高壓配電盒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)

東風(fēng)某項(xiàng)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(huì)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(shí)，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(shí)客戶會(huì)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(jì)的銅排都是異形銅排。

（4）防護(hù)等級(jí)：IP67。

1.2 外殼設(shè)計(jì)

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(shí)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(jī)，噴細(xì)沙，銀色或黑色，鹽霧測試48小時(shí)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(jì)（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(qiáng)度就好了。

1.4 銅排設(shè)計(jì)（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(jì)

1.4.2 根據(jù)下表查詢載流量

圖1 東風(fēng)某項(xiàng)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(yàn)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(jì)算方法：

40℃時(shí)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(shí)為20；10厚時(shí)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(jì)算均精確到與手冊數(shù)據(jù)相當(dāng)接近。

1.5 線束設(shè)計(jì)

（1）根據(jù)線束通過載流量選用合適線徑，因?yàn)榕潆姾袃?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(jì)

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(jí)2；考慮裝配公差和失效需要增大1~2mm。

2.2 抗振動(dòng)性

一般按照QC/T413-2002測試

頻率：25～500Hz 每個(gè)方向8小時(shí)(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(dòng)測試

2.3 抗振動(dòng)性先按照上述結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)及以往案例進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3D完成后，用軟件進(jìn)行受力模擬，沒有問題打樣實(shí)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(jì)擺方案，絕緣耐壓不合安規(guī)的話，用銅排包膠等工藝實(shí)現(xiàn)安規(guī)要求。

3 散熱設(shè)計(jì)

（1）如果沒有車載充電機(jī)，DCDC電源，按照常規(guī)設(shè)計(jì)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(jī)，DCDC電源時(shí)，根據(jù)車載電機(jī)，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(shí)，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(jī)，DCDC電源，根據(jù)車載電機(jī)，DCDC電源發(fā)熱量和客戶確認(rèn)采用液冷散熱方式時(shí)。一般結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(dòng)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(jì)

4.1 上下蓋密封設(shè)計(jì)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(huì)滲水到殼體內(nèi)部。

4.2 外接連接器處防水設(shè)計(jì)

（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(tái)，凸臺(tái)上做盲孔螺紋固定連接器。

5 EMC設(shè)計(jì)

電磁兼容（EMC）是對電子產(chǎn)品對電磁場方面干擾大?。‥MI）和抗干擾能力（EMS）的綜合的評(píng)價(jià)，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(huì)影響產(chǎn)品的正常使用。

EMC設(shè)計(jì)問題如下：

（1）只有在PDU里面加了BMS，DCDC電源，車載充電機(jī)等其中的一種或幾種才考慮EMC；（2）BMS，DCDC電源，車載充電機(jī)，這些電氣件出廠時(shí)一般都做了EMC驗(yàn)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(jì)主要方法是加高導(dǎo)電性屏蔽罩，廠商自己整改；因?yàn)槭荘DU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(jì)

仿真設(shè)計(jì)分為熱仿真，受力分析：

（1）靠經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)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(jì)。

7 做DFMEA（設(shè)計(jì)潛在失效模式）分析

根據(jù)上訴所講，做DFMEA（設(shè)計(jì)潛在失效模式）分析，當(dāng)失效風(fēng)險(xiǎn)很低時(shí)才可以進(jìn)行打樣，因?yàn)槠囆袠I(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(jì)的產(chǎn)品有安全或失效隱患，需要召回維修時(shí)，所花費(fèi)的成本是非常大的?？赡茉斐善髽I(yè)重大經(jīng)濟(jì)損失或者企業(yè)破產(chǎn)。因此設(shè)計(jì)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(jī)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(jì)常用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)及常用結(jié)構(gòu)類型，供行業(yè)內(nèi)人士做設(shè)計(jì)參考。