车行业已经表现出来的发展特征和趋势，高压连接对灵活性、低电感、大电流、可靠性提出了更高的要求。

叠层母排为什么是高压连接的理想选择？

高压连接贯穿动力电池、电驱动和其他电子部件，是整车电气架构必不可少的组件。

高压连接的载体通常为电缆、传统母排和叠层母排。相比前两种， 叠层母排在电气性能和机械性能两个方面具有更强的优势，从而成为了低电感功率传输路径的关键方式。

电气特性主要体现在载流量、爬电距离、电感。

• 母排相比具有相同横截面积的线缆多支持15%的功率，被视为配电系统中的高速路，因此在承载高电流的场景里受到重视。叠层母排将多层铜排与绝缘材料层压成为一个整体，导电层面积增大，提升了载流量，也增加了散热面。其可工作的电压高达几千伏，电流高达1000A。

• 这种整体性的安装也可以在爬电距离方面给以更好的控制。 考虑到800V电压平台的电动汽车对绝缘的需求，叠层母排的使用变得更有意义。

• 叠层母排的电感远远小于铜排，可以大幅降低分布电感，在一定程度上减少电压尖峰，保护IGBT等电子。尤其SiC半导体器件的开关频率更高，因此它的杂散电感必须尽可能低，以避免出现过高的尖峰。

机械特性在于灵活设计和可靠性。

• 与电缆不同的是，叠层母排的设计可以多样化，比如L型、U型、长条形，形成更精确的角度。各种折弯使之更为紧密地贴合车辆轮廓。刚性的结构又可以更好地适应自动化组装，使安装变得简单、快捷。

• 由于电动汽车在行驶过程中会不停地振动，底部的电能脉络往往牵一发而动全身。高压连接必须经久耐用，能够承受高水平的振动，且在极端的温度环境中能够正常工作。叠层母排具备连接高压部件，保证驾乘人员的安全的刚性。

由此，叠层母排成为电动汽车高压连接的理想选择，在逆变器电流输入、转换、输出，动力电池内部，以及电能分配各大小环节中扮演着重要角色。

更进一步，面对当下和未来动力电池、电驱动等关键部件的集成化，叠层母排在与其他元器件的快速互连上发挥出更高价值。

综合考虑性能、成本和安全的逆变器母排设计

NE时代整理今年电驱动系统装机数据后发现，三合一及以上电驱动系统已经占到半壁江山，系统的集成度越来越高，往六合一、七合一甚至八合一的方向不断演进，而且应用经验越来越丰富。

在系统集成逐渐深化的过程中，逆变器被持续地小型化、高功率化、高压化，需要低电感、可靠的、布局灵活的内部组件，如叠层、集成的母排。

身为电能从动力电池向电驱动传输和转换的核心部件，逆变器从直流母线接收电池输出的部分高压直流电，将其转换为交流电后驱动电动机。因而，逆变器对叠层母排的应用基本上围绕着DC输入、IGBT电路板和AC输出，提供了几种综合考虑性能、成本和安全可靠的一体化设计思路。

为了减少等效串联电感，一些企业要求将DC输入端的叠层母排与电容集成起来。该方案可以简化母排和电容主体的连接装配工作，降低装配成本，而且在外形和布局上更为灵活。

以罗杰斯公司研发出的ROLINX® CapLink解决方案为例，我们可以一探上述一体设计的究竟。与传统电容器组不同，ROLINX CapLink产品没有标准布局，在外形和布局上更为灵活。母排自身的形状或矩形或为圆形，非常适用于紧凑的动力总成，可极大缩小逆变器的整体尺寸。

罗杰斯在母排上预组装了AEC-Q200的汽车级电容，可以通过设计优化保证最优的低电感设计。同时，客户无需投资工装和模具，省去了单独采购母排和电容带来的组装和测试成本。这种一体化的母排方案可加快产品入市的速度，降低时间成本。

据NE时代了解，将电容和厚度在0.8mm 以上的铜导体集成需要全新的技术。为了将电容固定到 ROLINX 叠层母线排上，罗杰斯还开发了一系列独特的焊接工艺，从激光焊接到波峰焊和机器人焊接，都可以处理厚度在0.6到2 mm的铜材，并保证焊接的可靠性。

针对IGBT电路板，罗杰斯提出ROLINX PowerCircuit® 解决方案，这是一种具有PI绝缘层的厚铜电路，用于在更高功率水平下取代PCB。该方案是更经济的厚板替代方案，可以承受最大800V电压，高达500kW的功率。而且它具有叠层母排灵活折弯的能力，同时可以预优化设计产品的额电感及导通阻抗等相关技术指标，更好的支持功率模块的工作。

对于AC-OUT处的叠层母排，罗杰斯提出了一种喷粉母排方案，ROLINX® Compact采用环氧粉末涂层母线。喷粉的方案免去了热缩套管的使用，绝缘层更薄，可忍受125℃的高温，设计更为紧凑。

综合来看，三种叠层母排方案的ROLINX CapLink更紧凑、电感极低、成本更低，ROLINX PowerCircuit能够承受更高功率，ROLINX Compact设计灵活，帮助逆变器实现小型设计，能够在更高切换频率、更高电压和更高温度条件下工作，同时将功耗降至最低。

最长距离、集成最复杂的电连接

电动汽车以PDU为中心，将电能从动力电池向逆变器、OBC、空调压缩机等辐射，连接成一个网状。这张网对不同位置的连接要求并非总是相似的，也不如想象般简单，需要权衡设计决策。

电池输出主干连接必须能够承载高压大电流传输，甚至横跨纵向车身支持四驱车辆双控制器设计方案，或CTP方案的从后端电源向逆变器供电的连接。

现有的在长距离范围内传输能量的载体包含电缆、传统铜排、软母排。与粗电缆相比，软母排需要的绝缘空间较小，降低了电路的长度，数量和重量。与传统的铜排设计相比，软母排有较强的柔韧性，抗震能力强，而且有较大的弯曲度与易成型的特点，节省安装时间。

罗杰斯ROLINX® Flex软母排方案将带有绝缘的柔性连接端子和硬叠层母排组合，适用于电动汽车内部振动与热膨胀环境。一体化的设计可以快速交付和装配，节省空间。

与一般软铜排不同的是，罗杰斯对ROLINX Flex的成本和重量进行了优化。通过独特的焊接技术，罗杰斯可以将不同导电性和机械硬度的材料（不同的铝合金组合，铜和铝）焊接在一起，在满足整体系统良好导电性的同时，降低产品的重量和成本。

母排通常由铜或铝制成，铝具有更高的质量导电性，成本更低，而铜具有更高的体积导电性，对于空间受限的部件更有利。若能结合两种材料的优点，对导体的成本和重量将是有利的。

从规格上看，单层铜排的厚度可以达到6mm，是许多母排生产商所不能的厚度，从而能够承载足够大的电流，最大可以做到2m长。

连接到各个高压系统部件的PDU无疑是核心，外部具有多个接口，内部的铜排数量多，质量重，装配工艺复杂。因此优化PDU至关重要。

罗杰斯提出将多个铜排层压为叠层母排，每层之间压制绝缘层，每个铜层设置高压器连接端。最终PDU通过该叠层母排向外部不同高压系统进行电能的传送。该方案将零散母排通过叠层母线方案整合为一体化方案，从而降低装配复杂度和分离母排安装过程中可能存在的装配连接隐患。该整合方案同时可以集成特别元器件的组装，如NTC温度传感器，V-SENSE电压传感器。

圆柱电池的最优互连方案

电连接同样是电池包结构的一个必要元素，导线、电缆或金属带等用于数百颗电芯电芯的连接。但这些互连技术结构复杂，且易受车辆行驶振动影响而移位，从而产生危险。

特别是CTP技术大规模应用，CTC即将到来，电芯被加厚或拉长，容量增加，开始作为独立的单元承担起PACK的成型。如何保证大容量电芯集电器的安全、稳固互连成为一个新的问题。

采用圆柱电池或方形电池的主流车厂基本采用母排作为电极连接方式。而且由于母排的表面积较大，方便集成电压、温度传感线路。

各种传感器、和柔性线路板以及功率母排一体化的方案为什么得到多家车企不同电池类型的应用呢？据NE时代了解，一体化方案首先使正负极端子一体成型，易于电芯电极连接，更重要的是保证了电芯与电池管理系统的连接，提高电池包可靠性。从成本上看，一体化设计通过消除不必要的材料和工艺以降低客户综合成本。

但是这套一体化方案在成型过程中也面临着一些挑战。怎么实现铜排与FPC之间的焊接，这本质上是铜与铝之间的焊接难题。罗杰斯为解决该问题研发出独特的工艺，并申请了专利。ROLINX® Hybrid运用特殊专利技术连接外部信号采集板和功率母排，从而实现各种连接器、传感器件和柔性线路板以及功率母排集成的一体解决方案。该套方案在美国和欧洲得到颇为广泛地采用，在圆柱电池领域拥有丰富的应用经验。

随着4680和CTC方案掀起新一轮圆柱电池的装机热潮，ROLINX Hybrid类叠层母排集成方案的应用空间将更为广阔。

相较于方形电池，圆柱电池被视为更适应CTC概念。CTC是用电芯直接集成为底盘的方案，电芯的容量大小、一致性直接关系到CTC的性能是否稳定。目前最大的圆柱电池是4680，容量只相当于方形大电芯的六分之一。即使发生爆炸，4680的风险也会更小，更容易达到安全需求。

CTC的电芯构建成底盘后，填充在底盘的可用空间中。大圆柱电池标准化后相比方形电芯可以更好地适应这些空间，配置更为灵活。而且大圆柱电池因为壳体强度以及卷芯的结构，整个生命周期膨胀率非常小。对于以电芯为最大单元的CTC，较小的膨胀可以最大限度地保证电池的形态，守护电池的安全。

正是因为上述优势，4680大圆柱电池在发布后备受瞩目。短时间内，除了松下和特斯拉外，LG化学、三星SDI、亿纬锂能、宝马等电池厂商、车企将4680的布局规划提上日程。圆柱电池由此迎巨大的市场机遇。

能够将数百颗圆柱电池通过电极互连为一个整体的母排集成方案应用前景将随之增大，成为一种主流方案。

大道至简，从动力电池、逆变器内部的短连接，高压部件之间跨越车身的长连接，配电中心层层叠叠的数量庞大的单导体连接，都在集成的道路上越走越深，追求一体化的简约。这一切又造就更加效率和可靠的电动汽车。

9月21日-22日，2022（第二届）全球xEV驱动系统技术暨产业大会将在上海嘉定隆重召开。届时，罗杰斯全球研发总监兼亚洲区销售总监史维将在 9月22日下午分论坛三的活动现场进行 “罗杰斯母线排在三电系统中的高温与轻量化解决方案”的主题演讲。此外，罗杰斯还将携母排样品亮相该展会，欢迎您莅临14展位进行交流。