预充电电路⼯作原理_研究电动汽车预充电过程
2参数匹配分析
图3为预充电过程波形。加⼊预充电过程,K+先断开,使拥有较⼤阻抗的KP和R构成的预充电回路先接通,当预充电电路⼯作时,负载电容C上的电压Uc越来越⾼(预充电电流IP=(UB-Uc)/R越来越⼩),当接近蓄电池电压姚时(即图3中的△U⾜够⼩,⼀般⼩于玩的10%),切断预充电继电器KP,接通主继电器K+,不再有⼤电流冲击。因为此时UB-Uc很⼩,所以电流⼩。
通常选择预充电电阻范围为20- 100Ω ,此项⽬选⽤R=25Ω。Ub与认压差仍然按326.4V计算,在接通⼀瞬间,流过预充电回路进⼊电容C的最⼤电流Ip=326.4/25=13.056 A。此时,选择预充继电器容量15A,预充电回路安全,同时能保证K+闭合时没有冲击电流存在。
将上述电路做⼀阶电路零状态响应等效分析,可得到Uc、Ip如下
式中:τ ------RC电路的时间常数,τ=RC。
由理论公式知道,Uc 、IP在预充电过程中应符合⼀定的变化规律、特点,同时,预充电⼜由蓄电池及外部负载共同作⽤,两者状况会影响预充电进程,因此,通过监测预充过程中Uc、IP的变化检测预充过程是否成功,是否有故障发⽣以及故障类型。
1)电压Uc增长速度慢于预期Uc 、IP增长速度⼤于预期I
故障1:绝缘故障。负载因故障有短路或较⼩阻性负载,如电容被击穿等,会导致预充电过程中Uc始终上不去(电压始终降在预充电电阻R 上)。此时电流过⼤,预充电电阻放热量增⼤,烧毁电阻,同时导致预充电过程失败,主继电器不能接通,后续⽆法⼯作。此时,预充回路电流会流⼊整车低压电⽓⽹络,存在与乘员直接接触的隐患,故⽽在已确定故障情况下,应迅速断开预充电回路,并在专业⼈员维修检测之前禁⽌整车上电⾏驶。
故障2: RC变⼤。在设计或安装过程中,失误会造成匹配不当;在使⽤中,因时间、环境等因素造成电容的电极腐蚀、电介质电⽼化与热⽼化、⾃愈效应等失效,影响C的参数变化;线与线及线与电极的接触电阻增⼤会造成R值变化。
2)电压增长速度快于预期、尽长速度⼤于预期I或等于0
故障1:断路、开路。负载开路导致假预充电完成,可能的原因有负载未接线或者电容因故障断路,如引出线与电极接触表⾯氧化、接触不良,造成低电平开路;液体电解质⼲涸或冻结等。此时,BMS通过输出⼝检测到的Uc不是真正负载电容上的电压,⽽是蓄电池组的开路电压(OCV),马上得到虚假的Uc=UB的信息,可能导致预充电结束,直接接通主继电器,但因为输出开路,并⽆危险。但是,如果此时负载突然加上,因为预充电已结束,没有预充电路的电阻R限制电流,将会产⽣超⼤电流,损害
线路或继电器。因此,在⼀般的预充电策略中,⼀上电就完成的可以判为故障,后续禁⽌进⾏。此种情况下可通过查询预充电回路导通情况确定问题。
故障2 ; RC变⼩。在设计或安装过程中,失误会造成匹配不当;电容在使⽤过程中随着银离⼦迁移、电介质分⼦结构改变、在⾼湿度或低⽓压环境中极间飞弧等原因造成C的参数值变⼩,影响预充结果。电动小汽车
为避免预充电失效情况发⽣,在各元件选取时,应⾸先选⽤汽车级产品,⼯业级产品不适⽤;某些易绝缘失效、易碰触部位应在已有绝缘保护的前提下,添加额外保护措施,减少磨损以及⼈为原因对电路造成的损害,降低故障发⽣率。
3试验性能
图4为电压检测模块电路。由图4可以推导出以下公式
式中:Uo------单⽚机采集到的电压值;Uz------蓄电池包总电压值,R20、R21、R22、R23、 R24------分压电阻,ft3------放⼤倍数。在上述试验车上做验证,改变RC值和绝缘特性,试验结果见表1。