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        電動(dòng)汽車預(yù)充電保護(hù)設(shè)計(jì)

        2021-10-14 03:28:36姚子欣
        科技與創(chuàng)新 2021年19期
        關(guān)鍵詞:故障設(shè)計(jì)

        姚子欣

        (江蘇聯(lián)合職業(yè)技術(shù)學(xué)院常州劉國鈞分院,江蘇 常州 213000)

        上電防瞬態(tài)沖擊設(shè)計(jì)在電動(dòng)汽車動(dòng)力電池系統(tǒng)高壓安全設(shè)計(jì)中屬于重要的一部分,涉及高壓供電、負(fù)載運(yùn)行及主正負(fù)接觸器安全運(yùn)行[1]。由于電動(dòng)汽車存在大量的高壓電設(shè)備,例如驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電機(jī)控制器、DC/DC 轉(zhuǎn)換器、空調(diào)壓縮機(jī)等,高壓電氣設(shè)備在工作過程中都要有預(yù)充電過程,防止高電壓瞬間上電擊穿設(shè)備內(nèi)部元器件,因此在其內(nèi)部往往設(shè)置有較大的預(yù)充電容,將初上電電流限制在較小的范圍內(nèi)[2]。

        1 預(yù)充電保護(hù)原理

        由上文可知,電動(dòng)汽車高壓設(shè)備回路中設(shè)置有預(yù)充電容,下面以動(dòng)力電池與電機(jī)控制器之間的高壓回路為例進(jìn)行說明。將其高壓系統(tǒng)簡化為由單個(gè)電阻和電容組成的模型,如圖1 所示。

        圖1 高壓系統(tǒng)簡化模型

        由圖1 可以看出,當(dāng)主正負(fù)接觸器閉合瞬間,由于回路存在預(yù)充電容,一般電容電量可視為零。根據(jù)電路的瞬態(tài)特性可知,電容被短路,回路中產(chǎn)生可達(dá)上千安培的大電流,致使接觸器被沖擊損毀,也可能危害乘員的安全[3]。

        所以綜合考慮,必須在原有的回路中設(shè)計(jì)有預(yù)充電回路,如圖2 所示,對預(yù)充電容進(jìn)行預(yù)充電,避免出現(xiàn)瞬態(tài)沖擊電流,以保證電機(jī)控制器安全上電,如圖3 所示。

        圖2 高壓預(yù)充電路

        圖3 電池系統(tǒng)高壓上電過程

        2 預(yù)充電保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        目前,電動(dòng)汽車高壓預(yù)充電回路控制有方式1、方式2、方式3 三種方式,如表1 所示。一般廣泛采用的控制方式為方式1、方式2[4]。

        表1 高壓預(yù)充電回路控制方式

        2.1 預(yù)充電回路硬件設(shè)計(jì)

        高壓電上電開始,高壓回路上預(yù)充接觸器和主負(fù)接觸器首先閉合,預(yù)充電流從電池正極流經(jīng)預(yù)充電阻回到負(fù)極構(gòu)成回路,預(yù)充電流小于閾值。當(dāng)Cp的電壓Uc接近Ub時(shí),Kp斷開,K+閉合,預(yù)充電完成,高壓上電成功。

        以SCII 直流接觸器EVL250 為例,使用壽命與容阻抗性的關(guān)系如表2 所示。EVL250 接觸器吸合特性曲線如圖4所示??紤]到電動(dòng)汽車實(shí)際運(yùn)行電流,結(jié)合圖4,將(Ub-Uc)/Ub≤10%作為預(yù)充電完成的標(biāo)志。

        表2 EVL250 通斷次數(shù)與容阻抗性的關(guān)系

        圖4 EVL250 接觸器吸合特性曲線

        2.2 預(yù)充電策略設(shè)計(jì)

        當(dāng)VCU 接受KeyOn 鑰匙信號后,發(fā)送報(bào)文至BMS,BMS 完成自檢后進(jìn)入上電流程。以表1 的第三種控制方式即延時(shí)預(yù)充時(shí)間t后,以主正接觸器閉合方式為例進(jìn)行說明。延時(shí)預(yù)充時(shí)間為t,取決于如下公式:

        式(1)~(4)中:Uc為預(yù)充電容電壓;Ub為電池總電壓;t為預(yù)充完成時(shí)間;τ為一階RC時(shí)間常數(shù);Ip為預(yù)充電流。當(dāng)Kp、K+、K-未正常接通/斷開時(shí),BMS 發(fā)送預(yù)充電故障報(bào)文至VCU,VCU 禁止整車上電。一般BMS 執(zhí)行2~3 次預(yù)充電動(dòng)作[5],預(yù)充電均失敗后判定預(yù)充電故障。預(yù)充故障有兩種類型,如表3 所示。

        表3 預(yù)充電故障類型

        3 總結(jié)

        本文通過分析預(yù)充電過程原理,對動(dòng)力電池端與電機(jī)控制器端回路進(jìn)行了預(yù)充電設(shè)計(jì),并分析了預(yù)充電過程可能存在的故障及其原因。通常電動(dòng)汽車的使用周期為5~8 年,為降低預(yù)充電失效故障發(fā)生率,應(yīng)首先選用汽車級產(chǎn)品,工業(yè)級產(chǎn)品不太適用。

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