電池管理系統(tǒng)中的高壓預(yù)充電電路原理解析

電池管理系統(tǒng)高壓預(yù)充電簡(jiǎn)化說(shuō)明及注意事項(xiàng)一正常預(yù)充電原理簡(jiǎn)述

1．1

為什么要預(yù)充電如圖1所示，電池所帶的電機(jī)控制器負(fù)載，前端都有較大的電容C，在冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)，C上無(wú)電荷或只有很低的殘留電壓，當(dāng)無(wú)預(yù)充電時(shí)，主繼電器K+、K-直接與C接通，此時(shí)電池電壓VB有50V以上高壓，而負(fù)載電容C上電壓接近0，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20mΩ。按根據(jù)歐姆定律，回路電阻按20mΩ計(jì)算，VB和VC壓差按300V計(jì)算，瞬間電流I=300/0.02=15000A。繼電器K+及K-必?fù)p壞無(wú)疑。

加入預(yù)充電過(guò)程，K+先斷開(kāi)，讓阻抗較大的Kp和R構(gòu)成的預(yù)充電回路先接通，我們一般選擇預(yù)充電電阻為100到200歐姆，這里我們用的200歐姆。VB與VC壓差仍然按300V計(jì)算，在接通一瞬間，流過(guò)預(yù)充電回路進(jìn)入電容C的最大電流Ip=300/200=1.5A。而預(yù)充繼電器容量是10A，所以預(yù)充回路安全。

當(dāng)預(yù)充電電路工作時(shí)，負(fù)載電容C上的電壓VC越來(lái)越高（預(yù)充電電流Ip越來(lái)越小），當(dāng)接近電池電壓VB時(shí)（圖中的ΔV足夠?。?，這時(shí)，切斷預(yù)充電，接通主繼電器K+，不再有大電流沖擊。因?yàn)镮=(VB-VC)/R，此時(shí)VB-VC很小，所以電流小。1．2

為什么叫預(yù)充電這里的充電就是電池組對(duì)負(fù)載的充電，外部負(fù)載的狀況會(huì)影響預(yù)充電的進(jìn)程，有兩種異常情況：I.負(fù)載開(kāi)路導(dǎo)致假預(yù)充電完成。比如說(shuō)負(fù)載線未接，或者負(fù)載上有一級(jí)繼電器處于斷開(kāi)狀態(tài)，此時(shí)，BMS通過(guò)輸出口檢測(cè)到的VC不是真正的負(fù)載電容上的電壓，二十電池組的開(kāi)路電壓（OCV），因此會(huì)馬上得到VC=VB的錯(cuò)誤信息，可能導(dǎo)致預(yù)充電結(jié)束，直接接上主繼電器，不過(guò)因?yàn)檩敵鲩_(kāi)路，并無(wú)危險(xiǎn)。但如果此時(shí)突然加上負(fù)載，由于預(yù)充電已經(jīng)結(jié)束，沒(méi)有預(yù)充電阻限制電流，產(chǎn)生大電流很可能損壞繼電器和線路。所以，在一般的預(yù)充策略中，一上電就完成的情況可以判定為故障，但是會(huì)導(dǎo)致一直接不通，后續(xù)無(wú)法進(jìn)行。II.負(fù)載因故障一直有短路或較小阻性負(fù)載，這會(huì)導(dǎo)致預(yù)充電過(guò)程中VC始終上不去（電壓降始終在預(yù)充電組上），在預(yù)充失敗的同時(shí)還會(huì)導(dǎo)致預(yù)充電路過(guò)熱，主繼電器無(wú)法接通。二電池端和電機(jī)負(fù)載端都有預(yù)充電情況如圖2，如果電池箱先上電，負(fù)載繼電器后上電，電池箱就完成了一次時(shí)間極短假預(yù)充，若BMS此時(shí)也判斷為正常而接通K+也無(wú)妨，讓負(fù)載級(jí)預(yù)充電再工作一次也可以達(dá)到相同的效果；但BMS設(shè)計(jì)成判斷假預(yù)充電為異常而終止，則負(fù)載級(jí)將永遠(yuǎn)無(wú)電。（現(xiàn)有系統(tǒng)是按前者設(shè)計(jì)的，也有缺陷：要是后級(jí)預(yù)充電不正常，則BMS無(wú)法保護(hù)繼電器；若負(fù)載先上電，負(fù)載預(yù)充電也很快接通，再上電池箱就可以正常完成預(yù)充電。）但是，如果幾乎同時(shí)上電，則它們的采樣判斷會(huì)互相影響，兩級(jí)預(yù)充電同時(shí)工作時(shí)，BMS預(yù)充電采樣的電壓不是電容C的真實(shí)電壓VC，而是加在后級(jí)預(yù)充電阻RM上的電壓，會(huì)提前結(jié)束預(yù)充電，而后級(jí)負(fù)載預(yù)充電采樣的電池電壓VB也不是真正的VB，比VB低了預(yù)充電阻R的壓降，也因壓差較小提前結(jié)束，導(dǎo)致預(yù)充電切換到主電路時(shí)電流偏大。三應(yīng)避免的異常操作分析預(yù)充電是BMS和負(fù)載相互作用的。在負(fù)載也有預(yù)充電的情況下，請(qǐng)注意三點(diǎn)：電池箱和電機(jī)部分，一定不要同時(shí)上電，且總是讓執(zhí)行預(yù)充電部分后上電?？梢酝瑫r(shí)下電，不過(guò)，如果只對(duì)無(wú)預(yù)充功能部分單獨(dú)下電并再次上電，將是非常危險(xiǎn)的。例如，當(dāng)BMS預(yù)充功能已禁止，而單獨(dú)對(duì)電池箱下電，過(guò)一會(huì)兒再上電，新?lián)Q的繼電器有粘死了，原因在于，此時(shí)電機(jī)主繼電器已閉合，預(yù)充電不起作用，而電池箱下電導(dǎo)致無(wú)電輸出，負(fù)載電容C上的電能被電機(jī)耗盡，此時(shí)BMS再上電必然會(huì)面臨巨大電流的沖擊。若電機(jī)負(fù)載部分無(wú)預(yù)充，那一定讓其先上電。四電容充電時(shí)間：

電容充電放電時(shí)間計(jì)算公式

設(shè)，V0

為電容上的初始電壓值；

V1

為電容最終可充到或放到的電壓值；

Vt

為t時(shí)刻電容上的電壓值。

則，

Vt="V0"+（V1-V0）*

[1-exp(-t/RC)]或

t

=

RC*Ln[(V1-V0)/(V1-Vt)]例如，電壓為E的電池通過(guò)R向初值為0的電容C充電

V0=0，V1=E，故充到t時(shí)刻電容上的電壓為：

Vt="E"*[1-exp(-t/RC)]

再如，初始電壓為E的電容C通過(guò)R放電

V0=E，V1=0，故放到t時(shí)刻電容上的電壓為：

Vt="E"*exp(-t/RC)

又如，初值為1/3Vcc的電容C通過(guò)R充電，充電終值為

Vcc，問(wèn)充到2/3Vcc需要的時(shí)間是多少？V0=Vcc/