干货 | 新能源汽车PDU结构设计全面解析

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PDU作为新能源汽车产业中重要一环，本文重点来给大家介绍《PDU结构设计注意事项》。



第一部分 PDU功能介绍

高压配电盒简称配电盒，英文简称PDU（Power Distribution Unit），新能源车高压系统解决方案中的高压电源分配单元。通过母排及线束将高压元器件电连接，为新能源汽车高压系统提供充放电控制、高压部件上电控制、电路过载短路保护、高压采样、低压控制等功能等，保护和监控高压系统的运行。

PDU也能够集成BMS主控、充电模块、DC模块、  PTC控制模块等功能，与传统PDU相比多了整车功能模块，功能上更加集成化,结构上更复杂，具有水冷或是风冷等散热结构。PDU配置灵活，可以根据客户要求进行定制开发，能够满足不同客户不同车型需求。PDU的核心理念与方案应该是源自军用飞机，为毛，大家可以自行脑补。

BDU(Battery Disconnect Unit )电池包断路单元，专为电池包内部设计，也是配电盒的一种。目前PDU都是根据车厂需求定制，因此收集客户需求及客户整车电气性能很重要。

第二部分 结构造型设计

电气原理图：



                                          


一.总体要求：

1.和客户初步沟通，客户会根据产品应用场景（大巴车，公交车，乘用车，物流车），年需求量，初步给出选用下列外壳类型：塑胶，钣金，铝压铸等三种外壳材料，塑胶外壳一般用在BDU上；

2.当客户提出需求时，PDU电气原理图已经绘制好，大致外形尺寸已经给出，此时客户会和PDU厂商进一步确认电气件选型，连接器选型；

3.内部器件要求：装配便利；维护方便；所有的电气件，PCB板都要很方便的维护。

4.防护等级：IP67

二.外壳设计：

1.钣金外壳：

材质：冷轧板SPCC，铝板AL6061 OR AL5052，不锈钢SUS304，SUS316，不锈钢不好加工，一般不选；

表面处理：喷粉，户外粉体，外壳喷粉后盐雾测试48小时不生锈

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

2.压铸铝外壳：

材质：ACD12

表面处理：喷砂样机，喷细沙，银色或黑色，盐雾测试48小时不生锈

板厚：4.0mm左右

3.塑胶外壳：

材质：硬质塑料：PC,PA

表面处理：烤漆

板厚：4.0mm左右

三.搭铁设计（配电盒安装孔位部件）：

1.钣金外壳：

板厚3mm左右，满焊

2.压铸铝外壳：

厚度5mm左右，和壳体压铸一体成型

3.搭铁孔一般是腰型孔，大小根据客户螺丝大小决定，大多选用M5或M6螺丝固定配电盒



四.铜排设计（配电盒安装孔位部件）：

1.根据铜排载流量速算设计

2.根据下表查询载流量：

估算法:

单条铜母排载流量= 宽度(mm) X 厚度系数

双母排载流量= 宽度(mm) X 厚度系数 X 1.5(经验系数)

铜排和铝排也可以按平方数来,通常铜应该按5-8A/平方,铝应该按3-5A/平方

常用铜排的载流量计算方法：

40℃时铜排载流量=排宽*厚度系数

排宽(mm);厚度系数为:母排12厚时为20;10厚时为18;依次为:[12-20，10-18，8-16，6-14，5-13，4-12].

双层铜排[40℃]=1.56-1.58单层铜排[40℃]（根据截面大小定）

3层铜排[40℃]=2单层铜排[40℃]

4层铜排[40℃]=单层铜排[40℃]*2.45(不推荐此类选择,最好用异形母排替代)

铜排[40℃]= 铜排[25℃]*0.85

铝排[40℃]= 铜排[40℃]/1.3

例如求TMY100*10载流量为：

单层：100*18=1800(A)[查手册为1860A]；

双层：2(TMY100*10)的载流量为：1860*1.58=2940(A)；[查手册为2942A]；

三层：3(TMY100*10)的载流量为：1860*2＝3720(A)[查手册为3780A]

以上所有计算均精确到与手册数据相当接近。



五.线束设计：

1.根据线束通过载流量选用合适线径，因为配电盒内部空间很紧凑，线束线径一般不超过4平方，不然线缆折弯半径太大不方便装配；

2.根据线径和两端连接器件选用合适端子；

3.电缆线径选取根据V下表载流容量的规定来选取。



第三部分 安规设计

一.爬电距离：

高压配电盒的爬电距离满足GB/T 18384.1中规定的相关爬电要求。

PDU内部爬电距离保持在12mm比较合理，一般参考标准IEC 60664或 GB16935，按污染等级2；污染等级 2，考虑装配公差和失效需要增大1~2mm

二.抗振动性：

一般按照QC/T413-2002测试

频率：25～500Hz 每个方向8小时(箱体安装面法为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;

客户有指定其他测试标准，按照客户指定测试标准进行振动测试

三.抗振动性先按照上述结构设计注意事项及以往案例进行结构设计3D完成后，用软件进行受力模拟，没有问题打样实物测试，中间有问题在整改。

第四部分 散热设计

一.如果没有车载充电机，DCDC电源，按照常规设计即可，小电流选用线束，大电流选用铜排

二.有车载充电机，DCDC电源，根据车载电机，DCDC电源发热量和客户确认采用风冷散热，发热源贴在配电盒壁上，配电盒发热源壁上加散热片，散热片上加防水散热风扇

三.有车载充电机，DCDC电源，根据车载电机，DCDC电源发热量和客户确认采用液冷散热，冷冻液用油或者冷冻液。铜管穿过配电盒，水冷散热片，散热片里面有铜管

四.配电盒内部温升一般在30K,不超过50K

下图为散热方案：







第五部分 密封设计

一.上下盖密封设计：H型  密封圈  开模



1.钣金件上下盖防水结构：防水螺帽，密封圈



2.铝压铸件上下盖防水结构：密封圈

二.外接连接器处防水设计：

1.选用防水连接器

2.钣金件外壳：固定连接器的位置，铆接防水螺帽

3.铝压铸件外壳：固定连接器的位置，做凸台，凸台上做盲孔螺纹固定连接器



第六部分 EMC设计

电磁兼容（EMC）是对电子产品在电磁场方面干扰大小（EMI）和抗干扰能力（EMS）的综合评定，是产品质量最重要的指标之一，电磁兼容的测量由测试场地和测试仪器组成。

EMC设计问题如下：

1.只有在PDU里面加了BMS，DCDC电源，车载充电机等其中的一种或几种才考虑EMC

2.BMS, DCDC电源，车载充电机，这些电气件出厂时一般都做了EMC验证，都在国标规定范围内。

3.EMS不过的话和厂商协同处理靠厂商搞定，结构设计主要方法是加高导电性屏蔽罩，厂商自己整改；因为是PDU一般是金属外壳，可以有效屏蔽电磁干扰，EMI可以完美解决。

第七部分 建模仿真设计

仿真设计分为热仿真，受力分析：

1.靠经验设计出3D；

2.根据3D模型用软件模拟散热和受力；

3.热仿真和受力分析可以参考行业标准。