扁平电缆(FFC)为电气架构带来新的发展空间

来源：线束世界•作者：线束世界•2024-05-29 10:25

车辆架构正处在一个关键的转型期。随着电动汽车的兴起，面临着一次架构设计上的重大突破，这代表了重新思考电气和电子架构设计的绝佳机会。同时，由于混合动力和内燃机车辆中仍存在大量现有内容，这使得采用创新方法变得同样重要。从12V转变到48V的趋势跨越了所有车型，为重新审视整个过程中所使用的电线和连接器提供了契机。

在这样的背景下，扁平电缆已经成为在特定情况下进行电源和信号连接的关键选择。柔性扁平电缆和柔性印刷电路是主要的两种类型，它们在尺寸、重量、散热和自动化方面都展现出了独特的优势。

为了充分利用这些优势，需要新的制造技术、组件和连接系统，并且开发它们将开启设计灵活性的新境界。

实施再次评估

在对当今电池电动车的内部结构进行审视时，可以明显观察到其构造的扁平化特征，这主要是由于电池组模块以类似瓷砖的方式紧密排列于驾驶舱地板下方所致。同时，各组件之间通过大量的电源线、信号线和数据线相互连接的情况也尤为突出。

结合上述两个因素，不难理解为何汽车制造商越来越关注在电气/电子架构设计中采用扁平电缆的策略。

扁平电缆技术在汽车工业中的应用并非新现象。自1960年代起，该技术便被用于车内连接，旨在减少空间占用。然而，随着细规格导线和端子的普及，原始设备制造商（OEMs）倾向于使用圆形导线以满足其多数需求。

目前，为支持功能丰富且电动化的车辆，行业内对布线和连接的密度要求已达到前所未有的高度。在此背景下，扁平电缆展现出其独特的优势，包括减轻重量、缩小体积、提高散热效率及支持更高程度的自动化。

扁平线缆的应用场所

扁平电缆在现代区域性架构设计中显得尤为重要。区域控制器通过整合输入/输出连接，将线束简化并优化为点对点架构，实现与中央计算单元、分布式设备乃至其他区域控制器之间的并行电源及信号连接。与传统架构相比，这种连接方式减少了电线长度和数量。

扁平电缆亦适用于狭窄空间的线束设计，例如车门、座椅、天线、车顶内衬、前后围板、挡风玻璃雨刷加热器、电动后视镜、前大灯以及尾灯等部位。

扁平电缆的新兴应用领域包括电源/数据总线、直接连接的柔性传感器至电子控制单元（ECU）、摄像头除冰和除雾系统、电动车电池的电流收集器，以及集成了电压感测、温度感测和熔断保护功能的电动车电池互联系统。

扁平电缆复兴

随着扁平电缆在汽车领域重新获得关注，对连接系统技术的创新需求日益增加。本文将展示Aptiv最新的解决策略。

扁平电缆的分类及其特性

扁平电缆主要分为两类：柔性扁平电缆（FFCs）和柔性印刷电路板（FPCs），它们各自具备不同的优势与局限性。

柔性扁平电缆

柔性扁平电缆（FFCs）由若干平行排列的直形铜或铝质导体构成，这些导体通过挤出热塑性绝缘材料，如聚氨酯，或与覆盖材料，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯，进行层压处理实现绝缘。随后，利用激光技术对层压材料进行切割，以露出导体上的接触点。鉴于FFCs的直线特性，它们常被折叠以形成所需形状。

FFCs的连续生产工艺使其长度可任意定制。导体厚度可达1mm以上，但较厚的导体会使FFCs更为刚硬。单根导体的宽度一般不超过16mm，而FFCs的最大宽度则取决于生产工艺。FFCs的生产是制作扁平电缆中最为迅速且经济高效的方法。

可弯曲的印刷电路板

FPCs由柔性铜包层压板制成。根据所需图案，通过掩蔽和化学蚀刻去除铜，随后施加带有切口的覆盖材料以暴露导体接触区域。

FPCs不仅可替代传统电线，还能取代传统刚性印刷电路板。它们支持多层导体，并能将电子元件与表面安装设备、保险丝及交叉点整合。与FFCs相比，FPCs更耐用，且支持最大宽度达600mm。

FPCs通常限于2盎司铜厚度和1.2米长度，且化学蚀刻过程产生大量材料浪费。除FFCs和FPCs外，其他扁平电缆技术正为潜在汽车应用而开发，预计该领域创新将加速。

表格1

扁平电缆的优势

与传统的线束相比，采用扁平电缆具有若干显著优势。

尺寸与重量

扁平电缆技术使得应用较细导体的同时保持机械强度与耐久性成为可能，通常可导致整体线束系统的重量减少达40%，体积缩小达35%，这包括了对连接器、夹具、绑带等所有相关组件的综合考虑。

扁平电缆特有的结构设计是实现这些显著减量的关键所在。对于传统圆线而言，任何尺寸的缩减都受制于单根电缆及其终端必须能够承受连接点和线束所受的任何应力或变形。相比之下，扁平电缆由多层构成，这种结构不仅提供了应力释放，还确保了终端连接的牢固性——这使得在众多应用场景中能够采用更细小的导体。

热量的散逸过程

相较于圆形导线，扁平电缆展现出卓越的热性能。具体而言，扁平电缆在相等体积条件下拥有较大的表面积，有效促进了热量的散发，从而使得同等体积的导体能够承载更高的电流。

设计的灵活性

扁平电缆具备多项显著优点。它们特别适合于平面结构的应用，例如内置于电池模块中。其高度的柔韧性使其成为适应运动或小弯曲半径环境的理想选择，例如应用于方向盘气囊中。扁平电缆可以通过粘合剂进行固定，无需使用机械夹具，且无需额外的绑带或保护层，这些通常是为了保护传统的线束所必须的。

在车辆中，多数设备均需电源及信号连接。本方法允许将电源线和信号线集成至单一扁平电缆中，该电缆作为连接智能车辆架构中主要计算设备的“脊梁”。

自动化适应性

扁平电缆因其稳定的固定几何形态及坚固的结构设计，特别适合自动化应用。该结构便于导体的处理与端接，尤其适合将终端插头插入连接器或进行焊接以连接预置终端。扁平电缆在模块化连接系统中表现出色，并能有效利用该系统的自动化优势。通过采用压力敏感型粘合剂，扁平电缆可由机器人精确地固定于指定位置。

未来扁平电缆的发展需求促使了现代化端子设计的诞生。历史上采用的众多压接式端子已不满足USCAR-21规范，且无法适应更高的电流水平，每种扁平电缆的端子系统都需按照最新客户需求进行严格验证。

Aptiv公司正致力于下一代扁平电缆端子及连接系统的开发，特别强调能够实现稳固无电阻电连接的焊接技术。焊接技术不仅可靠，还适于自动化线束装配的规模化生产。通过改造传统母端子并开发类似“调音叉”的新型母接口，能为扁平电缆提供多样化的解决方案。Aptiv公司计划利用先进的密封剂/胶粘剂以及经验证的硅橡胶连接器密封技术，推出密封性能优异的扁平电缆方案。

随着48V电气架构日益普及，较小导体承载较低电流的扁平电缆应用预计将随之增加，48V电源主干网因扁平电缆卓越的散热性能而获益匪浅。正如电动汽车的广泛推广所展现的，向48V架构的转变为重新审视车辆布线提供了契机。在为48V设计的新设备不断涌现之际，正是为扁平电缆的并行导体定义优化连接器引脚布局的最佳时机。

同样，扁平电缆设计也有望满足高速数据应用的需求，例如与摄像头和雷达传感器的连接。扁平电缆有潜力逐步取代同轴电缆和差分数据对电缆。

虽然扁平电缆并非适用于所有应用，但随着汽车制造商着手设计配备新型电力分配架构、数据通讯方式更为简洁以及整体设计更为简化的下一代车辆，扁平电缆无疑将成为其中的关键组成部分。