新能源汽車中預充電阻的選型及分析
發布時間:2020-10-20 來源:楊寶平 責任編輯:wenwei
【導讀】最近幾年,新能源汽車在中國得到迅猛發展。由於其高效、節能、低噪聲、無汙染等特點,它已成為國內外汽車工業發展的新趨勢。雖然應用在新能源汽車上的電源、驅動以及控製係統在理論上與工業中的應用沒有太大區別,但由於汽車在不同工況環境下對安全性、穩定性、可ke靠kao性xing等deng方fang麵mian都dou有you極ji高gao要yao求qiu,這zhe就jiu使shi得de電dian動dong汽qi車che在zai電dian路lu設she計ji和he所suo使shi用yong的de元yuan器qi件jian選xuan型xing上shang要yao做zuo更geng加jia全quan麵mian和he認ren真zhen的de考kao量liang。作zuo為wei電dian動dong汽qi車che動dong力li部bu分fen的de電dian池chi管guan理li係xi統tong,它ta的de安an全quan性xing、可靠性、穩定性無疑是整車性能的關鍵。本文針對電池管理係統中預充電阻的選型作以下分析和討論。
什麼是預充電阻?簡單的說就是上電初期電源要向電容充電,如果不加以限製,充電電流過大,會對繼電器、整流器件和待充電容造成較大衝擊,所以用電阻限流,這裏用到的電阻就是預充電電阻。
新能源汽車的電池管理係統都會涉及高壓預充環節,這是因為電機控製器(就是我們常說的逆變器)doudaiyoujiaodademuxiandianrong。lengtaiqidongwuyuchongdianqingkuangxia,ruzhujidianqizhijiejietong,dianchigaoyajiangzhijiejiazaidaokongdemuxiandianrongshang,xiangdangyushunjianduanlu,jidadeshunjiandianliuhuisunhuaijidianqi。jiaruyuchongdianzuhou,tongguoyuchongdianhuiluxianjiangmuxiandianrongjinxingyuchongdian,zheyangzhudianlujietongshidedianliujiukeyikongzhizaianquandefanweinei,quebaoxitongzhengchangyunxing。

womenkeyicongyishangjieshaolejiedao,yuchongdiandianzushidianchiguanlixitongzhongbukehuoqueerqieshifenguanjiandeqijian。namezhenduiciyingyongwomenyinggairuhefenxijiruhexuanzeheshidedianzune?
在電阻選型前,我們首先要清楚地了解使用工況及參數要求,歸納如下:
•高壓電池電源輸出電壓
•繼電器的額定電流
•母線電容容值
•啟動時可能的最高環境溫度
•電阻的溫升要求
•電容預充所需達到的電壓
•達到充電電壓時所需的時間
•單次脈衝還是連續脈衝?
•如果是連續脈衝,電阻能抵抗連續脈衝的次數和脈衝的間隔時間分別是?
•電池被濫用時,要求電阻保持正常工作狀態持續的時間
•電阻的安裝結構和接線方式
•絕緣電壓的要求
在了解了詳細工況和參數後就需要做一些基本的計算。通常情況下預充電被要求在500ms內nei完wan成cheng,在zai這zhe麼me短duan的de時shi間jian內nei,電dian流liu通tong過guo電dian阻zu絲si或huo電dian阻zu體ti所suo產chan生sheng的de高gao熱re量liang來lai不bu及ji被bei電dian阻zu的de骨gu架jia吸xi收shou,電dian阻zu絲si或huo電dian阻zu體ti本ben身shen將jiang不bu得de不bu承cheng擔dan絕jue大da部bu分fen脈mai衝chong的de能neng量liang。所suo以yi我wo們men要yao先xian計ji算suan啟qi動dong時shi的de脈mai衝chong能neng量liang,然ran後hou再zai選xuan擇ze合he適shi的de電dian阻zu方fang案an。
如果是單個脈衝, 能量計算如下:

如果是連續脈衝,當脈衝的間隔時間很短(比如小於1s)時,實際應用中耗散能量的比例很小,我們一般可以用線性累積來計算總的脈衝能量。

總能量=單個脈衝能量x連續脈衝數量
然後再確定一下預充電阻的阻值:
T = RC * Ln[(Vbat - V0)/( Vbat - Vpre)]
其中:T=預充電時間
R=預充電阻
C=負載端電容
Vbat=電池包電壓
V0=負載端閉合高壓前的電壓(可表示為0)
Vpre=預充結束時負載端電壓
一般來說,Vpre選擇為總電壓Vbat的90%或者95%,這裏認為是90%,所以公式可以表示如下:
T = RC * Ln10
則R = T / (C * Ln10)
實例分析:若總電壓為700V,負載電容C為2000uF,設定預充時間最大為300ms,當電容電壓達到電源電壓95%時,單個脈衝的能量為
E = 1/2CV2 = 442J
如果是短時間內連續5個脈衝,總的脈衝能量約為
E總= 442*5 = 2210J
預充電阻的阻值為
R = T / (C * Ln10) = 300 / 4.60 = 65.2Ω
基ji於yu以yi上shang計ji算suan,接jie下xia來lai如ru何he選xuan擇ze合he適shi的de電dian阻zu呢ne?通tong常chang用yong於yu電dian池chi包bao預yu充chong電dian阻zu的de方fang案an有you如ru下xia幾ji種zhong選xuan擇ze,我wo們men先xian來lai比bi較jiao一yi下xia不bu同tong類lei型xing電dian阻zu的de特te性xing。

通tong過guo比bi較jiao,我wo們men可ke以yi看kan到dao,實shi芯xin陶tao瓷ci電dian阻zu在zai性xing能neng上shang非fei常chang適shi用yong於yu預yu充chong電dian和he泄xie放fang的de應ying用yong。盡jin管guan它ta體ti積ji小xiao,但dan由you於yu是shi實shi芯xin陶tao瓷ci結jie構gou,相xiang對dui於yu繞rao線xian電dian阻zu的de電dian阻zu絲si,有you更geng高gao的de比bi熱re容rong和he質zhi量liang,可ke以yi在zai短duan時shi間jian內nei吸xi收shou極ji高gao的de能neng量liang, 而且沒有寄生電感,反應時間非常快。美國製造商KANTHAL是陶瓷實芯電阻行業的領導者,下麵是這款KANTHAL電阻的一些具體參數。


依據上麵的參數,結合上述實例的需求,如果是單個脈衝,一個252AEC的電阻就可滿足,如果是連續脈衝,需2個253AEC並聯或串聯使用。 除此之外,我們還根據市場需求研發了其他封裝類型的預充電阻,如下圖所示。

基於實芯陶瓷電阻開發的預充電阻HECR係列
zuijin,womenshichanghuijiechudaoyixiezaidianchibaozhongyonglvkeraoxiandianzuzuoyuchongdianzudechanpin,zaiqiceshiheshiyongzhongchuxianyanzhongshixiaoshenzhidianzubaozhadeanli。jiyucixianzhuangjiuyoulebenwendetaolun,xiwangkeyiweiduzhetigongzaigaiyingyonglingyuguanyudianzuxuanxingdeyouyongxinxi。
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