电动车高压系统设计方案

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一、预充电保护功能

电机控制器内部都有较大的电容C,若无预充电，主继电器（大电流继电器也叫接触器）直接与电容C接通，此时电池电压较高，而电容C上电压接近为0V，形成瞬间短路，负载电阻为导线和继电器触点电阻，电阻值很小，根据欧姆定律可知，电压高，电阻小，间电流可达上万安培，继电器触点很容易损坏。

预充电回路中添加一个二极管，防止主接触器吸合的同时预充电掉电瞬间的反向电流对预充继电器的损伤，如图3示出电动汽车预充回路原理图。

图3 电动汽车预充回路原理图

所以预充继电器的作用就是控制预充回路的断开、闭合，预充电阻的作用就是限流，另外也对其他电子电器设备有个缓冲保护。如图4预充电回路中电压U和电流I的变化，到预充完成时间t1时，预充回路的电压U接近电池端电压，预充回路电流为0A，主继电器吸合，则预充继电器断开，完成预充电功能。

图4 预充电过程示意图

例：某四轮轮毂电机项目电池包（96串）额定电压360V，电压范围240V-403V。电机控制器参数给出的的预充电电压设定为200V，直流母线的电容0.9mF-1.25mF。电机控制器的总电容为C=3600μF-5000μF

保守值设定预充电到预充电电压设定值200V的时间为2s。

因此对于电机控制器，充电电阻计算如下：

将上述数值代入，得到

电阻平均功率的计算

将上述数值代入，得到

平均功率81W-135W。

附录：

Matlab程序：

计算充电电阻

T=2;

C=4500/1000000;

U_in=360;

U_C=200;

R=-T/(C*log(1-U_C/U_in));

计算电阻上的平均功率

P=1/T*(-1/2)*U_in^2*C*(exp(-T/(R*C))-1);

另外参考福特Fusion混合动力汽车预充电电阻7.9Ω，第二代日产leaf纯电动汽车预充电电阻30Ω。可以增大预充电阻功率，在保证预充电回路安全的前提下，当调少预充电时间，提升驾乘感受。

本四轮驱动轮毂电机项目实际选用预充电阻为100Ω/100W（5秒内可放大10倍功率），预计预充时间为1s。

电动汽车上应有多处预充电路，如DC/DC、电动压缩机可共用高压上电预充电路，其他如快充、慢充等有系统单独预充回路。原则上用电回路上有大容量电容或电阻值较小的电器设备时都应具备预充缓流功能。

二、绝缘电阻监测功能

1、绝缘电阻监测原理

如图5 电动汽车高压系统绝缘监测原理图所示，对称接入电路两组高精度电阻度为±0.5%，其中R1、R2、R3、R4为1000kΩ的取样电阻，R和R’是400Ω的分压电阻。通过开关S的闭合和断开，调整R1的接入和切出，两次测量电池包正负极对地电压值。按照基尔霍夫定律，列出两次电路的方程，联立求解，计算出池包正负极对地的电阻。