淺談高壓PDB/BDU設(shè)計與輕量化

來源：?作者：?2021-06-03 14:20

1. 基礎(chǔ)定義

簡單而言，Power distribution box就是電源分配單元，一個多功能智能化的開關(guān)。

其主要連接的設(shè)備包括：

慢充OBC

快充DC

電機(jī)MCU

空調(diào)壓縮機(jī)AC Compressor

DCDC

PTC及其他

2.?設(shè)計原則

高壓部件的保險絲盒與動力電池系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)隔離, 避免保險絲檢修和更換會影響電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)防護(hù)等級。

1. 工作特性相近的部件盡量共用一個接觸器, 減少接觸器數(shù)量

2. 功率相近的部件盡量共用保險絲,減少保險絲數(shù)量

3. 盡量減少電氣接口的數(shù)量

4. 高壓部件盡量獨(dú)立供電

3. 設(shè)計輸入

高低壓電氣盒的主要差異: 電池不同，回路不同。低壓電池12V，高壓電池250-450V。低壓電池只有正極回路，負(fù)極可以直接接車身接地。動力電池有正極負(fù)極回路，負(fù)極不可直接車身接地，一般有高壓互鎖回路。

客戶選型

1.Fuse大小/數(shù)量

2.Relay大小/數(shù)量

3.連接方式/連接器

4.其他零部件

供應(yīng)商選型

1.各設(shè)備額定功率/最大功率下沖擊時間

2.快充/慢充的電流大小和沖擊電流值

3.電池信息，電壓，預(yù)充回路的電流值，負(fù)載電容

4.各設(shè)備的連接方式

5.使用環(huán)境

關(guān)于保險絲類型分類（針對(P)HEV/EV車用保險絲）

?按外部材料可分為：

1. 玻璃管：成本低，低電流

2. 陶瓷管：耐高溫沖擊，成本高

3. 樹脂-三聚氰胺：抗震性好

?按保護(hù)范圍可分為：

1. 全范圍過載和短路保護(hù)

2. 局部范圍短路保護(hù)

?按具體功用分：

1. 后備特性

2. 一般用途特性

3. 速斷特性

保險絲如何選型

保險絲關(guān)鍵特性

保險絲的熔斷能力，即需要保險絲對抗浪涌電流的能力，通常用I2t表示。

1. 主保險絲一般為速熔短路保護(hù)

2. 設(shè)備用保險絲一般為全范圍過載和短路保護(hù)

3. 選用保險絲時必須考慮If2t>Ir2t，即保險絲融化熱能應(yīng)大于浪涌電流釋放的熱能? (熱能Q=Q=RI2t)

主要影響因素

1. 額定電流

2. 最高電壓：

3. 最高環(huán)境溫度：降容計算

4. 連接線徑或銅排截面積

5. 短時沖擊條件：驗證能否滿足短時沖擊

6. 短路電流：即最大故障電流

沖擊時間及頻率驗證

根據(jù)Ib= IN· Kt · Ke · Kv · Kf · Kb，估算后再代入過載頻率的影響公式，結(jié)合時間電流曲線，驗證是否符合

繼電器如何選型

主要影響因素

1. 電池額定電壓

2. 電池最大電壓

3. 電機(jī)額定功率

4. 電機(jī)最大功率

5. 電池最大短路電流

一般可以根據(jù)客戶的持續(xù)電流值選擇等值的繼電器

繼電器的性能參數(shù)

1. 各繼電器的承載能力

2. 各繼電器的切斷壽命

3. 主繼電器使用中盡可能降低其切換電壓，以增加其使用壽命

基于繼電器考慮做保險絲選型

1. 在繼電器最大切換電流前，電路由繼電器進(jìn)行保護(hù)

2. 在繼電器最大切換電流后，則由保險絲作用進(jìn)行保護(hù)

3. 好處是合理優(yōu)化兩者的選型避免過大范圍的重復(fù)保護(hù)

一般繼電器的最大切換電流為2000A，松下可達(dá)到5000A(300AType)

預(yù)沖繼電器

1. 通過并聯(lián)預(yù)沖繼電器和電阻以降低高壓對主繼電器的沖擊，提高其使用壽命

2. 一般按照客戶要求，預(yù)沖回路截止電壓為開路電壓的90%~98%，如UB=450V，截止電壓=450*90%=405V

3. 主回路電壓=450-405=45V

在切換電壓45V的條件下，可提高主繼電器壽命

預(yù)沖電阻

預(yù)沖電阻的引入則是為了吸收電壓變化的所產(chǎn)生的能量

預(yù)沖電阻主要性能和概念

額定功率

1. 額定功率主要取決于電阻的散熱功率額定功率考察的是電阻持續(xù)過流能力

2. EV預(yù)充電時間一般在200ms左右，可以忽略電阻與環(huán)境的熱交換，額定功率不具備參考意義

3. 相同電阻絲外部采用金屬殼體散熱相比陶瓷殼體增加1倍的額定功率，但耐脈沖電流能力無明顯提升。

脈沖功率

1. 脈沖時間一般在1s以內(nèi)，脈沖瞬間功率為額定功率數(shù)十倍

2. 耐沖擊能力與電阻絲耐溫能力和熱容量有關(guān), 與額定功率無關(guān)

3. 提高耐沖擊能力需要選用耐高溫電阻絲，并增加電阻絲的直徑和長度，即提高繞線密度和繞線直徑

預(yù)沖電阻如何選型

主要影響因素

1. 系統(tǒng)電容

2. 預(yù)充最大電流

3. 預(yù)充截止電壓

預(yù)沖電阻主要性能和概念

1. 額定功率

2. 額定功率主要取決于電阻的散熱功率額定功率考察的是電阻持續(xù)過流能力

3. EV預(yù)充電時間一般在200ms左右，可以忽略電阻與環(huán)境的熱交換，額定功率不具備參考意義

4. 相同電阻絲外部采用金屬殼體散熱相比陶瓷殼體增加1倍的額定功率，但耐脈沖電流能力無明顯提升。

脈沖功率

1. 脈沖時間一般在1s以內(nèi)，脈沖瞬間功率為額定功率數(shù)十倍

2. 耐沖擊能力與電阻絲耐溫能力和熱容量有關(guān), 與額定功率無關(guān)

3. 提高耐沖擊能力需要選用耐高溫電阻絲，并增加電阻絲的直徑和長度，即提高繞線密度和繞線直徑

4.?對設(shè)計有影響的事項

溫升控制

1. Busbar的設(shè)計，根據(jù)客戶要求，設(shè)計合適的截面積?????????????????????

2. ESD：

3. 盡量采用導(dǎo)電外殼，避免電磁干擾，BDU中如有PCB，需增加金屬屏蔽

IP Level???

1. PDU：一般IP67/IP6K9K,

2. BDU：通常無要求，一般IP2XB

連接器

1. 滿足電流性能，一般不低于Fuse的額定值

2. 便于安裝，盡量選擇可以上下鎖入的連接端子

3. 后續(xù)改善的方向

5. 常規(guī)測試要求

PDB/PDU

1. High temperaturedurability test

2. Mechanical shocks test

3. Complex environment test

4. Dust test

5. Salt spray

6. Spraying water

7. Immersion water

8. Overload

9. Vibration test

10. Thermal Shock

11. Humid heat cyclic test andso on

BDU/BJB

1. Low temperature storage

2. High temperature storage

3. Vibration test

4. Mechanical shock test

5. Thermal shock test

6. Damp heat

7. Salt spray test

8. High-temperature endurancetest

9. Temperature cycleendurance test

10. Current impulse test

11. Short circuit test and soon

6. 未來方向-輕量化

PDU 的輕量化

1. 參考使用芯片智能化開關(guān)

2. 輕量化相關(guān)零件

3. 減薄壁厚

4. 金屬外殼改為輕量化的外殼

BDU 的輕量化

1. 參考使用芯片智能化開關(guān)

2. 輕量化相關(guān)零件

3. 采樣點改成I/M方案，減輕相關(guān)使用的線束

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