肖林海，韓福強(qiáng)

（濰柴動(dòng)力股份有限公司新科技研究院，山東 濰坊 261000）

1 引言

在電動(dòng)汽車的高壓部件系統(tǒng)中，動(dòng)力電池是一個(gè)重要的動(dòng)力源系統(tǒng)，動(dòng)力電池能夠在車輛行駛時(shí)提供電能，對(duì)車輛進(jìn)行充電時(shí)儲(chǔ)備電能。在高壓上電過程中，需要通過動(dòng)力電池和預(yù)充回路給車輛的其它具有容性負(fù)載部件進(jìn)行預(yù)充電，從而保護(hù)高壓部件不受損壞。

圖1為典型的高壓上電預(yù)充回路?？梢?，預(yù)充回路一般由預(yù)充繼電器、預(yù)充電阻組成，當(dāng)整車進(jìn)入高壓上電流程時(shí)，閉合主負(fù)繼電器、預(yù)充繼電器與整車的有容性元件的負(fù)載 （整車容性負(fù)載）建立起高壓預(yù)充回路。在高壓上電利用動(dòng)力電池電能對(duì)電容進(jìn)行預(yù)充電時(shí)，閉合預(yù)充繼電器，通過預(yù)充電阻減小上高壓過程中的母線電流，從而保護(hù)高壓繼電器、電機(jī)控制器及其它高壓部件不受損壞。預(yù)充過程中，通過設(shè)定的預(yù)充時(shí)間和電機(jī)控制器兩端的母線電壓 （電容兩端電壓）來判斷預(yù)充是否完成，當(dāng)達(dá)到預(yù)充設(shè)定時(shí)間并且電機(jī)控制器反饋的母線電壓達(dá)到設(shè)定值時(shí)高壓預(yù)充完成，如果達(dá)到規(guī)定的預(yù)充設(shè)定時(shí)間后電機(jī)控制器反饋的母線電壓沒有達(dá)到設(shè)定值，報(bào)出預(yù)充失敗。

圖1 高壓預(yù)充回路

2 系統(tǒng)分析

通過設(shè)定的預(yù)充時(shí)間和電機(jī)控制器母線電壓是否達(dá)到設(shè)定值來判斷預(yù)充是否完成，當(dāng)外圍電路出現(xiàn)短路、斷路或其它電路異常時(shí)，預(yù)充過程到達(dá)設(shè)定的預(yù)充時(shí)間后會(huì)報(bào)出預(yù)充失敗，但預(yù)充故障的判斷時(shí)間長(zhǎng)。為了成本控制和節(jié)約空間，預(yù)充電阻一般功率比較小，如果預(yù)充回路中出現(xiàn)短路現(xiàn)象，會(huì)對(duì)預(yù)充電阻造成損傷，長(zhǎng)時(shí)間預(yù)充或頻繁操作上高壓會(huì)有燒壞預(yù)充電阻的可能。

圖1所示的高壓預(yù)充回路屬于典型的RC串聯(lián)有源網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)預(yù)充回路的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和元件的伏安特性建立該電路的微分方程：

式中：u（t）——t時(shí)刻電容兩端電壓；U0（t）——電壓源（本文中為動(dòng)力電池）的輸出電壓，為階躍函數(shù)；i（t）——回路中的電流。拉式變換后可以得到U（s）=U0（s）／（RCs+1），I（s）=（U0（s）-U0（s）／（RCs+1））／R。

由于整車高壓控制回路的預(yù)充電阻阻值、電容參數(shù)已確定，根據(jù)電容的充電特性 （圖2），當(dāng)預(yù)充繼電器閉合開始預(yù)充時(shí)，可以根據(jù)公式算出t時(shí)刻的通過高壓預(yù)充回路的電流。同時(shí)，檢測(cè)控制模塊可以通過電流傳感器實(shí)時(shí)采集預(yù)充控制回路的電流值，此電流值與理論計(jì)算的同一時(shí)刻的電流值進(jìn)行比較，如果兩者偏差在合理范圍之內(nèi)，說明當(dāng)前高壓預(yù)充回路無異常，容性負(fù)載預(yù)充正常，如果在預(yù)充過程中兩者偏差超出合理范圍，可判斷出高壓預(yù)充回路出現(xiàn)異常，并可根據(jù)差值變化進(jìn)一步判斷出控制回路是處于短路、開路還是RC參數(shù)不匹配故障?？梢员M快地切斷控制回路，保護(hù)電路中的電器件不受損壞，預(yù)充控制判斷流程如圖3所示。

圖2 電容充電曲線

圖3 預(yù)充控制判斷流程

3 模型建立與仿真

根據(jù)系統(tǒng)分析建立仿真模型 （圖4），設(shè)定理論參數(shù)R=100Ω，C=700μF，假設(shè)電路中實(shí)際參數(shù)存在誤差，R=110Ω，C=750μF，設(shè)定U=500V，仿真時(shí)間5s，實(shí)際電流值跟理論計(jì)算電流值允許的最大誤差為2A，在t=1s時(shí)閉合繼電器，仿真曲線如圖5所示，實(shí)際電流值基本與理論計(jì)算的電流值變化曲線重合。如果預(yù)充回路出現(xiàn)短路情況 （圖6），閉合繼電器開始預(yù)充后實(shí)際電流會(huì)持續(xù)為5A左右，能夠很快報(bào)出預(yù)充故障。

圖4 仿真模型

圖5 正常預(yù)充電流曲線

圖6 預(yù)充短路

4 結(jié)束語

電動(dòng)汽車高壓上電預(yù)充過程中，可以根據(jù)隨時(shí)間變化電容充電的電壓變化曲線來判斷預(yù)充狀態(tài)，在預(yù)充回路閉合開始給高壓部件預(yù)充電時(shí)，根據(jù)實(shí)車的預(yù)充電阻值、電容值計(jì)算出在采樣時(shí)刻電容理論電壓值，并考慮一定的偏差，與采樣時(shí)刻讀到的實(shí)際的預(yù)充電壓值進(jìn)行比較，可判斷預(yù)充回路中是否有故障，理論計(jì)算電流值和實(shí)際采樣電流值的偏差量大小是判斷出預(yù)充故障時(shí)間的重要標(biāo)定量。