PDU作為新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)中重要一環(huán)，本文重點(diǎn)來(lái)給大家介紹《PDU結構設計注意事項》。

 

第一部分 PDU功能介紹

高壓配電盒簡(jiǎn)稱(chēng)配電盒，英文簡(jiǎn)稱(chēng)PDU（Power Distribution Unit），新能源車(chē)高壓系統解決方案中的高壓電源分配單元。通過(guò)母排及線(xiàn)束將高壓元器件電連接，為新能源汽車(chē)高壓系統提供充放電控制、高壓部件上電控制、電路過(guò)載短路保護、高壓采樣、低壓控制等功能等，保護和監控高壓系統的運行。

 

PDU也能夠集成BMS主控、充電模塊、DC模塊、  PTC控制模塊等功能，與傳統PDU相比多了整車(chē)功能模塊，功能上更加集成化,結構上更復雜，具有水冷或是風(fēng)冷等散熱結構。PDU配置靈活，可以根據客戶(hù)要求進(jìn)行定制開(kāi)發(fā)，能夠滿(mǎn)足不同客戶(hù)不同車(chē)型需求。PDU的核心理念與方案應該是源自軍用飛機，為毛，大家可以自行腦補。

 

   BDU(Battery Disconnect Unit )電池包斷路單元，專(zhuān)為電池包內部設計，也是配電盒的一種。目前PDU都是根據車(chē)廠(chǎng)需求定制，因此收集客戶(hù)需求及客戶(hù)整車(chē)電氣性能很重要。

 

第二部分 結構造型設計

電氣原理圖：

實(shí)物方案：

一.總體要求：

 

1.和客戶(hù)初步溝通，客戶(hù)會(huì )根據產(chǎn)品應用場(chǎng)景（大巴車(chē)，公交車(chē)，乘用車(chē)，物流車(chē)），年需求量，初步給出選用下列外殼類(lèi)型：塑膠，鈑金，鋁壓鑄等三種外殼材料，塑膠外殼一般用在BDU上；

2.當客戶(hù)提出需求時(shí)，PDU電氣原理圖已經(jīng)繪制好，大致外形尺寸已經(jīng)給出，此時(shí)客戶(hù)會(huì )和PDU廠(chǎng)商進(jìn)一步確認電氣件選型，連接器選型；

3.內部器件要求：裝配便利；維護方便；所有的電氣件，PCB板都要很方便的維護。

4.防護等級：IP67

 

二.外殼設計：

 

1.鈑金外殼：

    材質(zhì)：冷軋板SPCC，鋁板AL6061 OR AL5052，不銹鋼SUS304，SUS316，不銹鋼不好加工，一般不選；

    表面處理：噴粉，戶(hù)外粉體，外殼噴粉后鹽霧測試48小時(shí)不生銹

    板厚：SPCC1.5-2.0mm;AL6061 1.5-2.0mm;SUS304：1.0-1.5mm

2.壓鑄鋁外殼：

    材質(zhì)：ACD12

    表面處理：噴砂樣機，噴細沙，銀色或黑色，鹽霧測試48小時(shí)不生銹

板厚：4.0mm左右

3.塑膠外殼：

    材質(zhì)：硬質(zhì)塑料：PC,PA

    表面處理：烤漆

板厚：4.0mm左右

 

三.搭鐵設計（配電盒安裝孔位部件）：

 

1.鈑金外殼：

    板厚3mm左右，滿(mǎn)焊

2.壓鑄鋁外殼：

    厚度5mm左右，和殼體壓鑄一體成型

3.搭鐵孔一般是腰型孔，大小根據客戶(hù)螺絲大小決定，大多選用M5或M6螺絲固定配電盒

四.銅排設計（配電盒安裝孔位部件）：

 

1.根據銅排載流量速算設計

2.根據下表查詢(xún)載流量：

估算法:

單條銅母排載流量= 寬度(mm) X 厚度系數

雙母排載流量= 寬度(mm) X 厚度系數 X 1.5(經(jīng)驗系數)

銅排和鋁排也可以按平方數來(lái),通常銅應該按5-8A/平方,鋁應該按3-5A/平方

 常用銅排的載流量計算方法：

　　40℃時(shí)銅排載流量=排寬*厚度系數

　　排寬(mm);厚度系數為:母排12厚時(shí)為20;10厚時(shí)為18;依次為:[12-20，10-18，8-16，6-14，5-13，4-12].

雙層銅排[40℃]=1.56-1.58單層銅排[40℃]（根據截面大小定）

3層銅排[40℃]=2單層銅排[40℃]

4層銅排[40℃]=單層銅排[40℃]*2.45(不推薦此類(lèi)選擇,最好用異形母排替代)

　　銅排[40℃]= 銅排[25℃]*0.85

　　鋁排[40℃]= 銅排[40℃]/1.3

　　例如求TMY100*10載流量為：

　　單層：100*18=1800(A)[查手冊為1860A]；

　　雙層：2(TMY100*10)的載流量為：1860*1.58=2940(A)；[查手冊為2942A]；

　　三層：3(TMY100*10)的載流量為：1860*2＝3720(A)[查手冊為3780A]

 

以上所有計算均精確到與手冊數據相當接近。

五.線(xiàn)束設計：

1.根據線(xiàn)束通過(guò)載流量選用合適線(xiàn)徑，因為配電盒內部空間很緊湊，線(xiàn)束線(xiàn)徑一般不超過(guò)4平方，不然線(xiàn)纜折彎半徑太大不方便裝配；

2.根據線(xiàn)徑和兩端連接器件選用合適端子；

3.電纜線(xiàn)徑選取根據V下表載流容量的規定來(lái)選取。

 

 

第三部分 安規設計

 

一.爬電距離：

高壓配電盒的爬電距離滿(mǎn)足GB/T 18384.1中規定的相關(guān)爬電要求。

PDU內部爬電距離保持在12mm比較合理，一般參考標準IEC 60664或 GB16935，按污染等級2；污染等級 2，考慮裝配公差和失效需要增大1~2mm  

 

二.抗振動(dòng)性：

一般按照QC/T413-2002測試

頻率：25～500Hz 每個(gè)方向8小時(shí)(箱體安裝面法為Z向)

Z方向加速度30m/s2,振幅1.2mm;

Y方向加速度15m/s2,振幅0.6mm;

X方向加速度15m/s2,振幅0.6mm;

客戶(hù)有指定其他測試標準，按照客戶(hù)指定測試標準進(jìn)行振動(dòng)測試

三.抗振動(dòng)性先按照上述結構設計注意事項及以往案例進(jìn)行結構設計3D完成后，用軟件進(jìn)行受力模擬，沒(méi)有問(wèn)題打樣實(shí)物測試，中間有問(wèn)題在整改。

 

第四部分 散熱設計

 

一.如果沒(méi)有車(chē)載充電機，DCDC電源，按照常規設計即可，小電流選用線(xiàn)束，大電流選用銅排

二.有車(chē)載充電機，DCDC電源，根據車(chē)載電機，DCDC電源發(fā)熱量和客戶(hù)確認采用風(fēng)冷散熱，發(fā)熱源貼在配電盒壁上，配電盒發(fā)熱源壁上加散熱片，散熱片上加防水散熱風(fēng)扇

三.有車(chē)載充電機，DCDC電源，根據車(chē)載電機，DCDC電源發(fā)熱量和客戶(hù)確認采用液冷散熱，冷凍液用油或者冷凍液。銅管穿過(guò)配電盒，水冷散熱片，散熱片里面有銅管

四.配電盒內部溫升一般在30K,不超過(guò)50K

下圖為散熱方案：

 

第五部分 密封設計

 

一.上下蓋密封設計：H型  密封圈  開(kāi)模

 

 1.鈑金件上下蓋防水結構：防水螺帽，密封圈 

 

 

2.鋁壓鑄件上下蓋防水結構：密封圈

 

二.外接連接器處防水設計：

     1.選用防水連接器

     2.鈑金件外殼：固定連接器的位置，鉚接防水螺帽

     3.鋁壓鑄件外殼：固定連接器的位置，做凸臺，凸臺上做盲孔螺紋固定連接器

 

第六部分 EMC設計

 

  電磁兼容（EMC）是對電子產(chǎn)品在電磁場(chǎng)方面干擾大?。‥MI）和抗干擾能力（EMS）的綜合評定，是產(chǎn)品質(zhì)量最重要的指標之一，電磁兼容的測量由測試場(chǎng)地和測試儀器組成。

EMC設計問(wèn)題如下：

1.只有在PDU里面加了BMS，DCDC電源，車(chē)載充電機等其中的一種或幾種才考慮EMC

2.BMS, DCDC電源，車(chē)載充電機，這些電氣件出廠(chǎng)時(shí)一般都做了EMC驗證，都在國標規定范圍內。

3.EMS不過(guò)的話(huà)和廠(chǎng)商協(xié)同處理靠廠(chǎng)商搞定，結構設計主要方法是加高導電性屏蔽罩，廠(chǎng)商自己整改；因為是PDU一般是金屬外殼，可以有效屏蔽電磁干擾，EMI可以完美解決。

 

 

第七部分 建模仿真設計

 

仿真設計分為熱仿真，受力分析：

1.靠經(jīng)驗設計出3D；

2.根據3D模型用軟件模擬散熱和受力；

3.熱仿真和受力分析可以參考行業(yè)標準。