需要知道的BMS上PCB相关概念与要求

今天想聊一聊BMS上面PCB相关的内容。

百度的定义是：PCB（Printed Circuit Board），中文名称为印制电路板，又称印刷线路板，是重要的电子部件、电子元器件的支撑体，是电子元器件电气相互连接的载体。

针对电动汽车BMS上使用的PCB板，今天一起看下它的板层结构、关键参数以及尺寸成本。

板层结构

在Layout工程师将GERBER文件发给PCB厂家制作时，一般会对PCB的板层结构做要求，如下图所示：对层数、板厚、铜厚、PCB材质都会提要求，PCB厂家根据这些要求来确认是否可以实现以及是否存在问题；下图中有两个部分需要着重看下，即CORE（芯板）与PP（半固化片），其中PP对应下图中的2116以及7628，它们代表的厚度不同，BMS上的PCB一般为4-6层板就可以满足要求了。

PCB的关键组成部分如下图（来自于网络），其中CORE被称为芯板，就是指覆铜板，它是将电子玻纤布或其它增强材料浸以树脂，一面或双面覆以铜箔并经热压而制成的一种板状材料；而PP（半固化片）是指经过处理的玻纤布，浸渍上树脂胶液，再经热处理（预烘）使树脂进入B阶段而制成的薄片材料，其在加热加压下会软化，冷却后会反应固化。

关键概念与参数

FR-4

首先明确FR-4的概念，即FR-4是一种耐燃材料等级的代号，具体是指树脂材料经过燃烧状态必须能够自行熄灭的一种材料规格，它不是一种材料名称，而是一种材料等级，因此一般电路板所用的能满足FR-4等级的材料就非常多，但是大多数场合都是指以环氧树脂加上填充剂以及玻璃纤维所做出的复合材料，即环氧树脂玻纤板。

另外，在PCB加工时虽然指定板材为FR-4，即指定为环氧树脂玻纤板，但是里面还是有很多材质的区分，例如PP使用的树脂不同就可以有很多种的板材型号；对于板材的选择，这部分工作大多数都被我们硬件设计人员忽略了，而是由PCB厂家来代替我们完成的。

Tg值\Td值

Tg值是一个关于板材特性的参数，它代表玻璃化转变温度（Glass TransitionTemperature），指的是材料从一个相对刚性的玻璃状态转变为相对柔软的高弹态所对应的温度，对于PCB板材来讲，Tg越高，其耐热性能越好，硬度越高，成本也越高；在BMS上的PCB常见的选择是Tg≥170℃。

Td值代表热分解温度（Thermal Decomposition Temperature），指板材受热分解时其热失重达到5%时的温度，一般Td＞300℃，远远大于Tg值，这个温度大家很少关注，但是它与焊接直接相关；下图为台光的一款PCB板材EM-370(Z)，也是汽车常用的板材型号，可以清晰看到Tg与Td的差异。

到这里有同学就问了，PCBA贴片时的炉温在260℃左右，会大于Tg，那会不会有问题？当然没有问题，只有温度高于Td时，才会有风险。

CTI

相比漏电起痕指数(或称电痕化指数Comparative Tracking Index ,CTI）：指材料表面经受住50滴电解液（0.1%氯化铵水溶液）而没有形成漏电痕迹的最高电压值，单位为V；PCB也是有具体的CTI要求，它会影响PCB表面安规距离的计算，BMS上面一般选取PCB的CTI≥175，大小与PCB表层的油墨材料也有关系。

CAF

全称为导电性阳极丝(CAF：Conductive Anodic Filamentation)，指的是PCB内部铜离子从阳极（高电压）沿着玻纤丝间的微裂通道，向阴极（低电压）迁移过程中发生的铜与铜盐的漏电行为（下图来自于网络）；产生原因大家可以自行查找下，不赘述。

它通常发生在过孔与过孔之间、过孔与内外层导线之间、外层或外层导线与导线之间，从而造成两个相邻的导体之间绝缘性能下降甚至造成短路。说白了就是PCB内部两个不同的网络之间出现了绝缘不良或者短路的情况，所以PCB板材厂家一般会做CAF测试。（下图来自于网络）

尺寸与成本

接下来评估下BMS整个系统上的PCB面积，以MODEL3的BMS为例，整个系统包括了一个主控板、四个从控板，之前都有详细介绍过。

主控板：PCB尺寸为424mm*113mm*1.6mm，表面处理方式为ENIG（NiAu），层数为4层。

从控板：单个PCB尺寸为150mm*140mm*2mm，表面处理方式为ENIG（NiAu），层数为4层。

那么它的整个BMS系统的PCB面积大概为424mm*113mm+150mm*140mm*4≈0.13㎡。

再看下BYD的宋DM-i的BMS，如下图所示：包括了一个主控板、两个从控板以及一个高压板，整个BMS系统的PCB面积大概为135mm*86mm+186mm*87mm*2+120mm*84mm≈0.054㎡。

下面再举一个例子，之前分析过的SK的集中式控制器的PCB尺寸大概为250mm*205mm≈0.05㎡。

从上面对比可知MODEL 3的PCB面积比较大，它是为了配合与模组两边FPC之间的铝丝焊接，所以对PCB宽度有要求，进而PCB面积很大；而集中式BMS的PCB尺寸相对应该是最小的；那么整个BMS系统的PCB总面积大概在0.05㎡~0.1㎡之间；如果BMS都是四层板，而四层板PCB的参考价格按照每平米850元~900元来计算的话，整个BMS系统PCB大概成本为42.5元~90元。

总结：

以上所有，仅供参考。