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文:電馳科研(137電車工坊)技術總監/羅玉林

PDU( Power Distribution Unit) 高壓配電單元/高壓配電盒是負責整車高壓電能的分配、管理及安全保護。它將高壓電池的高壓直流電分配至馬達控制器、車載充電機OBC、空調壓縮機、PTC加熱器、DC/DC控制器等關鍵部件。從另一個角度來說,BDU放在電池包外就可以成為PDU,放在電池包內可以叫做BDU,如圖1所示。

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圖1  特斯拉 Model 3 高壓配電盒放在電池包內的閤樓內

整體的功能大同小異,都是分配電路,保證通斷的功能。因此,將其主要功能分為通斷、預充、狀態監測三個方面,其主要電氣件可歸納為以下幾類:

電路的通斷控制,包括主正繼電器、主負繼電器和預充繼電器。透過內部的主正繼電器、主負繼電器等,安全地接通或切斷電池包與整車高壓系統(如馬達、空調、充電器等)的連接,如圖2-4所示。

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圖2  特斯拉 Model 3高壓繼電器(接觸器)
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圖3  特斯拉 Model 3高壓繼電器內部結構
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圖4  特斯拉老款 Model S/X高壓繼電器

在發生過載或短路時快速熔斷,作為最後一道防線切斷故障電路,防止熱失控。整合式熔斷器(包括傳統熔斷器或更先進的「煙火保險絲」Pyrofuse),在偵測到嚴重過流或短路等故障時,能迅速切斷電路,確保電池和車輛安全,如圖5-6所示。

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圖5  特斯拉 Model 3煙火保險絲
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圖6  特斯拉老款 Model S/X煙火保險絲

即時檢測母線電流,為電池管理系統(BMS)進行電量估算(SOC/SOH)和過電流保護提供資料,主要有霍爾感測器和分流器兩種技術路線,如圖7-8所示。

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圖7  特斯拉 Model 3分流器
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圖8 特斯拉老款 Model S/X高壓繼電器與分流器

與預充繼電器串聯,在車輛上電時限制衝擊電流,保護高壓迴路中的容性負載(如馬達控制器)免受瞬間大電流衝擊,如圖9所示。

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圖9 特斯拉老款 Model S/X預充電阻(左側方形物)

部分BDU方案會整合電池管理系統的部分或全部功能,負責監控電池狀態、控制繼電器動作並執行故障診斷。部分BDU也整合電流感測器(如分流器),用於監控電池包的充放電電流,為電池管理系統估算電量提供關鍵數據,如圖10-11所示。

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圖10  特斯拉 Model 3 的BMS
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圖11 特斯拉老款 Model S/X的BMS

提供結構支撐、電氣絕緣和環境保護。安裝在電池包內部時常用工程塑膠殼體;安裝在外部則需金屬殼體以達到更高的防護等級(如IP67)。

實現BDU內部及其與電池包、外部負載之間的電氣連接。

作為高壓大電流的通路載體,連接繼電器、熔斷器等元件,要求低電阻和高載流能力。高壓連接件,主要是銅排、鋁排及線束,高壓用於高壓主迴路的聯通,連接電氣件保證通路;關鍵在於考慮過流設計及必要的校核, BDU內的銅排應固定牢固,合理使用固定結構;銅排安裝點在規定力矩的正常安裝條件不應發生變形、開裂等損壞。

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