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    新能源汽車PDU結構設計全面解析
    瀏覽: 發布日期:2018-04-27

    PDU作為新能源汽車產業中重要一環,本文重點來給大家介紹《PDU結構設計注意事項》。

     

    第一部分 PDU功能介紹

    高壓配電盒簡稱配電盒,英文簡稱PDU(Power Distribution Unit),新能源車高壓系統解決方案中的高壓電源分配單元。通過母排及線束將高壓元器件電連接,為新能源汽車高壓系統提供充放電控制、高壓部件上電控制、電路過載短路保護、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,具有水冷或是風冷等散熱結構。PDU配置靈活,可以根據客戶要求進行定制開發,能夠滿足不同客戶不同車型需求。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,專為電池包內部設計,也是配電盒的一種。目前PDU都是根據車廠需求定制,因此收集客戶需求及客戶整車電氣性能很重要。

     

    第二部分 結構造型設計

    電氣原理圖:

    實物方案:


    一.總體要求:

     

    1.和客戶初步溝通,客戶會根據產品應用場景(大巴車,公交車,乘用車,物流車),年需求量,初步給出選用下列外殼類型: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.當客戶提出需求時,PDU電氣原理圖已經繪制好,大致外形尺寸已經給出,此時客戶會和PDU廠商進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: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,戶外粉體,外殼噴粉后鹽霧測試48小時不生銹

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

    2.壓鑄鋁外殼:

        材質:ACD12

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

    板厚:4.0mm左右

    3.塑膠外殼:

        材質:硬質塑料: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(經驗系數)

    銅排和鋁排也可以按平方數來,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℃時銅排載流量=排寬*厚度系數

      排寬(mm);厚度系數為:母排12厚時為20;10厚時為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.線束設計:

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

    2.根據線徑和兩端連接器件選用合適端子;

    3.電纜線徑選取根據V下表載流容量的規定來選取。

     

     

    第三部分 安規設計

     

    一.爬電距離:

    高壓配電盒的爬電距離滿足GB/T 18384.1中規定的相關爬電要求。

    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.抗振動性:

    一般按照QC/T413-2002測試

    頻率:25~500Hz 每個方向8小時(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;

    客戶有指定其他測試標準,按照客戶指定測試標準進行振動測試

    三.抗振動性先按照上述結構設計注意事項及以往案例進行結構設計3D完成后,用軟件進行受力模擬,沒有問題打樣實物測試,中間有問題在整改。

     

    第四部分 散熱設計

     

    一.如果沒有車載充電機,DCDC電源,按照常規設計即可,小電流選用線束,大電流選用銅排

    二.有車載充電機,DCDC電源,根據車載電機,DCDC電源發熱量和客戶確認采用風冷散熱,發熱源貼在配電盒壁上,配電盒發熱源壁上加散熱片,散熱片上加防水散熱風扇

    三.有車載充電機,DCDC電源,根據車載電機,DCDC電源發熱量和客戶確認采用液冷散熱,冷凍液用油或者冷凍液。銅管穿過配電盒,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

     

    六部分 EMC設計

     

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

    EMC設計問題如下:

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

    2.BMS, DCDC電源,車載充電機,這些電氣件出廠時一般都做了EMC驗證,都在國標規定范圍內。

    3.EMS不過的話和廠商協同處理靠廠商搞定,結構設計主要方法是加高導電性屏蔽罩,廠商自己整改;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標準。



     

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