电池管理系统中的高压预充电电路原理解析

电池管理系统高压预充电简化说明及注意事项一正常预充电原理简述

1．1

为什么要预充电如图1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。

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。1．2

为什么叫预充电这里的充电就是电池组对负载的充电，外部负载的状况会影响预充电的进程，有两种异常情况：I.负载开路导致假预充电完成。比如说负载线未接，或者负载上有一级继电器处于断开状态，此时，BMS通过输出口检测到的VC不是真正的负载电容上的电压，二十电池组的开路电压（OCV），因此会马上得到VC=VB的错误信息，可能导致预充电结束，直接接上主继电器，不过因为输出开路，并无危险。但如果此时突然加上负载，由于预充电已经结束，没有预充电阻限制电流，产生大电流很可能损坏继电器和线路。所以，在一般的预充策略中，一上电就完成的情况可以判定为故障，但是会导致一直接不通，后续无法进行。II.负载因故障一直有短路或较小阻性负载，这会导致预充电过程中VC始终上不去（电压降始终在预充电组上），在预充失败的同时还会导致预充电路过热，主继电器无法接通。二电池端和电机负载端都有预充电情况如图2，如果电池箱先上电，负载继电器后上电，电池箱就完成了一次时间极短假预充，若BMS此时也判断为正常而接通K+也无妨，让负载级预充电再工作一次也可以达到相同的效果；但BMS设计成判断假预充电为异常而终止，则负载级将永远无电。（现有系统是按前者设计的，也有缺陷：要是后级预充电不正常，则BMS无法保护继电器；若负载先上电，负载预充电也很快接通，再上电池箱就可以正常完成预充电。）但是，如果几乎同时上电，则它们的采样判断会互相影响，两级预充电同时工作时，BMS预充电采样的电压不是电容C的真实电压VC，而是加在后级预充电阻RM上的电压，会提前结束预充电，而后级负载预充电采样的电池电压VB也不是真正的VB，比VB低了预充电阻R的压降，也因压差较小提前结束，导致预充电切换到主电路时电流偏大。三应避免的异常操作分析预充电是BMS和负载相互作用的。在负载也有预充电的情况下，请注意三点：电池箱和电机部分，一定不要同时上电，且总是让执行预充电部分后上电。可以同时下电，不过，如果只对无预充功能部分单独下电并再次上电，将是非常危险的。例如，当BMS预充功能已禁止，而单独对电池箱下电，过一会儿再上电，新换的继电器有粘死了，原因在于，此时电机主继电器已闭合，预充电不起作用，而电池箱下电导致无电输出，负载电容C上的电能被电机耗尽，此时BMS再上电必然会面临巨大电流的冲击。若电机负载部分无预充，那一定让其先上电。四电容充电时间：

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/