PDU（高压配电盒）是新能源汽车产业中的关键组件，其结构错综复杂却功能完备。在本文中，我们将深入探讨PDU的结构设计要点，以帮助您全面理解其在新能源汽车中的应用与重要性。

一、PDU功能详解

高压配电盒，简称PDU，是新能源车高压系统中的核心部件，负责高压电源的分配与管理。它通过精密的母排和线束，将高压元器件紧密连接，实现充放电控制、高压部件上电控制、电路保护、高压采样以及低压控制等多项功能，从而确保高压系统的安全、稳定运行。

二、PDU的功能集成

PDU，作为新能源车高压系统中的关键组件，不仅承担着高压电源的分配与管理职责，还集成了BMS主控、充电模块、DC模块以及PTC控制模块等多项功能。相较于传统的PDU，其功能更为集成化，结构也更为复杂，配备了水冷或风冷等先进的散热设计。由于其配置灵活，PDU可根据客户的需求进行定制化开发，从而满足不同客户和车型的独特需求。同时，市场上还存在着专为电池包内部设计的BDU（Battery Disconnect Unit），它也是配电盒的一种，其设计旨在确保电池包的安全与性能。在定制PDU时，充分理解客户需求及整车的电气性能至关重要。

三、结构造型设计

在PDU的研发与生产过程中，结构造型设计是不可或缺的一环。它涉及到电气原理图的绘制与解读，以确保PDU的各项功能能够得到合理且安全的实现。同时，结构造型设计还需要考虑产品的实用性、美观性以及制造工艺的可行性，从而为客户提供既满足功能需求又具有市场吸引力的PDU解决方案。

四、整体考量

在PDU的设计过程中，与客户进行初步沟通至关重要。客户会依据产品应用场景（如大巴车、公交车、乘用车或物流车）及年需求量，初步选定外壳材料，如塑胶、钣金或铝压铸。通常，塑胶外壳适用于BDU。在客户提出需求时，PDU的电气原理图已绘制完毕，并给出了大致的外形尺寸。此后，客户会与PDU厂商共同确认电气件和连接器的选型。设计时还需考虑内部器件的装配与维护便利性，确保所有电气件和PCB板都能轻松得到维护。此外，产品的防护等级应达到IP67。

五、外壳设计

接下来是外壳设计环节。这一阶段需要综合考虑产品的实用性、美观性以及制造工艺的可行性，旨在为客户提供既实用又具市场吸引力的PDU产品。
1、钣金外壳
材质方面，可以选择冷轧板SPCC、铝板AL6061或AL5052，以及不锈钢SUS304和SUS316。需要注意的是，不锈钢的加工难度较高，因此通常不作为首选。

在表面处理上，我们提供喷粉和户外粉体两种选择，以确保外壳在经过盐雾测试48小时后仍能保持不生锈的状态。

关于板厚，SPCC和AL6061的厚度范围为1.5-2.0mm，而SUS304的厚度则在1.0-1.5mm之间。
2、压铸铝外壳
在材质上，我们采用ACD12材质，其具有良好的压铸性能。表面处理方面，我们提供喷砂工艺，并可选择喷细沙，以获得银色或黑色的外观。经过盐雾测试48小时后，外壳仍能保持不生锈的状态。此外，我们的压铸铝外壳的板厚约为4.0mm，确保了其结构的稳固性。
3、塑胶外壳
在材质上，我们选用了硬质塑料，包括PC和PA，这两种材质具有出色的耐用性和抗冲击性。表面处理方面，我们采用烤漆工艺，使得外壳呈现出光滑且富有质感的外观。此外，塑胶外壳的板厚约为4.0mm，进一步增强了其结构的稳固性。

接下来，我们谈谈搭铁设计。这是配电盒安装孔位部件的重要组成部分。
1、钣金外壳
钣金外壳的板厚约为3mm，采用满焊工艺，确保结构的稳固性。

2、压铸铝外壳

压铸铝外壳的厚度大约为5mm，与壳体一体成型，呈现出较高的整体性。

3、搭铁孔设计

搭铁孔通常设计为腰型孔，其大小依据客户所选择的螺丝尺寸而定，多数情况下会选用M5或M6螺丝来固定配电盒。

六、铜排设计（配电盒安装孔位组件）

铜排作为配电盒的重要部分，其设计直接影响着整个系统的性能。在考虑铜排设计时，需要综合考虑电流承载能力、散热性能以及安装便捷性等多个因素。同时，合理的铜排布局和结构也是确保系统稳定运行的关键。
1、铜排载流量速算设计
在铜排设计中，首先需要掌握载流量的速算方法。载流量，即铜排所能承载的电流大小，是评估铜排性能的重要指标。通过合理的载流量设计，可以确保铜排在系统中的稳定运行。

2、载流量查询表格

为了更准确地计算铜排的载流量，可以参考下表：

估算法：
单条铜母排载流量 = 宽度(mm) × 厚度系数
双母排载流量 = 宽度(mm) × 厚度系数 × 1.5（经验系数）

此外，铜排和铝排的载流量也可以按照平方数来估算。通常，铜排的载流量为5-8A/平方，而铝排的载流量为3-5A/平方。这种估算方法可以快速得出铜排的大致载流量范围。

3、常用铜排载流量计算方法

在实际应用中，我们常常使用一种基于温度的铜排载流量计算方法。该方法考虑了铜排在40℃时的载流量，计算公式为：
铜排载流量 = 排宽 × 厚度系数
其中，排宽以毫米为单位，厚度系数则根据铜排的厚度来选择。例如，对于12厚的母排，厚度系数为20；对于10厚的母排，厚度系数为18。以此类推，不同厚度的铜排都有相应的厚度系数可供选择。

另外，双层铜排的载流量约为单层铜排的1.56-1.58倍（根据截面大小而定），这一点在设计时也需要注意。通过这些计算方法和估算技巧，我们可以更准确地把握铜排的载流量需求，从而优化设计并确保系统的稳定运行。
3层铜排的载流量等于2倍单层铜排的载流量。
4层铜排的载流量则约为单层铜排的2.45倍，但此种选择并不推荐，最好采用异形母排进行替代。
铜排在40℃时的载流量约为25℃时的0.85倍。
铝排在40℃时的载流量约为铜排在40℃时的0.77倍。

以TMY100*10为例，其单层铜排的载流量为1800A（查手册数据为1860A）。双层铜排的载流量则为2940A（查手册数据为2942A），约为单层的1.58倍。三层铜排的载流量进一步增加至3720A（查手册数据为3780A）。

请注意，以上所有计算结果均与手册数据高度吻合，确保了设计的准确性和可靠性。

七、线束设计

线束设计是电气系统中的重要环节，它涉及到导线的选择、布置以及保护等多个方面。合理的线束设计能够确保电流的顺畅传输，同时也能提高系统的安全性和可靠性。在实际应用中，我们需要根据具体的需求和条件，综合考虑导线的规格、长度、走向以及保护措施等因素，从而设计出符合要求的线束方案。
1、在选择线径时，需依据线束的载流量进行合理搭配。由于配电盒内部空间有限，线束的线径通常不应超过4平方，以确保线缆的折弯半径适中，便于装配操作。
2、在确定线径后，应结合两端连接的器件，挑选适宜的端子进行连接。
3、关于电缆线径的选取，需严格遵循V下表载流容量的相关规定，以确保电流传输的稳定与安全。

八、安规设计

一、爬电距离
高压配电盒的爬电距离需符合GB/T 18384.1中明确的相关爬电规范。而PDU内部的爬电距离，通常参考IEC 60664或GB16935标准，设定为12mm是较为合理的选择。同时，考虑到污染等级2的情况，以及装配过程中的公差和可能出现的失效情况，实际设计时需在基础上增加1~2mm。

九、抗振动性

通常，我们遵循QC/T413-2002标准进行振动测试。在测试过程中，我们关注25至500Hz的频率范围，并在每个方向上持续8小时（以箱体安装面法规定的Z向为准）。具体而言，Z方向的加速度为30m/s2，振幅为1.2mm；Y和X方向的加速度均为15m/s2，振幅为0.6mm。若客户有特别指定的测试标准，我们将根据其要求进行相应的振动测试。
三、受力模拟与实物测试
在完成抗振动性的结构设计后，我们使用专业软件进行受力模拟，以验证结构的稳固性。若模拟结果显示无误，则会进行实物测试，以进一步确认结构的实际表现。若在测试中发现任何问题，我们会立即进行整改，以确保最终产品的质量。

接下来，我们将转向散热设计的研究。
一、若系统中无车载充电机及DCDC电源，则按常规设计进行，即小电流场景选用线束，大电流场景则选用铜排。
二、当系统包含车载充电机与DCDC电源时，需依据其发热量及客户确认的散热方案来设计。若选用风冷散热，发热源应紧贴配电盒壁，并在配电盒壁的发热源处增设散热片，散热片上再配置防水散热风扇。
三、同样，若系统包含车载充电机与DCDC电源，且客户确认采用液冷散热，那么需使用冷冻液或专用油作为冷却介质。铜管应贯穿配电盒及水冷散热片，确保散热片内部有铜管流通。
四、配电盒内部的温度升高应控制在30K以内，且不应超过50K。以确保系统的稳定运行和安全性。

接下来，我们将深入探讨散热方案的具体设计。

十、上下盖密封设计

采用H型密封圈进行开模设计，确保配电盒的上下盖之间具有良好的密封性能。

1、钣金件上下盖防水构造：防水螺帽与密封圈的联合应用；
2、铝压铸件上下盖防水构造：主要依赖密封圈来实现防水效果。

接下来，我们探讨外接连接器处的防水设计。
1、采用防水连接器；
2、钣金件外壳设计：用于稳固连接器的位置，并通过铆接方式安装防水螺帽；
3、铝压铸件外壳处理：同样用于固定连接器，其上加工出凸台，并在凸台上设置盲孔螺纹，以实现连接器的稳固安装。

电磁兼容（EMC）是评估电子产品在电磁场方面干扰程度（EMI）和抗干扰能力（EMS）的综合指标。它对产品质量至关重要，而其测量则依赖于专门的测试场地和仪器。然而，在实际的EMC设计中，我们可能会面临一系列挑战。
1、在PDU中，只有加入了BMS、DCDC电源或车载充电机等组件时，才会考虑其EMC性能。
2、这些电气组件，如BMS、DCDC电源和车载充电机，在出厂前都会进行EMC验证，确保其性能符合国家标准。
3、若EMS性能不达标，将与厂商协同处理，主要依靠厂商进行整改。结构设计方面，通常会采用增加高导电性屏蔽罩的方法来有效屏蔽电磁干扰，从而解决EMI问题。此外，PDU通常采用金属外壳，这也有助于提高电磁干扰的屏蔽效果。

接下来，我们谈谈建模仿真设计。建模仿真设计主要分为热仿真和受力分析两部分。
1、首先，依据过往经验，构建出三维模型；
2、随后，借助专业软件，对模型进行散热和受力状况的模拟分析；
3、在模拟过程中，可以参考行业标准，以确保设计的合理性和可靠性。