预充电电路工作原理_电动汽车电控系统预充电原理

首先，要明白为什么要在电控系统中设计预充电路？

如图所示，电池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，主继电器 K 、K-直接

与C 接通，此时电池电压 VB 有50V 以上高压，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和继电器触点的电阻，一般远小于 20mΩ。

按根据欧姆定律，回路电阻按 20mΩ计算， VB 和VC 压差按 300V 计算，瞬间电

流I=300/0.02=15000A 。继电器 K 及K-必损坏无疑。

其次，预充解决方案(预充主要体现在高压配电盒电气设计)

加入预充电过程， K 先断开，让阻抗较大的 Kp 和R 构成的预充电回路先接通，

我们一般选择预充电电阻为 100 到200 欧姆，这里我们用的 200 欧姆。 VB 与VC

压差仍然按 300V 计算，在接通一瞬间，流过预充电回路进入电容 C 的最大电流

Ip =300/200=1.5A。而预充继电器容量是 10A，所以预充回路安全。

当预充电电路工作时，负载电容 C 上的电压 VC 越来越高(预充电电流 Ip 越来

越小)，当接近电池电压 VB 时(图中的 ΔV 足够小)，这时，切断预充电，接

通主继电器 K ，不再有大电流冲击。因为 I=(VB-VC)/R ，此时 VB-VC 很小，所以

电流小。

图：正常预充电简化示意图

电容充电时间：

电容充电放电时间计算公式设，V0 为电容上的初始电压值；

V1 为电容最终可充到或放到的电压值；

Vt 为t 时刻电容上的电压值。

则，

Vt="V0" (V1-V0 )* [1-exp(-t/RC)]

或，

t = RC*Ln[(V1-V0)/(V1-Vt)]

例如，电压为 E 的电池通过 R 向初值为 0 的电容 C 充电

V0=0，V1=E，故充到 t 时刻电容上的电压为： Vt="E"*[1-exp(-t/RC)]

再如，初始电压为 E 的电容 C 通过R 放电V0=E，V1=0，故放到 t 时刻电容上的

电压为：

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

又如，初值为 1/3Vcc 的电容 C 通过R 充电，充电终值为

Vcc，问充到 2/3Vcc 需要的时间是多少？

V0=Vcc/3 ，V1=Vcc,Vt=2*Vcc/3 ，

故t="RC"*Ln[(1-1/3)/(1-2/3)]=RC*Ln2

=0.693RC

注：以上 exp()表示以 e 为底的指数函数； Ln()是 e 为底的对数函数

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