一种选择预充电阻和预充继电器的方法技术

本发明专利技术属于锂电池技术领域和电力电子领域，其公开了一种选择预充电阻和预充继电器的方法。该方法包括：确定与预充电回路有关的参数信息，参数信息包括：用电负载设备的总电容、锂电池组的总电压、锂电池组的最高充电电压、预充电压、预充电时间和车载蓄电池电压；根据用电负载设备的总电容、锂电池组的总电压、预充电压和预充电时间，确定预充电阻的标称电参数和规格型号；根据锂电池组的总电压、预充电阻的标称电参数、车载蓄电池电压和锂电池组的最高充电电压，确定预充继电器的标称电参数和规格型号。通过上述技术方案能够实现准确选择预充电阻和预充继电器的电参数，确保预充电回路的正常工作。路的正常工作。路的正常工作。

【技术实现步骤摘要】
一种选择预充电阻和预充继电器的方法


[0001]本专利技术属于锂电池
和电力电子领域，特别涉及一种选择预充电阻和预充继电器的方法。

技术介绍

[0002]近日，高工产业研究院(GGII)通过新能源汽车交强险口径数据统计显示，2022年第一季度我国新能源汽车累计销售104.4万辆，同比增长136％，动力电池装机量约46.87GWh，同比增长140％。现阶段，以电代油，节能减排，既符合我国的国情，也代表了世界汽车产业发展的方向，动力电池经过多年发展，逐渐形成了以三元锂电池和磷酸铁锂电池为主导，并且“两分天下”的格局，但无论哪种锂电池都需要或并联或串联，以电池包和PACK的形式来展现，以满足负载设备电压平台和能量的需求。
[0003]在电动汽车动力驱动系统总成中，锂电池组为整车提供能量和驱动力，其工作电压平台一般在200V～750V之间，后端用电负载设备包括电机控制器(MCU)、直流转换器(DC/DC)、空调压缩机(EAS)以及用于刹车助力和转向助力的辅驱控制器等。然而，这些用电负载设备前端无一例外的都存在一个较大的输入电容，作用是起到稳定输入电压、减小电压波动和噪声干扰的目的，电容值从几百微法到几千微法不等。由于电容两端电压不能突变，在冷态启动时，锂电池组几百伏的高电压直接施加到电容两端，而电容两端初始电压接近为0，开关合闸瞬间相当于短路，这将会在放电主回路上产生瞬间的大电流冲击，从而导致高压器件过电流损坏。
[0004]图1为目前电动汽车上锂电池组放电主回路及预充电回路典型的电气原理图。高压电气回路由锂电池组、主正继电器K2、主负继电器K3、预充继电器K1、预充电阻R等高压器件组成，高压上电和下电逻辑由电池管理系统(BMS)控制，通常使用的高压上电和下电逻辑为：BMS上电后自检，自检成功后闭合主负继电器K3，然后进入预充电流程，先闭合预充继电器K1，当检测到负载端P+、P
‑
预充电压达到锂电池组总电压的92％～98％时，再闭合主正继电器K2，并同时断开预充继电器K1，高压上电完成；在锂电池组投入运行过程中，如果BMS检测到极端保护条件(过充、过放、过温、过流、短路)触发时，就要进入高压下电流程，先断开主正继电器K2，再断开主负继电器K3。
[0005]在图1所示电气原理图中，锂电池组所带的电机控制器负载，前端都有较大的电容C，在冷态启动时，C上无电荷或只有很低的残留电压，当无预充电时，主正继电器K2、主负继电器K3直接与C接通，此时锂电池组总电压V
BAT
至少在200V以上，而负载电容C上电压接近0，相当于瞬间短路，负载电阻仅仅是导线线阻和高压继电器触点的接触电阻，一般远小于20mΩ。根据欧姆定律，回路电阻若按20mΩ计算，V
BAT
和V
C
压差按200V计算，瞬间冲击电流I＝200V/20mΩ＝10000A，高压继电器K2及K3必然过电流损坏(即发生触点粘连故障)，冲击电流波形及电容C上充电电压波形如图2所示。
[0006]为了防止高压上电瞬间，因负载电容C冷态启动所产生的巨大冲击电流损坏高压器件，目前常规做法是在高压电气回路中增加预充电回路，在闭合主正继电器K2之前先行
闭合预充继电器K1，让具有一定阻值的预充电阻R和预充继电器K1所构成的预充电回路先接通，对电容C以预设电流先进行预充电。预充电阻的阻值一般在几十到几百欧姆范围，如果这里选择20Ω的预充电阻，V
BAT
和V
C
压差仍然按200V计算，在高压接通瞬间，流过预充电回路进入电容C的最大电流I＝200V/20Ω＝10A，所以充电电流被限制在一定值以下，预充回路安全，增加预充电回路后冲击电流波形及电容C上充电电压波形如图3所示。在预充电电路正常工作时，负载电容C上的电压V
C
越来越高，预充电电流I越来越小，当V
C
接近V
BAT
时，切断预充电回路，接通主正继电器K2，将不再有大电流冲击，因为I＝(V
BAT
‑
V
C
)/R，此时V
BAT
‑
V
C
很小，所以电流也很小，远小于高压继电器的安全工作电流。
[0007]通过在锂电池组高压电气主回路中增加预充电回路，解决了高压上电瞬间负载电容C因冷态启动所产生的巨大冲击电流的问题，但是人们在选择预充电阻和预充继电器的规格及电参数时，往往凭主观感觉，依靠经验来进行判断，经常因为电参数容量选择过大造成硬件成本浪费和预充电时间过长，抑或电参数容量选择过小导致预充电回路无法达到设定的预期目标，造成高压器件损坏。

技术实现思路

[0008]为了解决上述问题，本专利技术提供了一种选择预充电阻和预充继电器的方法，所述预充电阻和所述预充继电器组成预充电回路，所述预充电回路与放电主回路的主正继电器并联连接，所述放电主回路还包括主负继电器，所述主负继电器的一端与锂电池组的总负极连接，所述主正继电器的一端与所述锂电池组的总正极连接，所述主正继电器的另一端与所述主负继电器的另一端之间连接有用电负载设备；所述方法包括：确定与所述预充电回路有关的参数信息，所述参数信息包括：所述用电负载设备的总电容、所述锂电池组的总电压、锂电池组的最高充电电压、预充电压、预充电时间和车载蓄电池电压；根据所述用电负载设备的总电容、所述锂电池组的总电压、所述预充电压和所述最大预充电时间，确定所述预充电阻的标称电参数和规格型号；根据所述锂电池组的总电压、所述预充电阻的标称电参数、所述车载蓄电池电压和所述锂电池组的最高充电电压，确定所述预充继电器的标称电参数和规格型号。
[0009]在如上所述的方法中，可选地，所述根据所述用电负载设备的总电容、所述锂电池组的总电压、所述预充电压和所述预充电时间，确定所述预充电阻的标称电参数和规格型号，包括：根据所述用电负载设备的总电容、所述锂电池组的总电压、所述预充电压和所述预充电时间计算出所述预充电阻的电阻值；根据所述用电负载设备的总电容、所述预充电压和所述预充电时间计算出所述预充电组的平均功率；根据所述预充电阻的电阻值和所述平均功率确定所述预充电阻的标称电参数和规格型号。
[0010]在如上所述的方法中，可选地，所述根据所述用电负载设备的总电容、所述锂电池组的总电压、所述预充电压和所述预充电时间计算出所述预充电阻的电阻值，包括：根据所述预充电阻的电阻值表达式计算出所述预充电组的电阻值，所述电阻值表达式如下：
[0011][0012]其中，R为所述预充电阻的电阻值，C为所述用电负载设备的总电容，V
BAT
为锂电池
组的总电压，v
c(t)
为预充电压，t为预充电时间。
[0013]在如上所述的方法中，可选地，所述根据所述用电负载设备的总电容、所述预充电压和所述预充电时间计算出所述预充电组的平均功率，包括：根据所述预充电阻的功率表达式计算出所述预充电组的平均功率，所述功率表达式如下：...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种选择预充电阻和预充继电器的方法，其特征在于，所述预充电阻和所述预充继电器组成预充电回路，所述预充电回路与放电主回路的主正继电器并联连接，所述放电主回路还包括主负继电器，所述主负继电器的一端与锂电池组的总负极连接，所述主正继电器的一端与所述锂电池组的总正极连接，所述主正继电器的另一端与所述主负继电器的另一端之间连接有用电负载设备；所述方法包括：确定与所述预充电回路有关的参数信息，所述参数信息包括：所述用电负载设备的总电容、所述锂电池组的总电压、锂电池组的最高充电电压、预充电压、预充电时间和车载蓄电池电压；根据所述用电负载设备的总电容、所述锂电池组的总电压、所述预充电压和所述预充电时间，确定所述预充电阻的标称电参数和规格型号；根据所述锂电池组的总电压、所述预充电阻的标称电参数、所述车载蓄电池电压和所述锂电池组的最高充电电压，确定所述预充继电器的标称电参数和规格型号。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述用电负载设备的总电容、所述锂电池组的总电压、所述预充电压和所述预充电时间，确定所述预充电阻的标称电参数和规格型号，包括：根据所述用电负载设备的总电容、所述锂电池组的总电压、所述预充电压和所述预充电时间计算出所述预充电阻的电阻值；根据所述用电负载设备的总电容、所述预充电压和所述预充电时间计算出所述预充电组的平均功率；根据所述预充电阻的电阻值和所述平均功率确定所述预充电阻的标称电参数和规格型号。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述用电负载设备的总电容、所述锂电池组的总电压、所述预充电压和所述预充电时间计算出所述预充电阻的电阻值，包括：根据所述预充电阻的电阻值表达式计算出所述预充电组的电阻值，所述电阻值表达式如下：其中，R为所述预充电阻的电阻值，C为所述用电负载设备的总电容，V
BAT
为锂电池组的总电压，v
c(t)
为预充电压，t为预充电时间。4.根据权利要求2所述的方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭建华，
申请(专利权)人：楚能新能源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：