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
第六部分 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)。
