「最近思考了很多,也不曉得有道理沒,既然想不明白,那就先按照老樣子做下去。」

這一篇說一說BMS外部的預充電路和預充電阻。大家可能也很熟悉這一塊,相關的書籍或者文章也很多,那我寫本文還有哪些意義呢?嗯嗯,至少對自己是一個總結與思考的歷程,可以重新分辨其中的一些事情的對錯。

上圖是電池系統內部簡圖,它裡麪包括了預充電路,其中R是預充電阻,K1是預充繼電器,C是母線電容。母線電容一般就是指電機控制器的輸入電容(因為它最大,而DCDC的輸入電容很小,幾十uF),大概要到600uF上下,根據負載來選定。

首先回答一個問題,為什麼要進行預充呢?

第一個大家都知道,是為了保護主正、負繼電器不會因為過流產熱而粘連損壞。因為導通瞬間,電容相當於短路,迴路中銅排與繼電器的阻抗又很小,所以會有一個大電流。

除了這個,還有的說法是為了保護母線電容和電池,這個就留給大家自己去思考尋找答案了。

接著再介紹一下電容充電的相關參數計算,參照下圖,其實簡單,公式都是現成的。

電容的充電公式如下(圖片來源於網路):這個公式用來計算需要的預充電阻阻值。

在電池系統設計中,電池的總電壓、負載電容C、和要求的預充時間t都是已經定義好的,將它們帶入上式,可以得到預充電阻的阻值R。其中,Ut代表經過預充時間t後,電容兩端到達的充電電壓值。當經過預充時間t後,就會閉合主正繼電器;一般要求Ut≥95%*Us,還有的不是以百分比來判定,而是以二者的電壓差值來判定,例如經過預充時間t後,要求Us-Ut≤10V;Ut的值也是經過仔細計算選取的,這個可以在後面繼電器選型裡面討論(到處挖坑哈,以後慢慢填)。

接下來討論預充電阻功率選取問題。

在電池系統設計中,電池的總電壓、負載電容C、和要求的預充時間t都是已經定義好的,將它們帶入上式,可以得到預充電阻的阻值R。其中,Ut代表經過預充時間t後,電容兩端到達的充電電壓值。當經過預充時間t後,就會閉合主正繼電器;一般要求Ut≥95%*Us,還有的不是以百分比來判定,而是以二者的電壓差值來判定,例如經過預充時間t後,要求Us-Ut≤10V;Ut的值也是經過仔細計算選取的,這個可以在後面繼電器選型裡面討論(到處挖坑哈,以後慢慢填)。預充電阻功率的選取格外重要,很多常見的預充電阻損壞案例就是由於功率選擇不合適造成的;但功率的選取又一直是個難題,並不是本身難,而是因為硬體工程師太忙了,天天被瑣碎的事情弄得焦頭爛額,根本沒有心情沉下來去思考,我也是這樣。

預充電阻所處的場景是瞬態脈衝充電的過程,而不是一個穩態的過程,一般時間持續0.5s左右就結束了。在這麼短的時間內,電阻內部產生的熱量是來不及散出去的,熱量完全聚集在電阻絲上面,所以它的功率的選型依據是由預充電阻的最大脈衝功率來決定的,而不是穩態功率。

預充電阻所處的場景是瞬態脈衝充電的過程,而不是一個穩態的過程,一般時間持續0.5s左右就結束了。在這麼短的時間內,電阻內部產生的熱量是來不及散出去的,熱量完全聚集在電阻絲上面,所以它的功率的選型依據是由預充電阻的最大脈衝功率來決定的,而不是穩態功率。預充電阻上瞬態電壓脈衝有以下幾種(圖片來源於網路),我們第一個工作是把這些不規則的波形轉換成矩形波,轉換方法具體見圖中標識的虛線矩形波,其中峯值電壓Vp是沒有變化的(矩形波的轉換方法並不統一,可從廠家處獲取)。

上圖裡面的尖形波與預充電阻上的電壓波形是相似的;轉換之後,我們即可得到單脈衝的持續時間t1和峯值功率Ppeak。然後再參照預充電阻廠家推薦的最大單脈衝峯值功率表(如下圖,圖片來自於網路),並按照一定比例去降額(例如Ppeak≤0.5*Pmax),來驗證選取的電阻是否合適。

上面是單個脈衝的場景,還有一種是連續幾個脈衝的場景:即somebody反覆進行整車上下電,連續去預充,這樣就比較坑了。此時產生的熱量比單脈衝更大,而且間隔時間上面並不規律,散熱情況不好估計,所以保守計算可以按照單脈衝的幾倍最大功率去選型。還有就是溫度的降額,就不細說了。

總結:

這篇大多是理論介紹,比較無趣,但又一定要深入瞭解,要不心裡沒有底氣;下一篇具體拿一個實例去計算,驗證一下理論;然後再說說預充電阻的分類等,介紹一下預充電路等相關周邊的問題。所有內容,僅供參考。

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