新能源汽车高压配电单元的详细介绍与主要元件解析

概念与组成

高压配电单元,简称PDU(Power Distribution Unit),在新能源汽车中扮演着至关重要的角色。它主要负责高压系统的电源分配与管理,确保整车的高效、安全运行。通过充放电控制、高压部件上电控制、电路过载短路保护、高压采样以及低压控制等多项功能,PDU为新能源车的稳定运行提供了坚实的保障。

BDU(Battery Disconnect Unit)电池包断路单元
BDU,专为电池包内部打造,是配电盒的一种创新应用。由于BDU通常根据车厂的具体需求进行定制,因此充分了解客户需求及整车的电气性能至关重要。根据BDU在电池包中的安装位置,可分为电池箱内安装式和箱外安装式,后者亦被称为battery junction box。

此外,PDU(Power Distribution Unit)功能得到进一步拓展,通过集成BMS主控、充电模块、DC模块、PTC控制模块等,不仅增强了整车功能模块的集成度,还使结构更为复杂多样,并配备了水冷或风冷等先进的散热设计。PDU的配置灵活多变,能够根据客户的特殊需求进行定制化开发,从而满足不同客户和不同车型的多样化需求,如三合四合五合一等配置方案。

BDU与PDU的差异

箱内安装式的BDU外壳通常采用塑料材质,并无特定的IP等级要求;而箱外安装式的PDU,其壳体一般由铝合金制成,并达到IP67的防水防尘等级。从电气构成来看,PDU产品的主要组件包括MSD(可选)、BMS(可选)、继电器、熔断器、预充电阻、电流采集元件、铜排,以及连接器与线束总成等。相较之下,BDU产品的主要组件则有继电器、熔断器、BMU(可选)、电流采集元件、铜排、连接器与线束总成等。接下来,我们将深入探讨这些关键组件,特别是继电器的作用和类型。

熔断器

在电池包中,熔断器发挥着至关重要的作用。通常,电池包会配备主回路熔断器,这是为了在必要时对电池包进行保护,其通过的电流通常最大。此外,还会设置其他辅助回路熔断器,以应对不同的电路需求。
熔断器在电路中扮演着保护角色的关键元件。当电流超过设定值时,其内部截面面积较小的金属元件会因达到熔点而熔断,从而有效地切断电路,起到保护作用。在为车载环境选配熔断器时,我们需要综合考虑振动、环境温度、精度、可靠性和尺寸重量等多个因素。
此外,电动汽车的高压连接器也扮演着重要的角色。它们通常分为公端和母端,公端以线端形式存在,而母端的出线方式则包括铜排、螺栓和线缆压接。这些连接器不仅需要满足传统连接器的性能要求,还需具备高压互锁、IP67/68防护、阻燃等级V0以及电磁防护等特殊功能。

另外,MSD作为电池包对外通断的安全保障,能够在外部短路或需要手动断开高压时,迅速为乘客和车辆提供安全断电保护。关于MSD的详细信息,可以参考相关文章《安全所系,电动汽车不可忽视的MSD》。

在电流采集方面,常用的元件包括电流传感器和分流器两大类。它们能够实时监测和采集电流数据,为电池管理和保护提供重要支持。

预充电阻,作为电池系统上电瞬态冲击的重要防护措施,被置于预充回路上。其作用是在电池系统上电的瞬间,通过电阻限制电流的大小,从而保护电池免受过大电流的冲击。预充电阻的计算过程需要综合考虑预充时间、电机两端电容、电源电压以及预充电压等关键信息。一个典型的计算示例如下:预充时间设定为小于400毫秒,电机两端电容为850微法拉,电源电压为350伏特,峰值电压达到420伏特,同时预充电压需达到电源电压的95%。通过这样的计算和配置,预充电阻能够有效地保障电池系统在上电时的安全与稳定。

铜排,作为电池系统中的关键部件,通常由铜材质精心制成。其加工工艺可进一步细分为软铜排与硬铜排两大类,以满足不同的应用需求。
部分PDU和BDU方案矩阵表展示如下:

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