动力电池配电盒BDU安全设计(八)预充

一、预充回路

预充回路包含预充接触器、预充电阻两个器件,主要作用:

在高压负载的直流输入端,都会有个电容,其中电机控制器的电容最大。

若无预充回路,在主正接触器闭合瞬间,回路相当于瞬时短路,预充电路的存在可以保护主接触器、电容器等器件不受瞬时大电流冲击损坏。

动力电池配电盒BDU安全设计(八)预充

 

二、预充电阻和接触器要求

1、功率偏差:

预充电阻功率偏差不应大于±5%;

2、阻值偏差:

预充电阻阻值偏差不应大于±5%;

3、寿命:

预充电阻应满足10万次预充的寿命要求;

4、绝缘电阻:

在带有电绝缘的端子和带有电传导面的壳体间施加1000V直流电压,持续60s,要求绝缘电阻大于1000M2 。

5、耐压

在带有电绝缘的端子和带有电传导面的壳体间施加频率为50Hz~60Hz的(2U+1000)V(rms)的交流电压,持续 60s,其中U为器件所连接的电路的最大工作电压,等效直流试验电压是交流电压值的 1.41倍。要求不发生闪络或电弧现象,外观无可见损伤,漏电流小于5mA。

4、预充完成时间:

预充回路预充完成时间< 整车需求时间;

5、短时过载能力:

根据 GB/T5729 中短时间过负荷试验要求,在电阻器两端施加 10倍的额定功率,持续5s,测量阻值变化。

要求试验后外观无可见损伤,电阻不冒烟不起火,阻值变化率应小于5%,满足绝缘电阻和耐压相应要求; 

6、短路能力:

根据图1所示进行试验,在电阻器两端直接施加试验电压U,其中U为动力电池系统的最大工作电压,加载500ms 后断开5s作为一个周期如图2所示,连续进行5次循环测试,其回路中器件的参数需结合整车输入的相关信息确定。

要求测试后,外观无可见损伤,电阻不冒烟不起火;测试前后电阻器阻值变化率应小于5%,满足绝缘电阻和耐压相应要求。

动力电池配电盒BDU安全设计(八)预充

动力电池配电盒BDU安全设计(八)预充

7、连续预充试验:

预充电电阻应能承受200次连续预充试验不损坏;

8、振动试验:

根据GB/T31467.3《电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统第3部分:安全性要求与测试方法》中的7.1.2蓄电池包或系统的电子装置的振动试验部分进行振动测试,要求试验后外观无结构性损伤阻值变化率应小于5%,满足绝缘电阻和耐压相应要求。

9、机械冲击试验:

根据 GB/T31467.3中7.2机械冲击试验要求,对试验对象施加 25g、15ms 的半正弦冲击波形,z轴方向冲击3次,观察 2h,要求试验后外观无结构性损伤,阻值变化率应小于5%,满足绝缘电阻和耐压相应要求。

10、预充电阻布置要求:预充电阻固定应可靠,预充电阻周边10mm内不允许布置其他电气件。

11、预充接触器要求

接触器应能承受的载流时间>回路最大电流持续时间,且测试完成后接触器线圈及触点端的温度不能超过接触器本身的耐受能力。

接触器在额定电压下,能承受700ms时间的短路,触点不允许粘连。

接触器寿命应大于10万次;

其它要求同主接触器。

三、预充回路计算举例

1、Pack基本信息:

标称电压(V):394.2V;工作电压范围(V):324-448.2V

电机:额定功率(kW):42 KW;峰值功率/时间(kW/s):72KW/30s

整车 X 电容:电机控制器、 DC-DC、 压缩机控制器、 PTC 控制器、 车载充电机等X 电容之和(μF):420μF

电池包额定电流:150A;电池包峰值电流/时间:300A@30s

回馈电流:最大回馈电流及持续时间:150A@30s

2、预充电阻选型

1)预充需求

预充目标电压:为减少对高压器件的冲击,需合理选择预充电阻,使得预充电压在规定时间内达到电池端电压的98%及以上。448.2V*0.98=425.79V;

整车预充要求时间T:t≤200ms;

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2)计算:

设电容初始电压为 0, 目标预充电压为 U, U c为 t 时刻电容上的电压值。

RC振荡电路公式:г=RC

转换公式后:Uc=U*e-t/г

其中,г为振荡电路中的时间常数,Uc为电容两端电压。

动力电池配电盒BDU安全设计(八)预充

预充电目标电压为 95%时, t≈3RC。

预充电阻:得到R≤ T/3C,R≤(200/3*420)*1000 =159Ω;

预充电阻大多使用水泥电阻,常用规格35Ω-60Ω,功率30W、45W、60W。

如果选60Ω,反算T为75.6ms。加上BMS上电预充检测时间100ms,预估预充时间为:175ms,满足需求。

3、预充接触器

1)设计输入

额定工作电压:394.2V 

整包工作电压范围:324-448.2V 

预充额定电流:I=U/R=394.2V/60Ω=6.57A 

预充最大电流:Imax=Umax/R=448.2V/60Ω=7.47A

2)技术要求

额定工作电压:要求接触器额定工作电压范围>电池包最高电压448.2V

额定电流:要求接触器额定工作电流>电池包预充回路最大电流7.47A

机械寿命:按照每天使用 10-15 次计算, 质保 10 年, 要求≥55000

次。

3)备选接触器参数:

额定工作电压:450VDC;

额定电流:20A;

机械寿命:≥100000次。

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