张绪彬欧阳天琪
（东风柳州汽车有限公司，广西柳州545005）
【摘要】高压配电盒（Power Distribution Union），是新能源汽车高压供电系统的分配单元，将高压动力电池的能量分配到不同的用电设备并起到保护监控等功能。文章主要阐述电动车高压配电盒选型设计思路及相关电气元器件选型原则，为电动车配电单元的选型设计提供参考。
【关键词】电动汽车；高压配电盒；选型设计
【中图分类号】U469【文献标识码】A【文章编号】1008-1151(2019)12-0042-02 Discussion on the Lectotype Design of High Voltage Distribution
Box for Electric Vehicles
Abstract: The high-voltage distribution union is the distribution unit of the high-voltage power supply system of new energy vehicles. It distributes the energy of the high-voltage power battery to different electrical equipment and plays the function of protection and monitoring. This paper mainly describes
the lectotype design idea of high-voltage distribution box for electric vehicles and the selection principle of relevant electrical components, which provides a reference for the selection design of electric vehicle distribution unit.
Key words: electric vehicle; PDU; lectotype
随着汽车制造行业的快速发展，近年国内空气污染加剧，为了降低汽车排放对环境的影响，当下纯电动汽车的推广应用越来越引起行业重视，政府也不断推出扶持新能源汽车发展的政策。现在电动汽车已经成为国内最热门的行业之一，各大汽车公司以及电机、电池企业都投入巨大的人力和物力去研究未来方向的新能源汽车。高压配电盒作为重要的配电单元，是为电机控制器、暖风加热器、电动压缩机和多合一控制器等进行电源分配的核心部件，相当于整车系统的神经系统。
1 基本架构
一般的高压配电盒主要由壳体、铜排、连接器、高压直流接触器和熔断器等组成。壳体能够给电气元器件提供稳定的工作空间，保证其不受外界影响。铜排电阻率低、散热效果好，在电路中起输送大电流的作用，是箱体内不可或缺的导电材料。连接器作为高压配电盒连接用电设备的桥梁，其选型的好坏直接影响导电回路的稳定性。高压直流接触器在回路中起到通断和保护电路等作用，该元件属于高压配电盒的核心零件。熔断器则是用于保护高压配电盒内外回路所有的元器件。2 高压配电盒的选型
设计
2.1选型设计思路
2.1.1电器参数输入
各系统输入用电设备的参数，包括额定功率、额定电流、峰值电流、峰值电流持续时间、内部硬件电容容值以及系统期望最小短路电流等参数。
2.1.2非控元件选型
高压配电盒内部非控元件包括铜排、连接器、预充电阻，这类元器件不受电控系统控制，设计初期可根据系统使用频率和工况设置相应的安全系数，以确保其工作性能。
2.1.3熔断器选型
正常情况下，熔断器在电路中是导体，工作电流可正常通过熔断器，但是如果回路中出现短路情况，熔断器则需要自身熔断来保护系统的元器件。如果熔断器容值设计太小，熔断器经常烧坏，会造成维修费用高；如果容值设计过高，电路出现短路时，熔断器又无法及时熔断来保护用电器，而且系统内部之间的电容也会产生纹波电流，对熔断器形成电流干扰，所以熔断器选型是高压配电盒的设计难点。
熔断器选型需要根据系统输入的用电设备参数，再结合系统控制器的保护策略综合考虑。
总第21卷244期大众科技Vol.21 No.12 2019年12月Popular Science & Technology December 2019
【收稿日期】2019-10-08
【作者简介】张绪彬（1991－），男，东风柳州汽车有限公司助理工程师，研究方向为高压配电盒设计。
2.1.4高压直流接触器选型
熔断器型号选定之后，根据高压直流接触器的用户选型手册，结合熔断器的参数反推高压直流接触器的型号参数，最终匹配耐电流能力比熔断器更强的高压直流接触器。
2.1.5试验验证
实践出真知，高压配电盒需要经过相关的台架验证和实车可靠性验证。若能通过这一系列试验，则说明选型合理，否则需要查原因重新设计。
2.2铜排选型设计
2.2.1铜排设计派力奥改装
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铜排截面积可根据国家标准要求设计，但国标是属于导电常用工况，无法满足到电动汽车的极端工况，因此引入铜排设计的经验公式I C＝S×α，I C表示铜排设计回路的额定电流，S表示铜排设计的截面积，α为设计常数。
2.2.2设计常数选取
根据上述经验公式，结合系统输入的电器参数和使用情况，其中电器回路长时间接通时，设计常数α＝5；回路间歇性通断时，α＝7～8；回路瞬间通断时，α＝10，最后将设计常数代入公式，计算得出铜排截面积。
2.3 预充电阻选型设计
2.3.1 预充电阻介绍
由于上电瞬间，用电器与电池包的回路相当于短路状态，如果直接上电会产生冲击电流，严重损害电池、高压直流接触器和熔断器等核心元器件。为了避免在回路接通瞬间产生冲击电流，通常高压配电盒的主回路上会设置并联一个预充回路，预充回路的电阻选型会影响预充时间，预充时间需要与整车控制系统的上电时间匹配上，否则会造成上电失败或继电器烧蚀等不良后果。
2.3.2预充电阻设计参数输入
预充电阻选型一般需要预充电容、预充目标和预充时间等参数。预充电容通常是所有高压附件控制器的总电容值，预充目标是预充电阻两端电压为电池电压的百分比，一般为95%，预充时间是当预充电阻两端电压达到预充目标时，所需要的时间，商用车一般为0.5 s。
2.3.3预充电阻阻值计算
长安之星2代价格根据设计经验公式R＝T/(-In(1-Precharge target)×C)，其中T为设计预充时间；Precharge target为设计预充电容两端电压百分比，即当预充电容两端电压为电池电压95%时，Precharge target＝95%；C为高压附件系统总电容值。将各个参数代入公式中，预充电阻取整数值，算出预充时间。
2.3.4预充电阻选型
根据功率公式P＝U2/R，其中U为电池额定电压，初步计算得到预充电阻上电瞬时功率冲击，查预充电阻的功率过载曲线，如图1所示。
图1电阻功率过载曲线
可知在实际的预充时间下，电阻可承受上电瞬间功率冲击的倍数，选出预充电阻的功率，进而确定预充电阻的选型。
2.4连接器选型设计
2.4.1连接器基础参数介绍
一般直流用电设备可选用一个2位或者两个1位连接器，交流用电设备选用一个3位或者三个1位连接器。
可根据整车布置的输入要求，选择连接器是否需要配高压互锁和出线方向。工作电压不低于电池包最高电压，一般要求防护等级至少为IP67。
2.4.2连接器载流能力选型
查看连接器用户选型手册，根据经验值，一般连接器的载流能力按用电器额定电流的1.2～1.4倍选择，为避免连接器出线烧蚀现象，设计前期可选用可压线径较广的连接器型号，作为结构改善余量。
2.5熔断器选型设计
2.5.1熔断器基础参数介绍
选用熔断器时，要求熔断器工作电压大于电池包最大工作电压，熔断器容值初步选择要比用电回路的额定电流大。分断能力电流也要大于回路可能会产生的最大短路电流，这点涉及熔断器的熔断可靠性。
2.5.2 熔断器修正系数宏光mini敞篷车
熔断器的修正系数主要考虑连接方式修正、风冷散热修正和温度修正三个参数。连接方式修正参数一般取0.9，高压配电盒内部属于密封环境，一般风冷散热修正系数0.8。同时考虑到熔断器的熔断时间
曲线是基于环境温度20℃时标定，因此计算熔断器容值时需要增加温度修正系数，具体数值可查温度修正曲线，如图2所示。
图2熔断器温度修正曲线
（下转第41页）
由图2可知：（1）除测斜孔IN4外，其余测斜孔A、B 两向的位移分别在-6.42 mm（IN7A向）-5.12 mm（IN5A向）、-5.21 mm（IN6B向）-4.06 mm（IN7B向）之间变化，孔内位移随孔深增加而逐渐减小，分布规律协调；位移年际变化总体平稳，无明显异常趋势。（2）测斜孔IN4A向极大值为12.89 mm，出现于2018年8月24日，相较于最近一次测量（2017年8月11日）位移增大3 mm左右；B向极小
值为-6.21 mm，出现于2014年2月21日，当前（2018年8月24日）位移量为-3.8 mm，相较于最近一次测量（2017年8月11日）位移增大2.65 mm。该测点A向位移变化过程整体较为平稳，但是2017年以来的4次监测值疑似出现缓慢增大的趋势性规律，建议对其进行跟踪监测和判别；B向孔口附近位移变化波动明显，整体测值在6.21 mm～0.20 mm之间。考虑到测斜孔IN4附近的M3-04多点位移计测值较小且规律平稳，认为该处边坡内部变形总体正常。
4 结论
（1）进水口边坡多点位移计测值存在一些监测粗差，例如M3-5、M36、M3-4-3 和M3-3-3 等测点的异常粗差值比重较高，这很可能是传感器传输电缆的工作稳定性引起的。
（2）岩滩水电站大坝右岸进水口边坡垂直位移总体表现为略有上抬变形，边坡垂直位移的累计量值很小，边坡结构总体稳定，无明显异常迹象。
（3）测斜孔IN7A、IN7AB向在2018年相对于2017年的变化量分别为-4.28 mm、6.88 mm，测斜孔A、B向位移分别由2.79 mm（2017年）、3.97 mm（2017年）变化到-1.49 mm （2018年）、-2.91 mm（2018年），变化量稍大，但是当前测值的量级均较小，同时考虑到测斜孔IN7附近的M3-07多点位移计测值较小且平稳，认为该处测斜孔结构稳定，建议增加监测频次。
（4）除测斜管IN1孔与IN2孔处测点损坏外，其余测斜管测值变化过程线总体规律性较好，边坡变形总体较小。需要指出的是，2015年后测斜管共开展8次监测，监测频次不高，仅有的监测数据展现出边坡变形总体无异常趋势性规律，但个别测次间测值差异较大的现象。为真实反映边坡实际变形情况，建议按照规范要求增加监测频次，待积累监测数据后进一步分析边坡变形变化规律。
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（上接第43页）
2.5.3 熔断器容值计算
根据经验公式I P＝I S×F T×F E×F V，其中I P是实际工作中熔断器的容值，I S是熔断器的设计容值，F T为温度修正系数，F E为连接方式修正系数，F V为风冷散热修正系数，将相应参数代入公式，可计算得到熔断器容值，选取接近的值。
2.5.4 控制策略校核
熔断器的作用是保护线束、用电器等，但当用电器自身存在保护机制时，熔断器需要设计在特定的区域内才能更好低地发挥保护的作用。比如用电器的峰值电流为100 A，持续时间30 s，用电器软件设置过流保护为140 A，持续时间为10 s，那么选取的熔断器在该软件过流保护工作区间内不允许熔断。同时用电器设置硬件保护为200 A，持续时间为3 s，那么选取的熔断器要在硬件保护机制起作用前熔断，以达到保护用电器的作用。综上所述，熔断器选取应该在软件保护之后且硬件保护之前熔断，这样熔断器的保护效果最理想。
2.6高压直流接触器选型设计
2.6.1接触器基础参数介绍
选用接触器时，要求接触器工作电压大于电池包最大工作电压，接触器容值初步选择要比用电回路的额定电流大。
2.6.2接触器选型
根据已选定的熔断器，查看接触器的用户选型手册，比较熔断器失效时间和接触器器失效时间，要求接触器失效时间比熔断器失效时间要长，根据用户三包政策（3年或10 km），可查看接触器预期寿命
曲线，选择继电器具体型号。
3 结论
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由于国内电动车行业起步较晚，各整车厂对高压配电盒的设计并未形成标准，开发过程比较依赖零部件供应商的经验设计，通过梳理高压配电盒电气元器件选型原则，为整车厂设计人员设计高压配电盒提供思路和参考。
【参考文献】
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