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由浅入深的详细解读汽车PDU与BDU

发布时间:2024/1/12 14:47:04   

内容包括新能源车模块PDU与BDU介绍,主要电气件参数设计及选型(继电器、熔断器、电流采集、铜排等),PDU与BDU结构设计,电气安全及散热设计,继电器控制及诊断等。持续更新,原创不易!完整的内容来自:CSDN的“爱上电路设计”

一、新能源车模块介绍

1、新能源车模块位置分布

名词解释:

DCDC:高压直流电转为低压直流电的装置

PDU:高压配电盒

PTC:加热器(空调PTC/电池包预热PTC)

MOT:电机

OBC:车载充电机

BATTERY:电池包

2、PDU高压配电单元

PDU(PowerDistributionUnit)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OBC模块、DCDC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。下面分别描述。①高压配电盒PDU②DCDC模块:用于高压转12V在新能源汽车上,DCDC是一个将高压直流电转为低压直流电的装置。新能源汽车上没有发动机,整车用电的来源也不再是发电机和蓄电池,而是动力电池和蓄电池。由于整车用电器的额定电压是低压,因此需要DC/DC装置来将高压直流电转为低压直流电,这样才能够保持整车用电平衡。③加热器PTC(空调PTC/电池包预热PTC)传统车上空调暖风系统的热源是引入发动机冷却后的冷却液的热量,这个在新能源车上是不存在的,因此需要专门的制热装置,这个装置被称为空调PTC。PTC(PositiveTemperatureCoefficient)的作用就是制热。当低温的时候,电池包需要一定的热量才能正常工作,这时候需要电池包PTC给电池包进行预热。④电机MOT驱动电机将电能转化为机械能,驱动汽车行驶。与传统燃油车的发动机将燃料燃烧的化学能转为机械能不同,其工作效率更高,能达到85%以上,故相比传统汽车,其能量利用率更高,能够减少资源的浪费。⑤充电OBC模块OBC(OnBoardCharge)是一个将交流电转为直流电的装置。因为电池包是一个高压直流电源,当使用交流电进行充电的时候,交流电不能直接被电池包进行电量储存,因此需要OBC装置,将高压交流电转为高压直流电,从而给动力电池进行充电。

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。

3、BDU电池包断路单元

1)BDU的介绍BDU(BatteryDisconnectUnit)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BatteryJunctionBox)。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。BDU的位置和架构名词解释:

MSD:ManualServiceDisconnect手动维护开关

TPIM:电控模块,分别控制电机A、电机B、油泵

OBCM:On-boardChargerModule车载充电机模块

VITM:VehicleIntegratedThermalManagement车辆集成热管理

APM:电源模块,高压转12V,就是一个DCDC模块

ACCM:AdaptiveCruiseControlModule自适应巡航,前置PIM智能功率模块

VICM:有些车还会连接到CMU

CMU:CellmonitorUnit单体监控单元,负责测量电池的电压、电流和温度等参数,同时还有均衡等功能。当CMU测量到这些数据后,将数据通过的电池“神经网络”传送给BMU。

BMU:BatterymanagementUnit电池管理单元。

负责评估CMU传送的数据,如果数据异常,则对电池进行保护,发出降低电流的要求,或者切断充放电通路,以避免电池超出许可的使用条件,同时还对电池的电量、温度进行管理。根据先前设计的控制策略,判断需要警示的参数和状态,并且将警示发给整车控制器,最终传达给驾驶人员。

保证电池系统在自然状态下断开:①电池系统的正负两极应从车辆电气系统上断开;②主继电器无请求不得打开;③控制信号切断时主继电器必须打开,保证在紧急状态下断开,保证断开之后的绝缘性和断开能力;④在过流的情况下,如发生撞车时,保险丝和主继电器必须将蓄电池系统与电机安全分离;⑤当碰撞发生的时候,控制器受碰撞信号,来切断整个高压系统,把高压系统母线的电压/能量降到安全范围之内;⑥主继电器必须保持完整的功能性,即在保险丝熔断前,承载或分断过电流;⑦在故障情况下切断后,打开的继电器必须确保储能系统与车辆之间有充足的绝缘电阻。------------------------------2)BDU的内部结构

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。

1、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A不等的型号。

2、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

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