2引數匹配分析
圖3為預充電過程波形。加入預充電過程,k+先斷開,使擁有較大阻抗的kp和r構成的預充電迴路先接通,當預充電電路工作時,負載電容c上的電壓uc越來越高(預充電電流ip=(ub-uc)/r越來越小),當接近蓄電池電壓姚時(即圖3中的△u足夠小,一般小於玩的10%),切斷預充電繼電器kp,接通主繼電器k+,不再有大電流衝擊。因為此時ub-uc很小,所以電流小。
通常選擇預充電電阻範圍為20- 100ω ,此專案選用r=25ω。ub與認壓差仍然按326.4v計算,在接通一瞬間,流過預充電迴路進入電容c的最大電流ip=326.4/25=13.056 a。此時,選擇預充繼電器容量15a,預充電迴路安全,同時能保證k+閉合時沒有衝擊電流存在。
將上述電路做一階電路零狀態響應等效分析,可得到uc、ip如下
式中:τ ------rc電路的時間常數,τ=rc。
由理**式知道,uc 、ip在預充電過程中應符合一定的變化規律、特點,同時,預充電又由蓄電池及外部負載共同作用,兩者狀況會影響預充電程序,因此,通過監測預充過程中uc、ip的變化檢測預充過程是否成功,是否有故障發生以及故障型別。
1)電壓uc增長速度慢於預期uc 、ip增長速度大於預期i
故障1:絕緣故障。負載因故障有短路或較小阻性負載,如電容被擊穿等,會導致預充電過程中uc始終上不去(電壓始終降在預充電電阻r上)。此時電流過大,預充電電阻放熱量增大,燒毀電阻,同時導致預充電過程失敗,主繼電器不能接通,後續無法工作。此時,預充迴路電流會流入整車低壓電氣網路,存在與乘員直接接觸的隱患,故而在已確定故障情況下,應迅速斷開預充電迴路,並在專業人員維修檢測之前禁止整車上電行駛。
故障2: rc變大。在設計或安裝過程中,失誤會造成匹配不當;在使用中,因時間、環境等因素造成電容的電極腐蝕、電介質電老化與熱老化、自癒效應等失效,影響c的引數變化;線與線及線與電極的接觸電阻增大會造成r值變化。
2)電壓增長速度快於預期、盡長速度大於預期i或等於0
故障1:斷路、開路。負載開路導致假預充電完成,可能的原因有負載未接線或者電容因故障斷路,如引出線與電極接觸表面氧化、接觸不良,造成低電平開路;液體電解質乾涸或凍結等。此時,bms通過輸出口檢測到的uc不是真正負載電容上的電壓,而是蓄電池組的開路電壓(ocv),馬上得到虛假的uc=ub的資訊,可能導致預充電結束,直接接通主繼電器,但因為輸出開路,並無危險。但是,如果此時負載突然加上,因為預充電已結束,沒有預充電路的電阻r限制電流,將會產生超大電流,損害線路或繼電器。因此,在一般的預充電策略中,一上電就完成的可以判為故障,後續禁止進行。此種情況下可通過查詢預充電迴路導通情況確定問題。
故障2 ; rc變小。在設計或安裝過程中,失誤會造成匹配不當;電容在使用過程中隨著銀離子遷移、電介質分子結構改變、在高濕度或低氣壓環境中極間飛弧等原因造成c的引數值變小,影響預充結果。
為避免預充電失效情況發生,在各元件選取時,應首先選用汽車級產品,工業級產品不適用;某些易絕緣失效、易碰觸部位應在已有絕緣保護的前提下,新增額外保護措施,減少磨損以及人為原因對電路造成的損害,降低故障發生率。
3試驗效能
圖4為電壓檢測模組電路。由圖4可以推導出以下公式
式中:uo------微控制器採集到的電壓值;uz------蓄電池包總電壓值,r20、r21、r22、r23、 r24------分壓電阻,ft3------放大倍數。
在上述試驗車上做驗證,改變rc值和絕緣特性,試驗結果見表1。
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