【模组设计】电池模组集成母排设计与技术发展

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①集成母排概述

电池模组集成母排，也被称为 CCS（Cells Contact System），是电池模组中的关键部件。它主要由信号采集组件、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。

信号采集组件包括线束、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。塑胶结构件主要用于支撑和固定信号采集组件以及其他部件，确保整个系统的稳定性和可靠性。铜铝排是集成母排中的导电部分，用于实现电芯之间的高压串并联连接，具有良好的导电性能和机械强度，能确保电池系统的高效运行。

集成母排实现了电芯高压串并联，以及电池的温度采样、电芯电压采样、过流熔断功能，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。它具有结构轻薄、集成度高、密封性好、耐候性强、安装简单、自动化程度高等优点，广泛应用于新能源汽车、储能电池模组等领域，有助于提升电池系统的性能和安全性。例如，在新能源汽车领域，集成母排可以实现电池的高压串并联和温度、电压等信息的采集，为 BMS 系统提供重要数据，提高电池包空间利用率及组装效率，符合汽车轻量化、零部件系统集成化及大模组化趋势。

②技术路线及发展

CCS根据信号采集组件的不同，有线束、PCB、FPC、FFC、FDC、FCC等方案。集成工艺包括注塑支架、吸塑板、热压、PC模切等，目前呈现多种技术路线并行发展的局势。

CCS涉及的材料包括热压绝缘膜、铝排、吸塑盘、注塑支架、PCB/FPC/FFC组件等。

（一）技术路线演变

在电池模组集成母排的发展历程中，技术路线经历了显著的演变。早期，主要采用传统线束方案，然而这种方案在连接电池包时，每一根线束只能到达一个电极，当动力电池包电流信号很多时，需要大量线束配合，对空间的挤占大，且在 Pack 装配环节依赖工人手工固定，自动化程度低。

随着技术的不断进步，FPC、FFC、FDC 等方案逐渐兴起，呈现出多元化的发展态势。FPC 是以聚酰亚胺或聚酯薄膜为基材制成的柔性印制电路板，具有配线密度高、重量轻、厚度薄、弯折性好等特点，是目前 CCS 集成母排替代线束的主流方案，市场占比高。但 FPC 也存在材料与设备成本高、加工流程复杂、制程有污染不环保等局限性。

FFC 是以 PET 为基材的柔性扁平线缆，通过自动化设备生产线压合而成，具有柔韧性好、可随意折叠弯曲、厚度薄、体积小、连接简单等优点。FFC 软排线工艺成熟，结构相对简单，生产效率高，具有成本优势，在新能源汽车上的应用场景不断扩大。

FDC 是一种以聚酰亚胺或聚酯薄膜为基材，经过模切工艺制成的柔性模切线路板，加工工序少，工艺环保，加工周期短，效率高，可有效节约生产加工成本，相对 FPC 可减少约 30% 的成本，可作为 FPC 的低成本替代方案。

（二）市场规模增长

随着新能源车、储能产业的快速发展，集成母排市场需求稳步提升。据相关数据预测，2028 年全球动力、储能电池集成母排市场空间合计有望达 271 亿元，2023 - 2028 年 CAGR 达 24%。

新能源车方面，新能源汽车续航里程增加，推动电池模组中电芯集成度上升，对集成母排的需求也日益增长。集成母排将铝巴、信号采集组件、绝缘材料等通过热压合或铆接等方式组合在一起，具有结构轻薄、集成度高等优势，能够提升电池包成组效率和空间利用率。

储能领域，目前储能电池仍较多使用传统线束产品，但随着储能电池对电芯采样要求以及集成化程度的提升，集成母排方案开始逐步替代传统线束，其渗透率有望持续提升。预计未来，随着新能源车和储能产业的不断发展壮大，集成母排市场规模将持续扩大。

③设计要点与优势

（一）设计要点解析

1.结构设计：集成母排的结构设计应合理，具有足够的机械强度和刚度，能够承受安装、运输和使用过程中的振动、冲击等外力作用。例如，采用高强度的塑胶结构件和铜铝排，通过优化设计确保各部件之间的连接牢固可靠。同时，结构设计应考虑到便于维护和检修，方便工作人员进行日常检查、故障排查和更换部件。

2.电气设计：电气设计应确保电流传输稳定、高效，同时防止电气故障的发生。信号采集组件如 FPC、FFC 等应具备良好的导电性能，能够准确采集电池的温度和电压信息，并将其传输到 BMS 系统。铜铝排作为导电部分，应选择合适的材质和规格，以满足不同电流强度的需求。此外，电气设计还应考虑到过流保护等功能，如在出现过大电流时，集成母排能够熔断保护电路，防止电池过度充电或电流异常对电池的损害。

3.热设计：热设计应合理，能够有效散热，防止因过热导致的性能下降或安全事故。由于电池在工作过程中会产生热量，集成母排应采用导热性能良好的材料，如铜铝排等，将热量快速传导出去。同时，可以通过优化结构设计，增加散热面积，提高散热效率。例如，在集成母排上设置散热片或通风孔等，以加强散热效果。

（二）显著优势体现

1.生产加工简单：集成母排将信号采集组件、塑胶结构件、铜铝排等通过热压合或铆接等工艺连接成一个整体，相比传统线束方案，生产加工更加简单。传统线束方案需要大量的手工操作，如将每一根线束连接到电池包上，而集成母排可以实现自动化生产，提高生产效率，降低生产成本。

2.自动化程度高：集成母排的生产过程中，可以采用自动化设备进行加工和组装，如 FFC 的生产采用自动化设备生产线压合而成，大大提高了生产效率和产品质量。同时，在新能源汽车和储能电池模组的装配过程中，集成母排也更适合自动化装配，减少人工操作，降低接线连接错误，满足汽车生产的高度自动化要求。

3.线路密封性好：集成母排采用塑胶结构件等对线路进行密封，能够有效防止外界环境对线路的影响，提高线路的可靠性和稳定性。例如，在防止热压空鼓的汽车动力电池集成母排中，通过在上下绝缘膜上开设排气槽，既能够在热压时将空气排出，又能保证对模组隔离板、双面膜、镍片、输出极和铝巴等元件进行保护，避免电芯焊接时的焊渣掉落到电池模组里面引起安全隐患，同时提高了线路的密封性。

4.可靠度高：集成母排通过优化设计和采用高质量的材料，具有较高的可靠度。信号采集组件如 FPC、FFC、FDC 等具有高度可靠性和可挠性，能够在复杂的工作环境下稳定运行。同时，集成母排还具备过流保护、温度采样、电芯电压采样等功能，能够实时监测电池的工作状态，提高电池系统的安全性和可靠性。

5.对电池电芯有保护作用：集成母排不仅能够实现电池的高压串并联和温度、电压等信息的采集，还能对电池电芯起到保护作用。例如，当出现过大电流时，集成母排能够熔断保护电路，防止电池过度充电或电流异常对电池的损害。此外，集成母排的结构设计和材料选择也能够减少外界因素对电池电芯的影响，延长电池的使用寿命。

④未来发展趋势

（一）技术趋势

电池模组集成母排在未来将持续向高精度、高集成度和智能化方向发展。随着电子技术的不断进步，对电池管理系统的精度要求越来越高。集成母排作为 BMS 系统的重要组成部分，其信号采集组件如 FPC、FFC、FDC 等将不断优化，提高温度和电压采集的精度，为电池管理提供更准确的数据。

高集成度方面，未来的集成母排将进一步整合更多的功能模块。例如，除了现有的温度采样、电芯电压采样和过流熔断功能外，还可能集成电池状态监测、故障诊断等功能，实现一体化的电池管理解决方案。同时，通过优化结构设计和采用更先进的制造工艺，将更多的部件集成在更小的空间内，实现小型化的目标。

智能化是未来发展的重要方向。集成母排将配备智能传感器和通信模块，能够实时监测电池的工作状态，并将数据传输到云端进行分析和处理。通过大数据和人工智能技术，可以实现对电池的远程监控和预测性维护，提高电池系统的可靠性和安全性。

（二）市场趋势

随着新能源汽车和储能产业的持续发展，对电池模组集成母排的需求将不断增长。预计未来几年，全球和国内的新能源汽车市场将继续保持快速增长态势，这将带动 CCS 市场的迅速发展。同时，在双碳目标的推动下，储能产业有望迎来爆发式增长，为集成母排提供了广阔的市场空间。

在市场竞争方面，随着技术的不断进步和成本的降低，集成母排的市场竞争将更加激烈。一方面，国内外的众多企业将加大研发投入，不断推出性能更优、成本更低的产品；另一方面，企业将更加注重产品质量和服务，通过提高产品的可靠性和稳定性，以及提供完善的售后服务，来赢得客户的信任和市场份额。

（三）应用趋势

未来，电池模组集成母排将在更多领域得到应用。除了新能源汽车和储能电池模组外，还可能在电动工具、电动自行车、无人机等领域发挥重要作用。随着这些领域的快速发展，对小型化、高性能的电池管理系统的需求将不断增加，为集成母排提供了新的应用场景。

例如，在电动工具领域，集成母排可以实现电池的高效充电和放电管理，提高电动工具的使用性能和续航能力。在电动自行车领域，集成母排可以为电池提供更安全、可靠的连接方式，同时提高电池的集成度和空间利用率。在无人机领域，集成母排可以满足无人机对轻量化和高性能电池管理系统的需求，提高无人机的飞行时间和稳定性。

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