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动力电池系统介绍(六)——预充回路介绍

动力电池系统介绍(6)

  • 一、预充电路
    • 1.1 为什么要预充?
    • 1.2 预充回路参数
    • 1.3 计算预充参数
      • 1.3.1 预充电阻值
      • 1.3.2 RC计算电路能耗
      • 1.3.3 计算预充电路的瞬时功率
      • 1.3.4 电阻热容量分析
  • 二、预充电阻的选择
    • 2.1 实心陶瓷电阻
    • 2.2 铝壳电阻
    • 2.3 水泥电阻

一、预充电路

以下预充电路简图(图片来自网络):K一是主继电器,K二是预充继电器,R预充电阻,C主要指X电容,主要指X电容MCU大电容。不了解汽车电容分布的小伙伴可参考: BMS涉及到的X/Y电容。 预充电路

1.1 为什么要预充?

有两种说法: (1)为避免主负继电器过热粘连损坏:当电容器并联在电源两端时,电容器两端的电压不会突变,但电流会突变。此时,负载电阻为导线和继电器接触点的电阻一般远小于20mΩ,电池电压一般为300V以上相当于瞬时短路,产生瞬时电流I=300/0.02=15000A,损坏主正负继电器。 (2)为了保护电容器不受损坏:电击穿是指固体介质的载流子在强电场的作用下自由扩展,然后导致击穿。电容器的工作电压超过设备的最大工作电压超过设备的最大电压,可能导致严重的电容介质损失、绝缘损坏和介质损坏。

1.2 预充回路参数

预充过程中涉及的参数如下: (1)电池组和电源输出电压Us;(已知) (2)电容预充所需的电压Ut;(根据需要设计,一般设计为0.9或0.95Us,也可以设置最后压差为10V) (3)继电器的额定电流I;(已知) (4)母线电容值C(由整车厂提供); (5)启动时可能的最高环境温度T;(已知) (6)电阻温升上限要求T1;(已知) (7)达到充电电压所需时间t;(根据需要设计,一般需要500ms内) (8)单次脉冲或连续脉冲,如果是连续脉冲(如果能提供最好的脉冲波形),电阻能抵抗脉冲次数和脉冲间隔(找预充电阻厂家提供规格说明书,下同); (9)电池滥用时,要求电阻保持正常工作时间; (10)电阻的安装结构和接线方式。

1.3 计算预充参数

了解详细的工况和参数后,需要进行一些基本的计算。

1.3.1 预充电阻值

预充电阻计算实际上是为了解释电容充电的公式(图片源网络): 已知Us电源电压,U0一般设为0,Ut一般为0.9或0.95Us(或者Us-Ut=10V),C为整车MCU的电容,t一般小于500ms,最后,要求预充电阻R。(图片来源网络)

1.3.2 RC计算电路能耗

电动汽车的高压预充电路实际上是一个RC回路,因此RC当电路连接到直流电压电源时,电源通过电阻充电电容器。在充电过程中,电源提供的部分能量转化为电场能量储存在电容器中,部分电阻转化为热能消耗。电阻消耗的电能计算如下: 直流电源提供的总能量W1=∫ U·I(t)·d(t)=C·U2; 储存电容的能量W2=1/2C·U2; 电阻消耗的能量W3=W1-W2 也就是说,无论电路中电容器和电阻R的值有多大,在充电过程中,电源提供的能量通常转化为电场能量储存在电容器中,另一半由电阻消耗。因此,能量消耗与电阻的电阻值无关。 电阻标称的额定功率是指在电阻长期工作达到热平衡时,与外界进行热交换的能力,即散热功率; 预充电阻的使用条件不能使电阻丝达到热平衡,因为在预充电过程中,预充电时间只有毫秒,电阻承受脉冲作用,因此关注电阻本身的额定功率毫无意义RC在电路中,我们关注瞬时能量耐受极限,即热容量。 一般来说,在脉冲的作用下,由于瞬时产生的热量集中在电阻体中,电阻体部分的温度可能远远大于周围绝缘材料和涂层材料的温度,严重时会达到电阻体的熔点或损坏接触的涂层材料。这时候电阻的过载能力受到瞬时能量(即脉冲能量)的限制。当功率过载的脉冲时间持续在100ms过载功率倍数因子(标称功率)随脉冲持续时间的增长呈单调下降趋势,如下图所示。(图片来自微信微信官方账号电动学校) 根据经验,脉冲连续时间一般为5S在内部,标称功率5可承受~瞬时功率10倍;S以下脉冲瞬时功率可达标称功率的20倍以上。

1.3.3 计算预充电路的瞬时功率

瞬时功率P(t)=U2(t)/R P(t)通过预充电阻的功率; U(t)同时预充电阻两端的电压值; R预充电阻值。 当U(t)最大时,P(t)最大。当预充电继电器刚刚关闭时,电容相当于短路。预充电阻两端的最大电压等于电池两端的电压,即最大瞬时功率Pmax=U2max/R。 为保证安全性和使用要求,预充电阻功率最大瞬时功率功率不超过20倍:P=Pmax/20。

1.3.4 电阻热容量分析

在实际电路中,W3=1/2·C·U2.当电容电压达到0时.9或0.95点,预充电已完成。为了安全起见,电压按电源电压计算。然后,根据电阻制造商给出的脉冲能量-电阻曲线计算预充电阻在预充电路中的实际功耗,以验证电阻是否满足要求。 在查资料的过程中,我看到了另一种说法(摘自微信微信官方账号新能源BMS”): 以下是预充电阻上的瞬态电压脉冲。 (1)将不规则波形转换为矩形波(转换方法可从厂家获得),获得单脉冲的持续时间t1和峰值功率Ppeak; (2)参照预充电阻制造商推荐的最大脉冲峰值功率表,并按一定比例减少(如Ppeak≤0.5*Pmax),验证所选电阻是否合适。 目前可能还有其他计算方法。如果有机会,请深入了解。以上计算仅供参考。

二、预充电阻的选择

目前市场上常见的预充电阻主要有以下几种(图片来自网络):

2.1 实心陶瓷电阻

实心陶瓷电阻全导电,能承受高能、高频、高电流的冲击,更适合能量排放(电容器充放电)。此外,实心陶瓷电阻可靠性高,耐高温性好,功率可达数千瓦。

2.2 铝壳电阻

铝壳电阻体积相对较小,耐热性好,功率大,精度高。铝壳电阻的最大功率可达5W ~ 1000W,通常用于电源、变频器、电机控制等电路,通常起分压分流的作用,但铝壳电阻的价格成本较高。 铝壳电阻的应用及铝壳电阻的作用详细说明

2.3 水泥电阻

水泥电阻分为普通水泥电阻和水泥线绕电阻。水泥电阻属于线绕电阻的一种,属于功率较大的电阻,可允许大电流通过。水泥电阻具有外形尺寸大、抗震、耐湿、耐热、散热好、价格低等特点。广泛应用于电源适配器、音响设备、音频分频器、仪器、仪器、电视等设备。参考水泥电阻介绍。 由于不同类型的预充电阻特性不同,需要根据实际应用情况选择最合适的。在确保安全的前提下,尽可能降低成本,提高可靠性和稳定性。 本来想顺着写继电器,但是继电器涉及的内容也比较多,有空再写一章介绍一下。

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