分析電機(jī)控制器為何要預(yù)充電電路及電路設(shè)計(jì)、失效
發(fā)布時(shí)間:2021-07-26 來源:新能源線束linker 責(zé)任編輯:lina
【導(dǎo)讀】電動(dòng)汽車預(yù)充電路的主要作用是給電機(jī)控制器(即逆變器)的大電容進(jìn)行充電,以減少接觸器接觸時(shí)火花拉弧,降低沖擊,增加安全性。
電機(jī)控制器為什么要預(yù)充電電路 ?
電動(dòng)汽車預(yù)充電路的主要作用是給電機(jī)控制器(即逆變器)的大電容進(jìn)行充電,以減少接觸器接觸時(shí)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(shí)候,當(dāng)電源接通瞬間,電容兩端的電壓不會(huì)突變,而電容兩端的電流會(huì)突變。如果沒有預(yù)充電路,那接觸器會(huì)因?yàn)榇箅娏靼l(fā)生粘連或損壞,影響電機(jī)控制器的安全性和可靠性。
以上圖為例,假如無預(yù)充電路,整車動(dòng)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(fù)載電容C電壓接近0,K+、K-閉合,相當(dāng)于瞬間短路,負(fù)載電阻僅僅是導(dǎo)線和繼電器觸點(diǎn)的電阻,一般遠(yuǎn)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?fù)p壞。
預(yù)充電路設(shè)計(jì)為了避免繼電器K+、K-損壞,加人預(yù)充電過程,與沖擊電器Kp,和預(yù)充R構(gòu)成了預(yù)充電回路,在高壓上電時(shí),預(yù)充電回路先接通.負(fù)載電容C上的電壓Uc逐漸升高,預(yù)充電電流I =(Ub一Uc)/R越來越小,當(dāng)接近動(dòng)力電池電壓90%時(shí),切斷預(yù)充電繼電器Kp,接通主繼電器K+。
通常選擇預(yù)充電阻范圍為20~100Ω,假如選用R=25Ω。在預(yù)充繼電器接通一瞬間,最大電流Ip=326.4/25=13.056A。此時(shí),選擇預(yù)充繼電器容量15A.預(yù)充電回路安全。
預(yù)充電路失效分析通過監(jiān)測(cè)預(yù)充過程中Uc、Ip的變化,檢測(cè)預(yù)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(yù)期、Ip增長速度大于預(yù)期
故障1:絕緣故障。負(fù)載因故障有短路或較小阻性負(fù)載,如電容被擊穿等,會(huì)導(dǎo)致預(yù)充電過程中Uc始終上不去。此時(shí)電流過大.預(yù)充電電阻放熱量增大,會(huì)燒毀電阻,同時(shí)導(dǎo)致預(yù)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(shí),預(yù)充回路電流可能會(huì)流人整車低壓電氣網(wǎng)絡(luò),存在與乘員直接接觸的隱患,故而在已確定故障情況下.應(yīng)迅速斷開預(yù)充電回路。
故障2:RC變大。在設(shè)計(jì)或安裝過程中,失誤會(huì)造成匹配不當(dāng);在使用中,因時(shí)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(yīng)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(huì)造成R值變化。
2)電壓Uc增長速度快于預(yù)期、Ip增長速度大于預(yù)期故障1:斷路、開路。負(fù)載開路導(dǎo)致假預(yù)充電完成??赡艿脑蛴胸?fù)載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(shí),BMS通過輸出El檢測(cè)到的Uc不是真正負(fù)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(dǎo)致預(yù)充電結(jié)束,但因?yàn)檩敵鲩_路,并無危險(xiǎn)。但是,如果此時(shí)負(fù)載突然加上,因?yàn)轭A(yù)充電已結(jié)束,沒有預(yù)充電路的電阻R限制電流.將會(huì)產(chǎn)生超大電流,損害線路或繼電器。因此,在一般的預(yù)充電策略中,一上電就完成的可以判為故障,后續(xù)禁止進(jìn)行。此種情況下可通過查詢預(yù)充電回路導(dǎo)通情況確定問題。
故障2:RC變小。在設(shè)計(jì)或安裝過程中.失誤會(huì)造成匹配不當(dāng):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(yù)充結(jié)果。
為避免預(yù)充電失效情況發(fā)生,在各元件選取時(shí),應(yīng)首先選用汽車級(jí)產(chǎn)品,工業(yè)級(jí)產(chǎn)品不適用;某些易絕緣失效、易碰觸部位應(yīng)在已有絕緣保護(hù)的前提下,添加額外保護(hù)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(shí)驗(yàn)驗(yàn)證條件下得出來的Uc值
(來源:新能源線束linker)
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