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            新能源汽車PDU結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)全面解析
            瀏覽: 發(fā)布日期:2018-04-27

            PDU作為新能源汽車產(chǎn)業(yè)中重要一環(huán),本文重點(diǎn)來(lái)給大家介紹《PDU結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)》

             

            第一部分 PDU功能介紹

            高壓配電盒簡(jiǎn)稱配電盒,英文簡(jiǎn)稱PDU(Power Distribution Unit),新能源車高壓系統(tǒng)解決方案中的高壓電源分配單元。通過(guò)母排及線束將高壓元器件電連接,為新能源汽車高壓系統(tǒng)提供充放電控制、高壓部件上電控制、電路過(guò)載短路保護(hù)、高壓采樣、低壓控制等功能等,保護(hù)和監(jiān)控高壓系統(tǒng)的運(yùn)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(tǒng)PDU相比多了整車功能模塊,功能上更加集成化,結(jié)構(gòu)上更復(fù)雜,具有水冷或是風(fēng)冷等散熱結(jié)構(gòu)。PDU配置靈活,可以根據(jù)客戶要求進(jìn)行定制開(kāi)發(fā),能夠滿足不同客戶不同車型需求。PDU的核心理念與方案應(yīng)該是源自軍用飛機(jī),為毛,大家可以自行腦補(bǔ)。

             

               BDU(Battery Disconnect Unit )電池包斷路單元,專為電池包內(nèi)部設(shè)計(jì),也是配電盒的一種。目前PDU都是根據(jù)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(jié)構(gòu)造型設(shè)計(jì)

            電氣原理圖:

            實(shí)物方案:


            一.總體要求:

             

            1.和客戶初步溝通,客戶會(huì)根據(jù)產(chǎn)品應(yīng)用場(chǎng)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(dāng)客戶提出需求時(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)客戶會(huì)和PDU廠商進(jìn)一步確認(rèn)電氣件選型,連接器選型;

            3.內(nèi)部器件要求:裝配便利;維護(hù)方便;所有的電氣件,PCB板都要很方便的維護(hù)。

            4.防護(hù)等級(jí):IP67

             

            二.外殼設(shè)計(jì):

             

            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,戶外粉體,外殼噴粉后鹽霧測(cè)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(jī),噴細(xì)沙,銀色或黑色,鹽霧測(cè)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(shè)計(jì)(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(jù)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(shè)計(jì)(配電盒安裝孔位部件):

             

            1.根據(jù)銅排載流量速算設(shè)計(jì)

            2.根據(jù)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(shù)

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

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

             常用銅排的載流量計(jì)算方法:

              40℃時(shí)銅排載流量=排寬*厚度系數(shù)

              排寬(mm);厚度系數(shù)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(jù)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(cè)為1860A];

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

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

             

            以上所有計(jì)算均精確到與手冊(cè)數(shù)據(jù)相當(dāng)接近。

            五.線束設(shè)計(jì):

            1.根據(jù)線束通過(guò)載流量選用合適線徑,因?yàn)榕潆姾袃?nèi)部空間很緊湊,線束線徑一般不超過(guò)4平方,不然線纜折彎半徑太大不方便裝配;

            2.根據(jù)線徑和兩端連接器件選用合適端子;

            3.電纜線徑選取根據(jù)V下表載流容量的規(guī)定來(lái)選取。

             

             

            第三部分 安規(guī)設(shè)計(jì)

             

            一.爬電距離:

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

            PDU內(nèi)部爬電距離保持在12mm比較合理,一般參考標(biāo)準(zhǔn)IEC 60664或 GB16935,按污染等級(jí)2;污染等級(jí) 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(cè)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;

            客戶有指定其他測(cè)試標(biāo)準(zhǔn),按照客戶指定測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行振動(dòng)測(cè)試

            三.抗振動(dòng)性先按照上述結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)及以往案例進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(cè)試,中間有問(wèn)題在整改。

             

            第四部分 散熱設(shè)計(jì)

             

            一.如果沒(méi)有車載充電機(jī),DCDC電源,按照常規(guī)設(shè)計(jì)即可,小電流選用線束,大電流選用銅排

            二.有車載充電機(jī),DCDC電源,根據(jù)車載電機(jī),DCDC電源發(fā)熱量和客戶確認(rèn)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.有車載充電機(jī),DCDC電源,根據(jù)車載電機(jī),DCDC電源發(fā)熱量和客戶確認(rèn)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(nèi)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(shè)計(jì)

             

            一.上下蓋密封設(shè)計(jì):H型  密封圈  開(kāi)模

             

             1.鈑金件上下蓋防水結(jié)構(gòu):防水螺帽,密封圈 

             

             

            2.鋁壓鑄件上下蓋防水結(jié)構(gòu):密封圈

             

            二.外接連接器處防水設(shè)計(jì):

                 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(tái),凸臺(tái)上做盲孔螺紋固定連接器

             

            六部分 EMC設(shè)計(jì)

             

              電磁兼容(EMC)是對(duì)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(píng)定,是產(chǎn)品質(zhì)量最重要的指標(biāo)之一,電磁兼容的測(cè)量由測(cè)試場(chǎng)地和測(cè)試儀器組成。

            EMC設(shè)計(jì)問(wèn)題如下:

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

            2.BMS, DCDC電源,車載充電機(jī),這些電氣件出廠時(shí)一般都做了EMC驗(yàn)證,都在國(guó)標(biāo)規(guī)定范圍內(nèi)。

            3.EMS不過(guò)的話和廠商協(xié)同處理靠廠商搞定,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要方法是加高導(dǎo)電性屏蔽罩,廠商自己整改;因?yàn)槭荘DU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(shè)計(jì)

             

            仿真設(shè)計(jì)分為熱仿真,受力分析:

            1.靠經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)出3D;

            2.根據(jù)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(biāo)準(zhǔn)。