分析电机控制器为何要预充电电路及电路设计、失效

品慧电子讯电动汽车预充电路的主要作用是给电机控制器(即逆变器)的大电容进行充电，以减少接触器接触时火花拉弧，降低冲击，增加安全性。

电机控制器为什么要预充电电路 ？

电动汽车预充电路的主要作用是给电机控制器(即逆变器)的大电容进行充电，以减少接触器接触时火花拉弧，降低冲击，增加安全性。我们知道，电容并联在电源两端的时候，当电源接通瞬间，电容两端的电压不会突变，而电容两端的电流会突变。如果没有预充电路，那接触器会因为大电流发生粘连或损坏，影响电机控制器的安全性和可靠性。

以上图为例，假如无预充电路，整车动力电池系统由9并102串磷酸铁锂电芯串联组成．电芯规格(3.2V 6.5Ah),蓄电池电压326.4V，负载电容C电压接近0，K+、K-闭合，相当于瞬间短路，负载电阻仅仅是导线和继电器触点的电阻，一般远小于20毫欧。根据欧姆定律，K+、K-闭合瞬间电流I=326.4／0.02=16320A，继电器K+、K-必损坏。

预充电路设计为了避免继电器K+、K-损坏，加人预充电过程，与冲击电器Kp，和预充R构成了预充电回路，在高压上电时，预充电回路先接通．负载电容C上的电压Uc逐渐升高，预充电电流I =(Ub一Uc)／R越来越小,当接近动力电池电压90%时，切断预充电继电器Kp，接通主继电器K+。

通常选择预充电阻范围为20～100Ω，假如选用R=25Ω。在预充继电器接通一瞬间，最大电流Ip=326.4／25=13.056A。此时，选择预充继电器容量15A．预充电回路安全。

预充电路失效分析通过监测预充过程中Uc、Ip的变化，检测预充过程是否成功，是否有故障发生以及故障类型。

1)电压Uc增长速度慢于预期、Ip增长速度大于预期

故障1：绝缘故障。负载因故障有短路或较小阻性负载，如电容被击穿等，会导致预充电过程中Uc始终上不去。此时电流过大．预充电电阻放热量增大，会烧毁电阻，同时导致预充电过程失败，主继电器不能接通，整车高压无法正常工作。此时，预充回路电流可能会流人整车低压电气网络，存在与乘员直接接触的隐患，故而在已确定故障情况下．应迅速断开预充电回路。

故障2：RC变大。在设计或安装过程中，失误会造成匹配不当；在使用中，因时间、环境等因素造成电容的电极腐蚀、电介质电老化与热老化、自愈效应等失效，影响C的参数变化；线与线及线与电极的接触电阻增大会造成R值变化。

2)电压Uc增长速度快于预期、Ip增长速度大于预期故障1：断路、开路。负载开路导致假预充电完成。可能的原因有负载未接线或者电容因故障断路，如引出线与电极接触表面氧化、接触不良，造成低电平开路；液体电解质干涸或冻结等。此时，BMS通过输出El检测到的Uc不是真正负载电容上的电压，而是蓄电池组的开路电压(OCV)，马上得到虚假的Uc=Ub的信息，可能导致预充电结束，但因为输出开路，并无危险。但是，如果此时负载突然加上，因为预充电已结束，没有预充电路的电阻R限制电流．将会产生超大电流，损害线路或继电器。因此，在一般的预充电策略中，一上电就完成的可以判为故障，后续禁止进行。此种情况下可通过查询预充电回路导通情况确定问题。

故障2：RC变小。在设计或安装过程中．失误会造成匹配不当：电容在使用过程中随着银离子迁移、电介质分子结构改变、在高湿度或低气压环境中极间飞弧等原因造成C的参数值变小．影响预充结果。

为避免预充电失效情况发生，在各元件选取时，应首先选用汽车级产品，工业级产品不适用；某些易绝缘失效、易碰触部位应在已有绝缘保护的前提下，添加额外保护措施，减少磨损以及人为原因对电路造成的损害，降低故障发生率。

下方是改变RC值和绝缘特性，实验验证条件下得出来的Uc值

（来源：新能源线束linker）

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