了解壓力分佈與FSR技術在電動車電池設計驗證中的應用

前言

隨著電動車（EV）邁入量產階段，電池設計所面臨的挑戰也日益複雜。如今的重點不再只是追求高容量和快充速度，結構穩定性與耐久性也變得同樣重要。

其中一個越來越受關注的議題，就是電池模組內部的壓力變化。壓力變化可能影響電芯之間的貼合緊密度、熱能傳導效率，甚至影響時間使用下的密封性與結構強度。

為了支援電池設計的驗證工作，部分研發團隊開始導入壓力分佈量測技術，搭配客製化的FSR（力敏電阻）矩陣。這些柔性感測層可在產品開發與測試階段暫時安裝，用來觀察壓力的分佈和變化。雖然這類感測器不會留在最終產品中，但卻能在設計驗證階段提供關鍵資訊，有助於提升組裝品質與整體可靠性。

透過壓力分佈技術，掌握電池設計與驗證的關鍵細節

1. 充放電週期中的壓力變化

鋰電池在充放電過程中會出現輕微的膨脹與收縮。雖然這些變化幅度不大，但隨著時間累積，可能導致以下問題:

• 電芯出現位移或排列不整齊
• 壓力集中於電池外殼，影響結構強度
• 熱傳導路徑產生變化，影響散熱效能

若能在電池模組設計驗證階段，於原型中暫時安裝超薄型 FSR（力感測電阻）壓力矩陣感測，就能在模擬真實使用情境下，即時觀察這些細微的壓力變化。
這些第一手的量測數據，有助於工程團隊進行以下優化:

• 調整電池外殼的剛性或加強支撐設計
• 改善熱管理與散熱配置
• 提前掌握並排除可能導致結構損壞的壓力問題

與其僅依賴電腦模擬，導入FSR壓力感測技術能提供更貼近實際操作條件的驗證依據，進一步提升電池的穩定性與耐用性。

2. 環境耐久測試中的壓力觀測

在實際駕駛環境中，電池模組需要承受來自各種外部條件的挑戰，例如撞擊、振動、水花衝擊與空氣動力產生的壓力。隨著時間累積，這些外部壓力可能導致:

• 電池外殼出現裂縫或變形
• 密封結構遭到破壞，導致水氣或灰塵侵入
• 結構部位產生疲勞裂痕或損壞

在環境模擬測試中，可透過鋪設FSR壓力感測墊，記錄如路面碎石撞擊、高壓清洗等模擬情境下的壓力分佈情況。
這些數據可幫助工程師:

• 強化強化高應力集中或反覆受力的結構區域
• 選用更堅固或具彈性的外殼材料
• 優化保護機構設計，提升整體耐久性

透過壓力分佈圖像，研發團隊能更具體地辨識弱點區域，進一步優化電池模組的結構與可靠性設計。

3. 模組組裝過程中的壓力均勻性

在電池模組的組裝階段，確保壓力分佈均勻是維持長期性能的關鍵。如果壓力施加不均，可能導致:

• 電芯之間的電氣接觸不良
• 在振動或熱循環下，更容易發生損壞
• 模組品質不穩定，導致良率下降

透過在早期組裝驗證階段導入FSR感測層，可即時監控每顆電芯所受到的壓力分佈情況，確認是否壓力一致。
這有助於:

• 微調壓裝設備的參數設定
• 降低電芯變形或組裝缺陷的風險
• 提升整體製程的一致性與可控性

將FSR應用於實際組裝壓力驗證，不僅能提升品質控制，也強化了產品在量產過程中的可靠性。

結論

雖然FSR矩陣感測不會出現在最終的電池產品中，但它在研發與驗證階段扮演了不可或缺的角色。從充放電反應、外部衝擊到組裝壓力，這些實測的壓力分佈數據，讓工程團隊能夠及早發現潛在問題，並持續優化設計。

隨著EV電池朝向更高能量密度與更精密結構發展，導入壓力感測技術將不再只是選項，而是確保品質、耐用性與安全性的必要手段。