预充电阻选型

一、电容为什么隔直通交

  下图表示，某一时刻电容元件上的电流与其两端电压在该时刻的变化率成正比，即电容元件上的电压变化得愈快，电流也就愈大；当电容元件上加以直流电压时，由于其变化率为零，电容电流则为零。因此电容元件具有断直流、通交流的作用。

二、为什么要加预充电阻

  简单来说，预充电阻是用来在电源初次给电容充电时限制电流的电阻。若无此限制，陡然的大电流会对继电器、整流器件及电容自身造成冲击。在新能源汽车中，由于电机控制器等高压母线输入端内装有大容量母线电容，启动时若未经预充电直接连接电池高压，如同瞬间短路，会因极高电流而损伤继电器。为此，新能源汽车在高压上电阶段设有预充电过程，通过预充电阻与预充电回路预先为母线电容温和充电，从而在主电路接通时将电流控制在安全阈值内，保障系统稳定运行。

三、如何选择合适的预充电阻参数

   鉴于预充电阻在新能源汽车高压系统中所起到的核心作用及其必不可少的地位，正确选择预充电阻显得尤为关键。那么，针对此类应用场景，应该如何科学地分析需求并合理选用预充电阻呢？

在电阻选型前，我们首先要清楚地了解使用工况及参数要求，归纳如下：

• 高压电池电源输出电压：确定电阻需要承受的最大电压，以确保电阻在电压峰值下仍能正常工作且不被击穿。
•  继电器的额定电流：理解整个系统可承受电流，以便选择电阻能够配合继电器限制电流在安全范围。
•  母线电容容值：根据电容容量计算预充电流，进而决定需要多大阻值的电阻来限制电流并实现合理预充时间。
• 启动时可能的最高环境温度：确保电阻能在最高工作温度下稳定运行，不会因为过热而失效或影响寿命。
• 电阻的温升要求：分析电阻在工作期间的温升情况，选择具有足够热容量的电阻以限制其温升在允许范围内。
• 电容预充所需达到的电压：明确电容预充满的电压目标，据此计算预充电阻的合适值。
• 达到充电电压时所需的时间：依据系统需求设定预充时间，比如500ms内完成预充，基于此来计算所需的电阻值。
• 脉冲特性：单次脉冲还是连续脉冲？如果是连续脉冲，电阻能抵抗连续脉冲的次数和脉冲的间隔时间分别是？
• 异常工况下的工作时间：电阻在电池滥用或其他非正常工况下需要维持正常工作的时间长度。
• 电阻的安装结构和接线方式：考虑电阻的实际安装位置和接线方式对电阻性能的影响，以及安全性要求。
• 绝缘电压的要求：确保电阻的绝缘等级足以应对高压系统的需求，防止高压击穿。

  在了解了详细工况和参数后就需要做一些基本的计算。通常情况下预充电被要求在  500ms  内完成，在 这么短的时间内，电流通过电阻丝或电阻体所产生的高热量来不及被电阻的骨架吸收，电阻丝或电阻体本身 将不得不承担绝大部分脉冲的能量。所以我们要先计算启动时的脉冲能量，然后再选择合适的电阻方案。

单个脉冲能量计算如下：

连续脉冲计算如下：

  在连续脉冲且间隔极短（如小于1秒）的情况下，由于能量无法完全耗散，通常可通过线性累积方法计算全部脉冲的总能量。

预充电阻阻值确定：

其中：

T=预充电时间
R=预充电阻
C=负载端电容
Vbat=电池包电压
V0=负载端闭合高压前的电压（可表示为 0）
Vpre=预充结束时负载端电压
一般来说，Vpre 选择为总电压 Vbat 的 90%或者 95%，这里认为是 90%。

所以公式可以表示如下：

 T = RC * Ln10 则 R = T / (C * Ln10) 

实例分析：

若总电压为 700V，负载电容 C 为 2000uF，设定预充时间最大为 300ms，当电容电压达到电源电压 95%时。

单个脉冲的能量为：

E = 1/2CV2 = 442J

如果是短时间内连续 5 个脉冲，总的脉冲能量约为：

E 总= 442*5 = 2210J

预充电阻的阻值为 ：

R = T / (C * Ln10) = 300 / 4.60 = 65.2Ω

四、如何选择合适的电阻

  基于以上计算，接下来如何选择合适的电阻呢？通常用于电动汽车预充电阻的方案有如下几种选择，我们先来比较一下不同类型电阻的特性。

通过比较，我们可以看到，实芯陶瓷电阻在性能上非常适用于预充电和泄放的应用。尽管它体积小，但 由于是实芯陶瓷结构，相对于绕线电阻的电阻丝，有更高的比热容和质量，可以在短时间内吸收极高的能量， 而且没有寄生电感，反应时间非常快。下面是一款实芯陶瓷电阻的一些具体参数供参考。

实际使用可能一个电阻不能满足能量要求，可能会用两个并联电阻满足电压和能量要求 。