電機控制器為什么要預充電電路 ？

電動(dòng)汽車(chē)預充電路的主要作用是給電機控制器(即逆變器)的大電容進(jìn)行充電，以減少接觸器接觸時(shí)火花拉弧，降低沖擊，增加安全性。我們知道，電容并聯(lián)在電源兩端的時(shí)候，當電源接通瞬間，電容兩端的電壓不會(huì )突變，而電容兩端的電流會(huì )突變。如果沒(méi)有預充電路，那接觸器會(huì )因為大電流發(fā)生粘連或損壞，影響電機控制器的安全性和可靠性。

以上圖為例，假如無(wú)預充電路，整車(chē)動(dòng)力電池系統由9并102串磷酸鐵鋰電芯串聯(lián)組成．電芯規格(3.2V 6.5Ah),蓄電池電壓326.4V，負載電容C電壓接近0，K+、K-閉合，相當于瞬間短路，負載電阻僅僅是導線(xiàn)和繼電器觸點(diǎn)的電阻，一般遠小于20毫歐。根據歐姆定律，K+、K-閉合瞬間電流I=326.4／0.02=16320A，繼電器K+、K-必損壞。

預充電路設計為了避免繼電器K+、K-損壞，加人預充電過(guò)程，與沖擊電器Kp，和預充R構成了預充電回路，在高壓上電時(shí)，預充電回路先接通．負載電容C上的電壓Uc逐漸升高，預充電電流I =(Ub一Uc)／R越來(lái)越小,當接近動(dòng)力電池電壓90%時(shí)，切斷預充電繼電器Kp，接通主繼電器K+。

 

 

通常選擇預充電阻范圍為20～100Ω，假如選用R=25Ω。在預充繼電器接通一瞬間，最大電流Ip=326.4／25=13.056A。此時(shí)，選擇預充繼電器容量15A．預充電回路安全。

預充電路失效分析通過(guò)監測預充過(guò)程中Uc、Ip的變化，檢測預充過(guò)程是否成功，是否有故障發(fā)生以及故障類(lèi)型。

1)電壓Uc增長(cháng)速度慢于預期、Ip增長(cháng)速度大于預期

故障1：絕緣故障。負載因故障有短路或較小阻性負載，如電容被擊穿等，會(huì )導致預充電過(guò)程中Uc始終上不去。此時(shí)電流過(guò)大．預充電電阻放熱量增大，會(huì )燒毀電阻，同時(shí)導致預充電過(guò)程失敗，主繼電器不能接通，整車(chē)高壓無(wú)法正常工作。此時(shí)，預充回路電流可能會(huì )流人整車(chē)低壓電氣網(wǎng)絡(luò )，存在與乘員直接接觸的隱患，故而在已確定故障情況下．應迅速斷開(kāi)預充電回路。

 

故障2：RC變大。在設計或安裝過(guò)程中，失誤會(huì )造成匹配不當；在使用中，因時(shí)間、環(huán)境等因素造成電容的電極腐蝕、電介質(zhì)電老化與熱老化、自愈效應等失效，影響C的參數變化；線(xiàn)與線(xiàn)及線(xiàn)與電極的接觸電阻增大會(huì )造成R值變化。

 

2)電壓Uc增長(cháng)速度快于預期、Ip增長(cháng)速度大于預期故障1：斷路、開(kāi)路。負載開(kāi)路導致假預充電完成?？赡艿脑蛴胸撦d未接線(xiàn)或者電容因故障斷路，如引出線(xiàn)與電極接觸表面氧化、接觸不良，造成低電平開(kāi)路；液體電解質(zhì)干涸或凍結等。此時(shí)，BMS通過(guò)輸出El檢測到的Uc不是真正負載電容上的電壓，而是蓄電池組的開(kāi)路電壓(OCV)，馬上得到虛假的Uc=Ub的信息，可能導致預充電結束，但因為輸出開(kāi)路，并無(wú)危險。但是，如果此時(shí)負載突然加上，因為預充電已結束，沒(méi)有預充電路的電阻R限制電流．將會(huì )產(chǎn)生超大電流，損害線(xiàn)路或繼電器。因此，在一般的預充電策略中，一上電就完成的可以判為故障，后續禁止進(jìn)行。此種情況下可通過(guò)查詢(xún)預充電回路導通情況確定問(wèn)題。

故障2：RC變小。在設計或安裝過(guò)程中．失誤會(huì )造成匹配不當：電容在使用過(guò)程中隨著(zhù)銀離子遷移、電介質(zhì)分子結構改變、在高濕度或低氣壓環(huán)境中極間飛弧等原因造成C的參數值變?。绊戭A充結果。

 

為避免預充電失效情況發(fā)生，在各元件選取時(shí)，應首先選用汽車(chē)級產(chǎn)品，工業(yè)級產(chǎn)品不適用；某些易絕緣失效、易碰觸部位應在已有絕緣保護的前提下，添加額外保護措施，減少磨損以及人為原因對電路造成的損害，降低故障發(fā)生率。
 

下方是改變RC值和絕緣特性，實(shí)驗驗證條件下得出來(lái)的Uc值

 

 

（來(lái)源：新能源線(xiàn)束linker）