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首先,先简单说一下预充是是什么,高压预充是电动汽车高压上电时的关键动作。其流程一般为先闭合主负继电器,接着闭合预充继电器,等待整车电容充电完成后,再闭合主正继电器,最后断开预充继电器,至此高压上电完成。下图所示即为:高压预充→正常工作→主动放电的过程
之所以要进行预充,是因为电机控制器中的母线电容(如下图)在高压回路中与动力电池并联。在电容两端电压为零且直接与动力电池接通的瞬间,电容相当于短路,回路电阻极小,而动力电池电压较高,这会导致瞬间产生极大电流。若不加以控制,这个大电流足以损坏高压回路中的各种部件,如主继电器、电容等,严重影响车辆的安全和性能。所以,预充就像是高压上电前的 “安全卫士”,为后续的稳定运行奠定基础。
传统预充方案:预充电阻+机械继电器
实现原理:
传统方案通过串联预充电阻和机械继电器实现高压预充。在系统启动时,预充继电器闭合,高压电池通过预充电阻对负载端电容(如逆变器DC-Link电容)充电,限制涌入电流(In-rush Current)。当电容电压接近电池电压时,主继电器闭合,预充继电器断开,完成预充过程。
主要缺点:
能量损耗与发热:预充电阻在充电过程中产生大量热量(比如800V系统如果使用50Ω电阻时,瞬时功率可达1280W),导致能量冲击和散热设计挑战。
机械寿命限制:机械继电器因触点磨损和电弧问题,寿命有限(通常数万次操作),难以满足高频次需求。
响应速度慢:机械继电器的动作时间(ms级)限制了预充速度,难以满足高动态场景需求。
体积与成本:大功率电阻和冗余继电器占用空间,增加系统复杂性和成本。
**多次上电的热冲击:**热累积效应:短时间内多次预充(如频繁启停),电阻散热不足,温度持续升高,可能引发:烧毁风险(电阻温度超过材料熔点(如镍铬丝1400℃)时熔断)和系统故障(电阻失效导致预充中断,主继电器无法闭合,车辆无法上高压)。
为了解决如上问题,各家零部件及主机厂推出了很多替代方案,目前主流有两种方案来解决如上的问题:
1、采用SCR(可控硅)作为电力电子开关替代传统继电器。SCR具有快速开关、高电流处理能力和更长的寿命,可能减小系统体积,提高可靠性。
2、采用低电压源(如12V电池)和DCDC转换器来实现高压预充。这种方法避免了使用大功率电阻,减少了热量和能量损耗,同时可能提高系统效率和安全性。
我是 卧虎藏龙,原文发表于VX公众号:新能源高压架构与安全
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高压预充是电动汽车高压上电的核心前置动作,也是高压系统安全启动的必备流程,属于整车高压安全防护的关键一环,核心作用是规避上电瞬时电路风险,守护高压回路各类核心部件,杜绝上电故障与安全隐患
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标准高压预充流程步骤严谨有序:先闭合主负继电器搭建完整负极回路,再闭合预充继电器启动预充充电,待母线电容电压达标后闭合主正继电器,最后断开预充继电器,完成整个高压上电流程。
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高压系统完整工况包含预充、正常工作、主动放电三个阶段,形成全周期防护闭环。预充保障启动安全,正常阶段维持高压稳定,主动放电则负责停机后释放余电,全方位规避高压触电与部件损伤风险。
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必须设置预充流程的核心原因,源于电机控制器母线电容的电气特性。母线电容与动力电池高压回路并联,初始状态下电容电压为零,直接接通高压电源会瞬间处于等效短路状态,埋下严重安全隐患。
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电容等效短路时,高压回路电阻极小,配合动力电池高电压,会产生极强的瞬时冲击电流。这种大电流会直接烧毁主继电器、击穿母线电容,还会损坏电池、电机控制器等核心部件,大幅缩短部件寿命。
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高压预充堪称高压上电的“安全卫士”,通过预充电阻限流,缓慢为母线电容充电,逐步拉平电容与电池端电压,彻底消除冲击电流,为高压系统后续稳定运行筑牢基础,是新能源汽车高压安全的核心保障。