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PDU和BDU结构安全及故障诊断

PDU和BDU结构安全及故障诊断 苏州三现电子科技有限公司
2024-08-26
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一、PDU和BDU结构

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。

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。

二、PDU和BDU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,以防漏电。

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(根据充电机和DCDC发热量确认合适的冷却方式),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。

三、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。

一些典型仿真项目比如随机振动仿真和热仿真如下所示:

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PDU/BDU提供了先人一步的保障。

四、PDU和BDU中继电器控制及诊断

1、继电器控制逻辑

1)电池包内继电器分布

动力电池包内一般会有3个继电器:主正继电器、预充继电器和主负继电器。电池包内高压原理图见图1。

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2)继电器控制逻辑

BMS在控制继电器闭合时需要一定的时序,时序图见图2。


继电器下电时,由于整车端存在X电容,整车端的电压会有一个缓慢下降的过程(电容泄放),再进行继电器诊断时,要特别注意待电容泄放完毕后进行诊断。诊断逻辑在下一个节中介绍。

2、继电器诊断策略

继电器诊断包括驱动回路诊断、继电器无法闭合诊断、 继电器黏连诊断。

1)驱动回路诊断

(1)当继电器的控制信号为断开时,诊断策略见表1。

(2)当继电器的控制信号为闭合时,诊断策略见表2。

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2)继电器高压回路诊断

图5中,GND为高压参考搭铁,A、B、C为高压采样点。

(1)继电器无法闭合诊断

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(2)继电器黏连诊断


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