新能源汽車(chē)關(guān)鍵零部件高壓配電盒BDU的作用

導(dǎo)讀：隨著新能源汽車(chē)快速發(fā)展的趨勢(shì)，作為新能源汽車(chē)關(guān)鍵零部件高壓配電盒（BDU，Battery Disconnect Unite）在其充放電過(guò)程中發(fā)揮著重要的作用。當(dāng)一個(gè)電子產(chǎn)品處于設(shè)計(jì)階段，基于對(duì)產(chǎn)品可靠性和性能的考慮，此時(shí)更希望獲得產(chǎn)品內(nèi)部溫度、速度等信息。同時(shí)在電子行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)IEC61810-7-2006機(jī)電基本繼電器中，明確有對(duì)繼電器溫升是否超過(guò)極限做出要求。但設(shè)計(jì)階段沒(méi)有實(shí)際產(chǎn)品可以用于評(píng)估，因此前期對(duì)BDU充放電溫度的研究對(duì)安全有著重要的意義。

一、BDU的組成

高壓配電盒，主要零件如圖1、①為銅排，承擔(dān)著導(dǎo)電作用，連接著②繼電器、③水泥電阻、4分流器。銅排的層次在充放電中接通不同的繼電器承擔(dān)著不同的作用。PDU也是高壓配電盒的一種，是電力分配單元，BDU是電力阻斷單元。

圖1 BDU結(jié)構(gòu)組成

DCDC與PDU二合一產(chǎn)品，PDU配置靈活，可以根據(jù)客戶要求進(jìn)行定制開(kāi)發(fā)，能夠滿足不同客戶不同車(chē)型需求，比如三合一，四合一等。

二、CAE技術(shù)在研發(fā)中的作用

設(shè)計(jì)階段，CAE技術(shù)承擔(dān)了承前啟后的關(guān)鍵作用，依據(jù)前期試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以建立合理的數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行數(shù)值模擬，發(fā)現(xiàn)弊端來(lái)優(yōu)化結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)仿真驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)；仿真數(shù)據(jù)與試驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)標(biāo)優(yōu)化了CAE設(shè)計(jì)中材料的選用、接觸的設(shè)定、熱阻以及各零部件的連接。

(1)機(jī)械沖擊分析

依據(jù)《GBT31467.3-2015電動(dòng)汽車(chē)用鋰離子動(dòng)力蓄電池包和系統(tǒng)第3部分安全性要求與測(cè)試方法》，明確要求可以承受6ms半正弦50G加速度沖擊。

圖3、為機(jī)械沖擊仿真與實(shí)際測(cè)試對(duì)比，通過(guò)對(duì)比驗(yàn)證了仿真結(jié)果，優(yōu)化了數(shù)學(xué)模型，為接下來(lái)的優(yōu)化提供了基礎(chǔ)。

圖3 沖擊仿真

(2)隨機(jī)振動(dòng)分析

隨機(jī)振動(dòng)確定了在不確定振動(dòng)（路況）下，基于概率的結(jié)果響應(yīng)。圖4為隨機(jī)振動(dòng)前處理圖，通過(guò)Hm進(jìn)行仔細(xì)的網(wǎng)格劃分，并檢查網(wǎng)格質(zhì)量，網(wǎng)格質(zhì)量決定著結(jié)果的準(zhǔn)確性，同時(shí)決定著求解效率。

圖4 隨機(jī)振動(dòng)前處理

(3)流體散熱分析

高壓配電盒一般采用自然散熱，當(dāng)與DCDC等集成多合一時(shí)，采用液冷。依據(jù)采集變化的電流進(jìn)行瞬態(tài)散熱分析。與實(shí)際測(cè)試進(jìn)行對(duì)比優(yōu)化仿真模型，為研發(fā)階段提供較為準(zhǔn)確的預(yù)判，驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)以及散熱方式的優(yōu)化。

圖5、為仿真與實(shí)際測(cè)試對(duì)標(biāo)圖，圖6為實(shí)際測(cè)試設(shè)備與測(cè)點(diǎn)。

圖5 流體散熱分析

(4)疲勞分析

振動(dòng)疲勞包括隨機(jī)振動(dòng)疲勞、定頻疲勞、掃頻疲勞。

隨機(jī)振動(dòng)是一個(gè)統(tǒng)計(jì)概念，對(duì)于一些特殊復(fù)雜載荷，它的瞬時(shí)大小是未知的，且無(wú)規(guī)律 可循，但是載荷的大小是在一定范圍內(nèi)的，且可以通過(guò)出現(xiàn)的概率值來(lái)描述。典型的隨機(jī)振動(dòng)載荷有：地震激勵(lì)、風(fēng)載/海洋載荷、汽車(chē)振動(dòng)激勵(lì)、電子設(shè)備振動(dòng)測(cè)試等。

隨機(jī)振動(dòng)過(guò)程有如下限制和假設(shè)：隨機(jī)振動(dòng)系統(tǒng)只適用于線性系統(tǒng)，隨機(jī)振動(dòng)激勵(lì)被假 設(shè)為服從高斯正態(tài)分布，因此其輸出仍然是服從高斯正態(tài)分布。

需要注意的是，隨機(jī)振動(dòng)疲勞分析的 FE 結(jié)果文件需包含應(yīng)力頻響函數(shù)，通常為諧響應(yīng)分析結(jié)果。圖7、為隨機(jī)振動(dòng)疲勞分析流程圖。

圖7、隨機(jī)振動(dòng)疲勞分析流程圖


五、中高壓配電盒動(dòng)力學(xué)分析7講

隨著整車(chē)開(kāi)發(fā)周期的不斷減小，對(duì)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)質(zhì)量卻沒(méi)有降低，在這種情況下，仿真就成了必不可少的技術(shù)手段。對(duì)于PDU和BDU企業(yè)來(lái)說(shuō)，仿真分析尤為重要，企業(yè)需要及時(shí)提供相應(yīng)的仿真分析給到整車(chē)或電池系統(tǒng)企業(yè)，以便能進(jìn)行整體的仿真，而不是孤立地進(jìn)行PDU/BDU開(kāi)發(fā)。 全面的仿真能力和系統(tǒng)測(cè)試設(shè)施，為企業(yè)的PDU/BDU提供全面的先行保障，為國(guó)內(nèi)主流的新能源乘用車(chē)企業(yè)、新能源物流車(chē)企業(yè)和電動(dòng)大巴企業(yè)進(jìn)行配套服務(wù)，為車(chē)輛的高壓配電提供更安全的解決方案。

審核編輯：劉清