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说一说预充电路与预充电阻(上)

2019-05-05 11:48
新能源BMS
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“最近思考了很多,也不晓得有道理没,既然想不明白,那就先按照老样子做下去。”

这一篇说一说BMS外部的预充电路和预充电阻。大家可能也很熟悉这一块,相关的书籍或者文章也很多,那我写本文还有哪些意义呢?嗯嗯,至少对自己是一个总结与思考的历程,可以重新分辨其中的一些事情的对错。

上图是电池系统内部简图,它里面包括了预充电路,其中R是预充电阻,K1是预充继电器,C是母线电容。母线电容一般就是指电机控制器的输入电容(因为它最大,而DCDC的输入电容很小,几十uF),大概要到600uF上下,根据负载来选定。

首先回答一个问题,为什么要进行预充呢?

第一个大家都知道,是为了保护主正、负继电器不会因为过流产热而粘连损坏。因为导通瞬间,电容相当于短路,回路中铜排与继电器的阻抗又很小,所以会有一个大电流。

除了这个,还有的说法是为了保护母线电容和电池,这个就留给大家自己去思考寻找答案了。

接着再介绍一下电容充电的相关参数计算,参照下图,其实简单,公式都是现成的。

电容的充电公式如下(图片来源于网络):这个公式用来计算需要的预充电阻阻值。

在电池系统设计中,电池的总电压、负载电容C、和要求的预充时间t都是已经定义好的,将它们带入上式,可以得到预充电阻的阻值R。其中,Ut代表经过预充时间t后,电容两端到达的充电电压值。当经过预充时间t后,就会闭合主正继电器;一般要求Ut≥95%*Us,还有的不是以百分比来判定,而是以二者的电压差值来判定,例如经过预充时间t后,要求Us-Ut≤10V;Ut的值也是经过仔细计算选取的,这个可以在后面继电器选型里面讨论(到处挖坑哈,以后慢慢填)。

接下来讨论预充电阻功率选取问题。

预充电阻功率的选取格外重要,很多常见的预充电阻损坏案例就是由于功率选择不合适造成的;但功率的选取又一直是个难题,并不是本身难,而是因为硬件工程师太忙了,天天被琐碎的事情弄得焦头烂额,根本没有心情沉下来去思考,我也是这样。

预充电阻所处的场景是瞬态脉冲充电的过程,而不是一个稳态的过程,一般时间持续0.5s左右就结束了。在这么短的时间内,电阻内部产生的热量是来不及散出去的,热量完全聚集在电阻丝上面,所以它的功率的选型依据是由预充电阻的最大脉冲功率来决定的,而不是稳态功率。

预充电阻上瞬态电压脉冲有以下几种(图片来源于网络),我们第一个工作是把这些不规则的波形转换成矩形波,转换方法具体见图中标识的虚线矩形波,其中峰值电压Vp是没有变化的(矩形波的转换方法并不统一,可从厂家处获取)。

上图里面的尖形波与预充电阻上的电压波形是相似的;转换之后,我们即可得到单脉冲的持续时间t1和峰值功率Ppeak。然后再参照预充电阻厂家推荐的最大单脉冲峰值功率表(如下图,图片来自于网络),并按照一定比例去降额(例如Ppeak≤0.5*Pmax),来验证选取的电阻是否合适。

上面是单个脉冲的场景,还有一种是连续几个脉冲的场景:即somebody反复进行整车上下电,连续去预充,这样就比较坑了。此时产生的热量比单脉冲更大,而且间隔时间上面并不规律,散热情况不好估计,所以保守计算可以按照单脉冲的几倍最大功率去选型。还有就是温度的降额,就不细说了。

总结:

这篇大多是理论介绍,比较无趣,但又一定要深入了解,要不心里没有底气;下一篇具体拿一个实例去计算,验证一下理论;然后再说说预充电阻的分类等,介绍一下预充电路等相关周边的问题。所有内容,仅供参考。

声明: 本文由入驻维科号的作者撰写,观点仅代表作者本人,不代表OFweek立场。如有侵权或其他问题,请联系举报。

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