电动汽车高压回路预充设计

电动汽车内部预充回路主要是针对电机控制器端的大电容进行预充，在动力电池上高压的瞬间因为电机控制器内部大电容瞬间相当于短路，大电流会对控制器内部的IGBT进行损坏，所以需要先给控制器内部的电容进行充电，等电容电压接近动力电池电压时，关断预充回路，闭合电机控制器主接触器，此时完成上电操作，预充电路的示意图如下。

如上图所示，动力电池电压Us，根据电池的串联、并联数量不同而有差异，动力电池单体电压3.1V~4.2V，标称电压3.7V，我们设计88串单体电池的话，它的电压输入范围为272.8V~369.9V，标称电压为325.6V，单体电压的串数目根据电压需求选择，电池的容量也与单体电池的并联数目有关，比如说单体电池的容量为2.7Ah，那么并联48组电池，电池的总容量便是130Ah，电压确定的情况下，容量确定了。那么电池最大的电能也就确定了，根据计算上述电池的电能为42度电，如果电动汽车每百公里耗电14度的话，至少可以跑300公里了，当然这前提是不要使用空调或者PTC之类的耗电设备。

如上图所示，S为接触器，其实就是一个可控开关，一般由BMS来控制预充，R为预充电阻，也称为黄金铝壳电阻，因为它耐压比较高，负载能力强。C是电机控制器母线上的电解电容，一般比较大，通常有几百uF。预充电阻的选型是关键，下面通过计算进行分析：设计条件：假设Us=400V，C=310uF，预充至95%即认为预充完成。I为预充电流，t为预充时间，则有：

电容两端电压：Uc(t)=Us(1-e-t/RC)
电容充电电流：I=C(dUc)/(dt)= C Us d(1- e-t/RC)/ d t= Us/Re-t/RC
那么电阻的瞬时功率：P(t)=I2R= 1/RUs2e-2t/RC
电阻损耗：W=∮t0P(t)dt=∮t0I2Rdt=CUs2( 1-e-2t/RC)/2
电阻平均功率：P= CUs2( 1-e-2t/RC)/(2t)

经计算预充时间t=0.046秒； 电阻损耗W=24.7W；电阻平均功率P=536.8W；过载系数为3.57；最大充电电流I≈8A；通过上述计算，预充电阻选型50Ω 150W满足电路安全需求。可以看出预充时间为46ms，非常短暂，几乎不会影响整车上电流程，但是增加预充电路却可以提高电机控制器的使用寿命，确保整车安全运行。