電機控制器為什么要預充電電路 ？

電動汽車預充電路的主要作用是給電機控制器(即逆變器)的大電容進行充電，以減少接觸器接觸時火花拉弧，降低沖擊，增加安全性。我們知道，電容并聯(lián)在電源兩端的時候，當電源接通瞬間，電容兩端的電壓不會突變，而電容兩端的電流會突變。如果沒有預充電路，那接觸器會因為大電流發(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，假如無預充電路，整車動力電池系統(tǒng)由9并102串磷酸鐵鋰電芯串聯(lián)組成．電芯規(guī)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和繼電器觸點的電阻，一般遠小于20毫歐。根據(jù)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，加人預充電過程，與沖擊電器Kp，和預充R構(gòu)成了預充電回路，在高壓上電時，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越來越小,當接近動力電池電壓90%時，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，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監(jiān)測預充過程中Uc、Ip的變化，檢測預充過程是否成功，是否有故障發(fā)生以及故障類型。

1)電壓Uc增長速度慢于預期、Ip增長速度大于預期

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，會導致預充電過程中Uc始終上不去。此時電流過大．預充電電阻放熱量增大，會燒毀電阻，同時導致預充電過程失敗，主繼電器不能接通，整車高壓無法正常工作。此時，預充回路電流可能會流人整車低壓電氣網(wǎng)絡，存在與乘員直接接觸的隱患，故而在已確定故障情況下．應迅速斷開預充電回路。

 

故障2：RC變大。在設計或安裝過程中，失誤會造成匹配不當；在使用中，因時間、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(shù)變化；線與線及線與電極的接觸電阻增大會造成R值變化。

 

2)電壓Uc增長速度快于預期、Ip增長速度大于預期故障1：斷路、開路。負載開路導致假預充電完成?？赡艿脑蛴胸撦d未接線或者電容因故障斷路，如引出線與電極接觸表面氧化、接觸不良，造成低電平開路；液體電解質(zhì)干涸或凍結(jié)等。此時，BMS通過輸出El檢測到的Uc不是真正負載電容上的電壓，而是蓄電池組的開路電壓(OCV)，馬上得到虛假的Uc=Ub的信息，可能導致預充電結(jié)束，但因為輸出開路，并無危險。但是，如果此時負載突然加上，因為預充電已結(jié)束，沒有預充電路的電阻R限制電流．將會產(chǎn)生超大電流，損害線路或繼電器。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(xù)禁止進行。此種情況下可通過查詢預充電回路導通情況確定問題。

故障2：RC變小。在設計或安裝過程中．失誤會造成匹配不當：電容在使用過程中隨著銀離子遷移、電介質(zhì)分子結(jié)構(gòu)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(shù)值變?。绊戭A充結(jié)果。

 

為避免預充電失效情況發(fā)生，在各元件選取時，應首先選用汽車級產(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?qū)﹄娐吩斐傻膿p害，降低故障發(fā)生率。
 

下方是改變RC值和絕緣特性，實驗驗證條件下得出來的Uc值

 

 

（來源：新能源線束linker）