【導讀】最近幾年，新能源汽車(chē)在中國得到迅猛發(fā)展。由于其高效、節能、低噪聲、無(wú)污染等特點(diǎn)，它已成為國內外汽車(chē)工業(yè)發(fā)展的新趨勢。雖然應用在新能源汽車(chē)上的電源、驅動(dòng)以及控制系統在理論上與工業(yè)中的應用沒(méi)有太大區別，但由于汽車(chē)在不同工況環(huán)境下對安全性、穩定性、可靠性等方面都有極高要求，這就使得電動(dòng)汽車(chē)在電路設計和所使用的元器件選型上要做更加全面和認真的考量。作為電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力部分的電池管理系統，它的安全性、可靠性、穩定性無(wú)疑是整車(chē)性能的關(guān)鍵。本文針對電池管理系統中預充電阻的選型作以下分析和討論。
什么是預充電阻？簡(jiǎn)單的說(shuō)就是上電初期電源要向電容充電，如果不加以限制，充電電流過(guò)大，會(huì )對繼電器、整流器件和待充電容造成較大沖擊，所以用電阻限流，這里用到的電阻就是預充電電阻。
新能源汽車(chē)的電池管理系統都會(huì )涉及高壓預充環(huán)節，這是因為電機控制器（就是我們常說(shuō)的逆變器）都帶有較大的母線(xiàn)電容。冷態(tài)啟動(dòng)無(wú)預充電情況下，如主繼電器直接接通，電池高壓將直接加載到空的母線(xiàn)電容上，相當于瞬間短路，極大的瞬間電流會(huì )損壞繼電器。加入預充電阻后，通過(guò)預充電回路先將母線(xiàn)電容進(jìn)行預充電，這樣主電路接通時(shí)的電流就可以控制在安全的范圍內，確保系統正常運行。
我們可以從以上介紹了解到，預充電電阻是電池管理系統中不可或缺而且十分關(guān)鍵的器件。那么針對此應用我們應該如何分析及如何選擇合適的電阻呢？
在電阻選型前，我們首先要清楚地了解使用工況及參數要求，歸納如下：
•高壓電池電源輸出電壓
•繼電器的額定電流
•母線(xiàn)電容容值
•啟動(dòng)時(shí)可能的最高環(huán)境溫度
•電阻的溫升要求
•電容預充所需達到的電壓
•達到充電電壓時(shí)所需的時(shí)間
•單次脈沖還是連續脈沖？
•如果是連續脈沖，電阻能抵抗連續脈沖的次數和脈沖的間隔時(shí)間分別是？
•電池被濫用時(shí)，要求電阻保持正常工作狀態(tài)持續的時(shí)間
•電阻的安裝結構和接線(xiàn)方式
•絕緣電壓的要求
在了解了詳細工況和參數后就需要做一些基本的計算。通常情況下預充電被要求在500ms內完成，在這么短的時(shí)間內，電流通過(guò)電阻絲或電阻體所產(chǎn)生的高熱量來(lái)不及被電阻的骨架吸收，電阻絲或電阻體本身將不得不承擔絕大部分脈沖的能量。所以我們要先計算啟動(dòng)時(shí)的脈沖能量，然后再選擇合適的電阻方案。
如果是單個(gè)脈沖， 能量計算如下：
如果是連續脈沖，當脈沖的間隔時(shí)間很短（比如小于1s）時(shí)，實(shí)際應用中耗散能量的比例很小，我們一般可以用線(xiàn)性累積來(lái)計算總的脈沖能量。
總能量=單個(gè)脈沖能量x連續脈沖數量
然后再確定一下預充電阻的阻值：
T = RC * Ln[(Vbat - V0)/( Vbat - Vpre)]
其中：T=預充電時(shí)間
R=預充電阻
C=負載端電容
Vbat=電池包電壓
V0=負載端閉合高壓前的電壓（可表示為0）
Vpre=預充結束時(shí)負載端電壓
一般來(lái)說(shuō)，Vpre選擇為總電壓Vbat的90%或者95%，這里認為是90%，所以公式可以表示如下：
T = RC * Ln10
則R = T / (C * Ln10)
實(shí)例分析：若總電壓為700V，負載電容C為2000uF，設定預充時(shí)間最大為300ms，當電容電壓達到電源電壓95%時(shí)，單個(gè)脈沖的能量為
E = 1/2CV2 = 442J
如果是短時(shí)間內連續5個(gè)脈沖，總的脈沖能量約為
E總= 442*5 = 2210J
預充電阻的阻值為
R = T / (C * Ln10) = 300 / 4.60 = 65.2Ω
基于以上計算，接下來(lái)如何選擇合適的電阻呢？通常用于電池包預充電阻的方案有如下幾種選擇，我們先來(lái)比較一下不同類(lèi)型電阻的特性。
通過(guò)比較，我們可以看到，實(shí)芯陶瓷電阻在性能上非常適用于預充電和泄放的應用。盡管它體積小，但由于是實(shí)芯陶瓷結構，相對于繞線(xiàn)電阻的電阻絲，有更高的比熱容和質(zhì)量，可以在短時(shí)間內吸收極高的能量， 而且沒(méi)有寄生電感，反應時(shí)間非?？?。美國制造商KANTHAL是陶瓷實(shí)芯電阻行業(yè)的領(lǐng)導者，下面是這款KANTHAL電阻的一些具體參數。
依據上面的參數，結合上述實(shí)例的需求，如果是單個(gè)脈沖，一個(gè)252AEC的電阻就可滿(mǎn)足，如果是連續脈沖，需2個(gè)253AEC并聯(lián)或串聯(lián)使用。 除此之外，我們還根據市場(chǎng)需求研發(fā)了其他封裝類(lèi)型的預充電阻，如下圖所示。
基于實(shí)芯陶瓷電阻開(kāi)發(fā)的預充電阻HECR系列
最近，我們時(shí)常會(huì )接觸到一些在電池包中用鋁殼繞線(xiàn)電阻做預充電阻的產(chǎn)品，在其測試和使用中出現嚴重失效甚至電阻爆炸的案例?；诖爽F狀就有了本文的討論，希望可以為讀者提供在該應用領(lǐng)域關(guān)于電阻選型的有用信息。
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