为什么需要预冲电路
如图所示,动力电池所带的电机控制器负载,在前端都有一个大电容C,在冷态启动时,C上没有电压或只有很低的残留电压,当没有预充电时,主接触器K+、K-直接与C接通,此时电池电压VB有高压,而C上的电压接近0,相当于瞬间短路,此时的负载仅仅是导线和继电器触点的电阻,一般远小于20mΩ。根据欧姆定律,回路电阻按20mΩ计算,VB和VC之间的压差按300V计算,则瞬间电流I = 300 / 0.02 = 15000A,大电流必然导致继电器损坏。

预冲的解决方案
加入预充电过程,在上电过程中,先不闭合K+,而是先将预冲继电器Kp闭合,预冲电阻一般选用100欧姆到200欧姆,VC与VB之间的压差仍然按300V计算,在接通瞬间的电流I= 300/200 = 1.5A,所以预冲回路是安全的。
预冲电路工作后,大电容C上的电压越来越大,VB与VC之间的压差越来越小,当VC足够接近VB时,切断预冲继电器Kp,接通主接触器K+,此时就不存在大电流冲击,因为I= (VB - VC)/R。
车辆上的接触器开关状态由VCU控制,一般上电过程预冲的处理有两种方案:
1.接通K-和预冲继电器Kp,检测电机控制器母线端电压(VC)与动力电池电压(VB)的压差,当这个差值足够小,切断Kp,接通主接触器K+。
2.接通K-和预冲继电器Kp,延时一段时间t,然后切断Kp,接通主接触器K+。
那么时间t应该如何计算呢?
假设:
V0为电容上初始电压值
V1为电容最终可充/可放到的电压值
Vt则为t时刻电容上的电压值
那么符合公式:
Vt = V0 + (V1 - V0)[1-exp(-t/RC)]
或
t = RCLn[(V1-V0)/(V1-Vt)]
根据以上公式,假设我们要在VB为VC的90%(V0 = 0, V1= VC, Vt = 0.9VC)时结束预冲,闭合主接,那么预冲持续的时间t = RC * Ln(10)=2.3RC,
常用的R=200Ω,C=500μF,带入t= 230ms
或者有一种更简单的计算办法,RC回路的时间常数τ = R C,在充电时,每经过一个τ时间,电容器上的电压就上升0.632倍的(VB - VC),那么粗略计算大约2τ~3τ左右的时间就可以让VB接近VC的90%了,也就是安全状态了,同样带入上面的数据:t=2.5τ = 2.5R*C=250ms