布线用的pdu是什么（深入解读PDUBDU做好高压配电管理）

一、概念与组成

PDU(Power Distribution Unit)，即高压配电单元，功能是负责新能源车高压系统中的电源分配与管理，为整车提供充放电控制、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，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，比如三合一，四合一，五合一等。

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BDU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。根据BDU在电池包的位置，可以分为电池箱内安装式和箱外安装式(也称为battery junction box)。

箱内安装式的外壳一般为塑料材质，没有IP等级要求；箱外安装式一般为铝合金壳体，满足IP67等级要求。

从电气组成上看，PDU产品主要元器件是MSD（选配），BMS（选配），继电器，熔断器，预充电阻，电流采集元件，铜排，连接器与线束总成等。

BDU产品主要元器件是继电器，熔断器，BMU(选配)，电流采集元件，铜排，连接器与线束总成等。

二、主要电气件参数设计及选型

PDU和BDU是典型的集成设计产品，因此，它需要集成的功能和元器件就相对多，这里就主要的几个进行介绍。

• 继电器

继电器根据常规电路可以分为高压主正/主负继电器、预充继电器、快充继电器、PTC加热继电器、空调继电器等。主流的继电器厂家，皆可提供10A到300A不等的型号。

• 熔断器

电池包的熔断器一般有主回路熔断器，用于保护电池包，通常电流最大；还有其他辅助回路熔断器。熔断器一般由管体、熔体和端盖构成，熔体是最重要的组成部分，由片状纯银带构成，部分采取铜银复合带，熔体焊接在触刀上，与石英砂都处于管体内部。管体和两端盖板构成一个封闭的空间灭弧，不同的管体对应不同的电压等级。

熔断器串联在电路中对回路进行保护，过电流时，截面面积较小的金属元件部分会达到熔点，具有可熔断的特性。通过熔断可切断（保护）电路。

车载熔断器选型时需关注以下几点：

①振动；②环境温度；③精度；④可靠性；⑤尺寸和重量

计算选型方法参考：

Irms = In* Kt * Ke *Kv * Ka * Kx

考虑到系统的冲击，熔断器的额定电流值需有一个安全余量

即Ie > In * G

G——熔断器的安全余量

①传统的典型工业应用为1.6

②空压机，气泵，油泵等感性负载典型值为1.5

③电动汽车行业典型值为1.4（并不能覆盖所有）

Ke标准配置建议：额定/1.3=I/mm2 %=实际连接规格/（I/mm2）使用%从上表得出相关系数

• 车辆继电器&熔断器的匹配方式

匹配目的——解决元器件在寿命周期内的安全可靠工作。匹配曲线参考如下

选择的继电器&熔断器匹配使用，需满足以下几点要求：

温升要求——温升满足使用需求，避免元器件过热发生异常

脉冲电流——满足耐受电路中各种正常脉冲电流冲击，电路中出现异常脉冲电流时提供有效保护

短路——电路发生短路时能有效保护电路

• 连接器与MSD

电动汽车上所用的高压连接器有公端和母端之分，公端往往以线端的形式存在，母端的出线方式总体有铜排、螺栓和线缆压接三种。在性能上相对传统连接器也有更高的要求，如高压互锁HVIL、IP67/68、IP6K9K防护、阻燃等级V0、电磁防护等。

MSD则是整个电池包对外通断的安全卫士，在发生外部短路或需要手动断开高压时，MSD能及时为乘客和车辆提供断电的安全防护作用，关于MSD可参考《安全所系，电动汽车不可忽视的MSD》。

以苏州智绿的产品为例，在PDU的高压连接器和MSD进行选型时，不仅能提供市面上已有品牌的连接器和MSD，还能结合自家的产品特性为客户提供一个优化方案，在需要时可以为客户定制所需要的连接器或MSD，苏州智绿品牌的高压连接器和MSD参数可参考下表。

• 电流采集

电流采集常用元件有两大类：电流传感器和分流器。这些元件应用于电池检测中需要高精度与极低的偏移要求，实际使用的电流量程（长时间）建议不超过额定电流。在工作时，发热需要额外注意，在温升变化趋于稳定后，不同额定电流下应满足对应的温度要求，超出温度后需报警，避免传感器温度过高导致检测精度降低。

电流传感器有莱姆、霍尼韦尔、ISA等品牌，为保证电流传感器的检测精度，不同品牌的电流传感器对安装方式有一定的要求。以莱姆的CAB系列产品安装要求为例，新能源乘用车电流通常在350A以下，为使传感器检测不超出精度范围，建议安装位置在POZITION 2，即图示画线位置。

• 预充电阻

预充电阻位于预充回路上，主要对电池系统进行上电瞬态冲击防护。

预充电阻计算过程示例：

①、预充回路输入的信息：预充时间<400ms，电机两端电容850μF，电源电压350V，峰值电压420V，预充电压达到电源电压的95%。

②、电阻阻值R估算

Uc=Vs[1-e-t/(RC)]

Uc—电容器两端电压；Vs—电源电压；R—预充电阻；C—电机电容；t—预充时间

按照预充电压达到电源电压的95%计算，则简化为t=3RC

t=3RC<400ms，则R<157Ω

③、电阻功率估算

一次预充产生的能量为： E=1/2CU²，C—电容，U—峰值电压

E=1/2CU²=1/2*850*10^-6*420^2=74.97J

此能量可结合预充电阻可承受的能量冲击值，衡量电阻能承受的连续预充电次数

预充平均功率：P=（C*U²*1/2）/t=74.97/3=24.99w（t—单次预充间隔时间）

预充电阻的额定功率必须高于估算的预充平均功率

根据算出的平均功率，结合电阻瞬间过载能力以及环境温度-功率曲线，可以选定电阻功率。

根据以上估算结果，选择某品牌水泥电阻，额定功率50W，电阻阻值47Ω。

铜排

铜排由铜材质组成，根据加工工艺可分为软铜排和硬铜排两大类，如下图所示。

铜排形状和折弯要求参考国标GBT 5585.1-2005。载流能力参考线缆的过流能力及横截面积关系进行换算，参照铜排截面积及电流温升曲线表，结合经验值选定相应的铜排横截面积。前期铜排设计选型时会有设计冗余，在有超负载的大电流通过会造成较高温升，在几秒内仍可承受10倍的额定电流的冲击。铜排载流能力参考如下表。

正是因为有如此之多的电气元件需要集成，因此，整车企业和电池系统企业更倾向于让服务商以PDU和BDU的形式来提供一体化的产品服务。这就对配套企业的集成能力要求非常高，既要对构成产品的元器件特性和供应能力有较强的把控，还要对客户整车企业或电池系统企业的需要有充分的理解和解读。

苏州智绿在高压配电单元这一领域涉足早、项目经验多，从2012年开始为量产电动汽车提供PDU配套，已为超过20家客户定制开发BDU/ PUD产品，超过30万台新能源汽车的配套经验。智绿与国内外顶级元器件企业已经开展了全面战略合作，为公司发展提供了安全可靠的保证，包括松下、TE、LS、宏发、国力等继电器品牌企业，巴斯曼、中熔、友容、PEC等熔断器企业，JEIL、TE、克拉、彩源等预充电阻企业。

智绿的PDU和BDU方案矩阵表如下：

三、结构设计

1、箱体结构外观及材料

对于PDU和电池箱外安装式的BDU，防护等级和机械强度要求更高，常采用压铸铝类或者钣金类。钣金箱体一般选择碳钢，铝合金箱体密度更低，壁厚由结构及箱体大小、固定方式等决定。

钣金类：碳钢Q235、SPCC、SGCC、45#，壁厚设计1.2—2.5mm之间。

铝合金类：

机加工铝：一系，二系……九系，合金含量不同性能不一。常用六系铝，有较高的抗腐

蚀性和氧化性，如6061-T6。

压铸铝：常用材料ADC12。壁厚设计4—6mm之间。

对于铝质箱体，为满足箱体的电气安全，需要对箱体进行酸洗钝化、阳极氧化、喷粉、镀达克罗的处理。根据苏州智绿的经验：

• 酸洗钝化：铬酸盐钝化，可满足国标中性盐雾72H；绝缘等级500VDC1Min，测试后绝缘阻抗>500MΩ，耐压等级2000VAC，测试后无击穿、闪络
• 阳极氧化：可满足中性盐雾96H；绝缘等级500VDC1Min，测试后绝缘阻抗>500MΩ，耐压等级2000VAC，测试后无击穿、闪络
• 喷粉：喷塑粉0.15—0.2mm之间可满足盐雾144H；绝缘等级1000VDC1Min，测试后绝缘阻抗>500MΩ，耐压等级2500VAC，测试后无击穿、闪络
• 镀达克罗：一种锌铬涂层，相比传统的电镀锌和热镀锌，紧4—8μm耐盐雾性能增强7-10倍，耐盐雾最高可达上千小时，绝缘等级1000VDC1Min，测试后绝缘阻抗>500MΩ，耐压等级2500VAC，测试后无击穿、闪络

对于钣金箱体，可以采用喷粉或电泳漆，其中，喷粉为橘纹或细纱纹绝缘粉，可满足国标中性盐雾96H；电泳涂装表面覆盖率高，通常可作为打底涂层，电泳漆耐盐雾可高达数百小时。

对于电池箱内部安装的BDU，其防护等级和机械强度要求偏低，常采用塑料类。

壳体设计时常用塑胶材料包括机加工塑料，快速成型塑料，注塑工程塑料等。注塑时添加玻纤以增强壳体强度

1）机加工塑料

ABS，PC

2）快速成型塑料

聚氨酯树脂

3）注塑工程塑料

PA，PA66，PP，PBT，POM

目前常用的塑胶壳体壁厚有2mm、2.5mm、3mm，太薄强度不够，太厚注塑易缩水并会增加产品重量。

2、固定方式

对于PDU和电池箱外安装式的BDU，为满足IP67的防护等级，通常需在结构设计上增加防水圈密封，以满足水密要求。

对于电池箱内部安装的BDU，为方便拆装除了螺钉安装可采用卡扣安装，在确保卡扣的安全强度及拆装寿命前提下，尽可能地保证卡扣结构的手操作便携。

四、电气安全及散热设计

PDU和BDU的电气安全需要注意接地和爬电距离，通常电动汽车用配电盒的工作电压在301——660V之间，电气间隙和爬电距离参考标准UL2580 表5.1确定最小电气间隙。

箱体的绝缘需满足国标GB/T 18384.3-2015第7.2节要求。按照标准GB/T 18384.3-2015第7.2节所述“电力系统负载绝缘电阻的测量”对产品进行绝缘测试，在各带电电路与外壳间及彼此无电连接的电路之间施加持续1分钟的直流电压500V。箱体的耐压需满足国标GB/T 18384.3-2015第7.3节要求。按照标准GB/T 18384.3-2015第7.3节所述对产品进行耐压测试，在各带电电路与外壳间及彼此无电连接的电路之间施加持续1分钟的50~60Hz交流电压2500V。

其他常见安全措施包括铜排设置防触指结构、高压低压之间距离不足时增加塑料保护帽、箱体内部高压器件和低压线束分离，防止爬电，以及线缆加玻纤管、纺织管保护，防漏电。

热设计是PDU和BDU另一个关键技术，既要注意是否有车载充电机和DCDC电源（以根据充电机和DCDC发热量和客户确认合适的冷却方式），同时根据苏州智绿的经验，继电器可增加散热冷板、铝合金箱体可增加散热板结构、塑料箱体可增加散热通风孔等都是行之有效的方案。

四、PDU/BDU仿真与测试

随着整车开发周期的不断减小，对产品的开发质量却没有降低，在这种情况下，仿真就成了必不可少的技术手段。对于PDU和BDU企业来说，仿真分析尤为重要，企业需要及时提供相应的仿真材料给到整车或电池系统企业，以便能进行整体的仿真，而不是孤立地进行PDU/BDU开发。

苏州智绿是国内教早具备PDU/BDU结构、电气和热仿真的企业，一些典型仿真项目比如随机振动仿真和热仿真如下所示：

与此同时，苏州智绿还建立了完善的测试系统，涵盖环境测试、电性能测试、机械性能测试、材料性能测试和尺寸测试等，其所在实验室为省级资质认证的测试中心。

全面的仿真能力和系统测试设施，为智绿的PDU/BDU提供了先人一步的保障，公司先后为国内主流的新能源乘用车企业、新能源物流车企业和电动大巴企业进行配套服务，为车辆的高压配电提供安全的解决方案。

苏州智绿愿同新能源汽车行业更多的伙伴开展技术交流及项目合作。

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