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新能源汽車(chē)PDU結構設計全面解析
瀏覽: 發(fā)布日期:2018-04-27

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

 

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。