高壓配電盒結(jié)構(gòu)設(shè)計詳談

韓震坡

蘇州英威騰電力電子有限公司 江蘇省蘇州市 215000

1 結(jié)構(gòu)造型設(shè)計

東風(fēng)某項目示意說明：

1.1 總體結(jié)構(gòu)要求

（1）和客戶初步溝通，客戶會根據(jù)產(chǎn)品應(yīng)用場景（大巴車，公交車，乘用車，物流車），年需求量，初步給出選用下列外殼類型：塑膠，鈑金，鋁壓鑄等三種外殼材料，塑膠外殼一般用在BDU上；

（2）當(dāng)客戶提出需求時，PDU電氣原理圖已經(jīng)繪制好，大致外形尺寸已經(jīng)給出，此時客戶會和PDU廠商進(jìn)一步確認(rèn)電氣件選型，連接器選型；

（3）內(nèi)部器件要求：裝配便利；維護(hù)方便；所有的電氣件，PCB板都要很方便的維護(hù)，因此設(shè)計的銅排都是異形銅排。

（4）防護(hù)等級：IP67。

1.2 外殼設(shè)計

1.2.1 鈑金外殼

材質(zhì)：冷軋板SPCC，鋁板AL6061 OR AL5052，不銹鋼SUS304，SUS316，不銹鋼不好加工，一般不選；

表面處理：噴粉，戶外粉體，外殼噴粉后鹽霧測試48小時不生銹；

板厚：SPCC1.5-2.0mm；AL6061 1.5-2.0mm；SUS304：1.0-1.5mm

1.2.2 壓鑄鋁外殼

材質(zhì)：ACD12

表面處理：噴砂樣機，噴細(xì)沙，銀色或黑色，鹽霧測試48小時不生銹

板厚：5.0mm左右

1.2.3 塑膠外殼

材質(zhì)：硬質(zhì)塑料：PC，PA

表面處理：烤漆

板厚：4.0mm左右

1.3 搭鐵設(shè)計（配電盒安裝孔位部件）

1.3.1 鈑金外殼

板厚3mm左右，滿焊

1.3.2 鈑金外殼壓鑄鋁外殼

厚度5mm左右，和殼體壓鑄一體成型

1.3.3 鈑金外殼搭鐵孔

一般是腰型孔，大小根據(jù)客戶螺絲大小決定，大多選用M5或M6螺絲固定配電盒

1.3.4 鈑金外殼搭鐵結(jié)構(gòu)滿足和成型的工藝和結(jié)構(gòu)強度就好了。

1.4 銅排設(shè)計（配電盒安裝孔位部件）

1.4.1 根據(jù)銅排載流量速算設(shè)計

1.4.2 根據(jù)下表查詢載流量

圖1 東風(fēng)某項目示意說明

估算法：

單條銅母排載流量= 寬度(mm) X 厚度系數(shù)

雙母排載流量= 寬度(mm) X 厚度系數(shù)X 1.5(經(jīng)驗系數(shù))

銅排和鋁排也可以按平方數(shù)來，通常銅應(yīng)該按5-8A/平方，鋁應(yīng)該按3-5A/平方

常用銅排的載流量計算方法：

40℃時銅排載流量=排寬*厚度系數(shù)

排寬(mm)；厚度系數(shù)為：母排12厚時為20；10厚時為18；依次為：[12-20，10-18，8-16，6-14，5-13，4-12] .

雙層銅排[40℃] =1.56-1.58單層銅排[40℃] （根據(jù)截面大小定）

3層銅排[40℃] =2單層銅排[40℃]

4層銅排[40℃] =單層銅排[40℃] *2.45(不推薦此類選擇，最好用異形母排替代)

銅排[40℃] = 銅排[25℃] *0.85

鋁排[40℃] = 銅排[40℃] /1.3

例如求TMY100*10載流量為：

單層：100*18=1800(A)[查手冊為1860A] ；

雙層：2(TMY100*10)的載流量為：1860*1.58=2940(A)；[查手冊為2942A] ；

三層：3(TMY100*10)的載流量為：1860*2＝3720(A)[查手冊為3780A]

以上所有計算均精確到與手冊數(shù)據(jù)相當(dāng)接近。

1.5 線束設(shè)計

（1）根據(jù)線束通過載流量選用合適線徑，因為配電盒內(nèi)部空間很緊湊，線束線徑一般不超過4平方，不然線纜折彎半徑太大不方便裝配；（2）根據(jù)線徑和兩端連接器件選用合適端子；（3）電纜線徑選取根據(jù)V下表載流容量的規(guī)定來選取，見表2：

2 安規(guī)設(shè)計

2.1 爬電距離

高壓配電盒的爬電距離滿足G B/T 18384.1中規(guī)定的相關(guān)爬電要求。

PDU內(nèi)部爬電距離保持在12mm比較合理，一般參考標(biāo)準(zhǔn)IEC 60664或 GB16935，按污染等級2；考慮裝配公差和失效需要增大1~2mm。

2.2 抗振動性

一般按照QC/T413-2002測試

頻率：25～500Hz 每個方向8小時(箱體安裝面法為Z向)

Z方向加速度30m/s2，振幅1.2mm；

Y方向加速度15m/s2，振幅0.6mm；

X方向加速度15m/s2，振幅0.6mm；

客戶有指定其他測試標(biāo)準(zhǔn)，按照客戶指定測試標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行振動測試

2.3 抗振動性先按照上述結(jié)構(gòu)設(shè)計注意事項及以往案例進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計3D完成后，用軟件進(jìn)行受力模擬，沒有問題打樣實物測試，中間有問題在整改。

2.4 絕緣耐壓

銅排之間間距先按照結(jié)構(gòu)設(shè)計擺方案，絕緣耐壓不合安規(guī)的話，用銅排包膠等工藝實現(xiàn)安規(guī)要求。

3 散熱設(shè)計

（1）如果沒有車載充電機，DCDC電源，按照常規(guī)設(shè)計即可，小電流選用線束，大電流選用銅排；（2）高壓配電盒內(nèi)部有車載充電機，DCDC電源時，根據(jù)車載電機，DCDC電源發(fā)熱量和客戶確認(rèn)采用風(fēng)冷散熱可以滿足溫升要求時，一般將發(fā)熱源貼在配電盒側(cè)壁上，配電盒發(fā)熱源側(cè)壁外部加散熱片，散熱片上加防水散熱風(fēng)扇來達(dá)到所需求散熱效果；（3）高壓配電盒內(nèi)部有車載充電機，DCDC電源，根據(jù)車載電機，DCDC電源發(fā)熱量和客戶確認(rèn)采用液冷散熱方式時。一般結(jié)構(gòu)設(shè)計是銅管穿過配電盒內(nèi)部的液冷散熱片，冷凍液循環(huán)流動帶走配電盒內(nèi)部熱量達(dá)到散熱效果，當(dāng)然液冷管道要做好密封防護(hù)處理，防止冷凍液滲漏；（4）配電盒內(nèi)部溫升一般在30K，不超過50K.下圖是能源局標(biāo)準(zhǔn)：NB/T33008.1-2013規(guī)定的電氣部件的溫升要求以作參考。

4 密封設(shè)計

4.1 上下蓋密封設(shè)計常用結(jié)構(gòu)

（1）鈑金件上下蓋防水結(jié)構(gòu)：常用上蓋加密封圈，上下蓋固定螺絲采用防水壓鉚螺帽固定。密封圈壓縮量一般在20%-40%。（2）鋁壓鑄件上下蓋防水結(jié)構(gòu)：密封圈鑲嵌在殼體內(nèi)，密封圈壓縮量一般在20%-40%；上下蓋固定螺絲在密封圈外緣，螺絲孔處不會滲水到殼體內(nèi)部。

4.2 外接連接器處防水設(shè)計

（1）選用防水連接器；（2）鈑金件外殼：固定連接器的位置，鉚接防水螺帽；（3）鋁壓鑄件外殼：固定連接器的位置，做凸臺，凸臺上做盲孔螺紋固定連接器。

5 EMC設(shè)計

電磁兼容（EMC）是對電子產(chǎn)品對電磁場方面干擾大小（EMI）和抗干擾能力（EMS）的綜合的評價，電磁兼容是電子產(chǎn)品質(zhì)量最重要的指標(biāo)之一，產(chǎn)品電磁兼容不好的話，會影響產(chǎn)品的正常使用。

EMC設(shè)計問題如下：

（1）只有在PDU里面加了BMS，DCDC電源，車載充電機等其中的一種或幾種才考慮EMC；（2）BMS，DCDC電源，車載充電機，這些電氣件出廠時一般都做了EMC驗證，都在國標(biāo)規(guī)定范圍內(nèi)；（3）EMS不過的話和廠商協(xié)同處理靠廠商搞定，結(jié)構(gòu)設(shè)計主要方法是加高導(dǎo)電性屏蔽罩，廠商自己整改；因為是PDU一般是金屬外殼，可以有效屏蔽電磁干擾，EMI可以完美解決。

6 建模仿真設(shè)計

仿真設(shè)計分為熱仿真，受力分析：

（1）靠經(jīng)驗設(shè)計出3D；（2）根據(jù)3D模型用軟件模擬散熱和受力；（3）根據(jù)軟件模擬狀況修正3D結(jié)構(gòu)設(shè)計。

7 做DFMEA（設(shè)計潛在失效模式）分析

根據(jù)上訴所講，做DFMEA（設(shè)計潛在失效模式）分析，當(dāng)失效風(fēng)險很低時才可以進(jìn)行打樣，因為汽車行業(yè)比較特殊，一是關(guān)乎駕駛員和乘客的人身安全；二是汽車銷量很大。設(shè)計的產(chǎn)品有安全或失效隱患，需要召回維修時，所花費的成本是非常大的。可能造成企業(yè)重大經(jīng)濟(jì)損失或者企業(yè)破產(chǎn)。因此設(shè)計的高壓配電盒產(chǎn)品信賴性要符合客戶和行業(yè)要求。

表1 美規(guī)與英規(guī)AWG與mm 電流對照表

表2 充電機內(nèi)部各部件極限溫升

8 結(jié)語

上訴是高壓配電盒結(jié)構(gòu)設(shè)計常用結(jié)構(gòu)設(shè)計注意事項及常用結(jié)構(gòu)類型，供行業(yè)內(nèi)人士做設(shè)計參考。