新能源危機(jī)和環(huán)境污染與日俱增，在能源消耗和環(huán)境污染方面，汽車的影響不容忽視。發(fā)展高效、節(jié)能、低噪聲、零排放的清潔型電動(dòng)汽車已成為國內(nèi)外汽車工業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。為了改善電動(dòng)汽車的動(dòng)力性和能量利用率，動(dòng)力蓄電池的電壓越來越高，由原來的幾十伏上升到現(xiàn)在的幾百伏，所以需要配備專門的系統(tǒng)來管理高壓系統(tǒng)的安全。在電動(dòng)汽車上不但需要配備專門的車載高壓電安全管理系統(tǒng)，而且還應(yīng)該設(shè)計(jì)專門的安全測(cè)試系統(tǒng)來監(jiān)測(cè)車載高壓電安全管理系統(tǒng)，以進(jìn)行不定期的安全狀況監(jiān)測(cè)。
    根據(jù)電動(dòng)汽車和人體安全標(biāo)準(zhǔn)，在最大交流工作電壓小于660 V，最大直流工作電壓小于1000 VIP以及整車質(zhì)量小于3 500 kg的條件下，電動(dòng)汽車的高壓安全要求如下：
①人體的安全電壓低于35 V，觸電電流和持續(xù)時(shí)間乘積的最大值小于30Ma·s;
②絕緣電阻除以蓄電池的額定電壓至少應(yīng)該大于1000 D/V,最好是能夠確保大于500Ω/V;
③對(duì)于高于60 V的高壓系統(tǒng)的上電過程至少需要100 ms，在上電過程中應(yīng)該采用預(yù)充電過程來避免高壓沖擊；
④在任何情況下，繼電器斷開時(shí)間應(yīng)該小于20 ms，當(dāng)高壓系統(tǒng)斷開后is，汽車的任何導(dǎo)電部分和可觸及部分搭鐵電壓的峰值應(yīng)當(dāng)小于42.4 V（交流）或60 V（直流），儲(chǔ)存的能量應(yīng)該小于20J。
    根據(jù)上述安全要求，預(yù)充電管理是新能源汽車中必不可少的重要環(huán)節(jié)，其中，電動(dòng)汽車預(yù)充電的主要作用是給電機(jī)控制器（即逆變器）的大電容進(jìn)行充電，以減少接觸器接觸時(shí)火花拉弧，降低沖擊，增加安全性。某逆變器實(shí)物所示。

對(duì)于預(yù)充電完成的判斷，現(xiàn)有技術(shù)的預(yù)充電控制策略研究基本分為3種：
①采集電機(jī)控制器直流母線電流，當(dāng)直流母線電流接近0A時(shí)，輸出預(yù)充完成信號(hào)；
②分別采集車載動(dòng)力蓄電池的電壓、電機(jī)控制器電壓，然后將2個(gè)電壓值進(jìn)行比較，2處電壓趨于相等時(shí)，輸出預(yù)充完成信號(hào)，本文采用此種方式，當(dāng)電壓值達(dá)到動(dòng)力蓄電池電壓90％時(shí)，認(rèn)為預(yù)充電完成；
③采集電機(jī)控制器直流母線電壓，當(dāng)直流母線電壓達(dá)到設(shè)定的欠壓保護(hù)點(diǎn)，經(jīng)過延時(shí)后，輸出預(yù)充完成信號(hào)。由于電流傳感器和電壓電流采樣精度偏差、車載動(dòng)力電源管理系統(tǒng)一致性、器件穩(wěn)定性等問題，可能控制器輸出預(yù)充完成信號(hào)時(shí)實(shí)際預(yù)充電未完成，導(dǎo)致車載動(dòng)力蓄電池與預(yù)充電容直流母線存在電壓差，未消除瞬時(shí)大電流沖擊風(fēng)險(xiǎn)，影響電機(jī)控制器的安全性和可靠性，或者輸出預(yù)充完成信號(hào)時(shí)實(shí)際預(yù)充電早已完成，導(dǎo)致降低控制率。故而，在預(yù)充過程中，監(jiān)測(cè)各參數(shù)變化用以判斷預(yù)充電完成、故障等尤為重要。
1無預(yù)充電分析
    以某兩廂純電動(dòng)汽車蓄電池、蓄電池管理系統(tǒng)、電機(jī)控制器、預(yù)充電系統(tǒng)為例，整車動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)由9并102串磷酸鐵鋰電芯串聯(lián)組成，電芯規(guī)格為36 800 MP （3.2 V 6.5 Ah ），電容容量C=0 000 μF，簡(jiǎn)化預(yù)充電結(jié)構(gòu)如所示。
蓄電池所帶的電機(jī)控制器負(fù)載前端都有較大的電容C，在冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)，C上無電荷或只有很低的殘留電壓。當(dāng)無預(yù)充電時(shí)，主繼電器K+, K_直接與C接通，此時(shí)蓄電池電壓姚有326.4 V高壓，而負(fù)載電容C上電壓接近0，相當(dāng)于瞬間短路，負(fù)載電阻僅僅是導(dǎo)線和繼電器觸點(diǎn)的電阻，一般遠(yuǎn)小于20 mΩ。根據(jù)歐姆定律，回路電阻按20 mΩ計(jì)算，UB-Uc壓差按326.4 V計(jì)算，瞬間電流I=326.4/0.02=16320A。繼電器K+及K_必?fù)p壞無疑。
本文以某純電動(dòng)汽車為例，介紹預(yù)充電過程對(duì)緩解高壓系統(tǒng)沖擊、提高整車安全性的必要，以及詳細(xì)闡述在預(yù)充電過程中的參數(shù)變化和依據(jù)，在此基礎(chǔ)上提出監(jiān)測(cè)電壓升高速率、電流變化速率等參數(shù)對(duì)預(yù)充電過程進(jìn)行安全管理，預(yù)先判斷預(yù)充電過程中是否有漏電、絕緣、電阻失2參數(shù)匹配分析
為預(yù)充電過程波形。加入預(yù)充電過程，K+先斷開，使擁有較大阻抗的KP和R構(gòu)成的預(yù)充電回路先接通，當(dāng)預(yù)充電電路工作時(shí)，負(fù)載電容C上的電壓Uc越來越高（預(yù)充電電流IP=（UB-Uc）/R越來越�。�，當(dāng)接近蓄電池電壓姚時(shí)（中的△U足夠小，一般小于玩的10%），切斷預(yù)充電繼電器KP，接通主繼電器K+，不再有大電流沖擊。因?yàn)榇藭r(shí)UB-Uc很小，所以電流小。
通常選擇預(yù)充電電阻范圍為20- 100Ω ,此項(xiàng)目選用R=25Ω。Ub與認(rèn)壓差仍然按326.4V計(jì)算，在接通一瞬間，流過預(yù)充電回路進(jìn)入電容C的最大電流Ip=326.4/25=13.056 A。此時(shí)，選擇預(yù)充繼電器容量15A，預(yù)充電回路安全，同時(shí)能保證K+閉合時(shí)沒有沖擊電流存在。

由理論公式知道，Uc 、IP在預(yù)充電過程中應(yīng)符合一定的變化規(guī)律、特點(diǎn)，同時(shí)，預(yù)充電又由蓄電池及外部負(fù)載共同作用，兩者狀況會(huì)影響預(yù)充電進(jìn)程，因此，通過監(jiān)測(cè)預(yù)充過程中Uc、IP的變化檢測(cè)預(yù)充過程是否成功，是否有故障發(fā)生以及故障類型。
 1、電壓Uc增長速度慢于預(yù)期Uc 、IP增長速度大于預(yù)期I
    故障1：絕緣故障。負(fù)載因故障有短路或較小阻性負(fù)載，如電容被擊穿等，會(huì)導(dǎo)致預(yù)充電過程中Uc始終上不去（電壓始終降在預(yù)充電電阻R上）。此時(shí)電流過大，預(yù)充電電阻放熱量增大，普通的預(yù)充電電阻就會(huì)燒毀，奧創(chuàng)電子具有PTC效應(yīng)的熱敏電阻就會(huì)發(fā)揮保護(hù)作用，達(dá)到高阻狀態(tài)，從而限制電流，保護(hù)設(shè)備；同時(shí)導(dǎo)致預(yù)充電過程失敗，主繼電器不能接通，后續(xù)無法工作。此時(shí)，預(yù)充回路電流會(huì)流入整車低壓電氣網(wǎng)絡(luò)，存在與乘員直接接觸的隱患，故而在已確定故障情況下，應(yīng)迅速斷開預(yù)充電回路，并在專業(yè)人員維修檢測(cè)之前禁止整車上電行駛。奧創(chuàng)電子自保護(hù)熱敏電阻可以有效避免這一情況，當(dāng)故障有短路或較小阻性負(fù)載，奧創(chuàng)電子的預(yù)充電電阻保護(hù)性能就會(huì)發(fā)揮左右，奧創(chuàng)電子的預(yù)充電電阻就會(huì)變成高阻態(tài)，把電流限制在幾毫安的水平從而保護(hù)后面的整車低壓電氣網(wǎng)絡(luò)。
    故障2: RC變大。在設(shè)計(jì)或安裝過程中，失誤會(huì)造成匹配不當(dāng)；在使用中，因時(shí)間、環(huán)境等因素造成電容的電極腐蝕、電介質(zhì)電老化與熱老化、自愈效應(yīng)等失效，影響C的參數(shù)變化；線與線及線與電極的接觸電阻增大會(huì)造成R值變化。
2、電壓增長速度快于預(yù)期、盡長速度大于預(yù)期I或等于0
    故障1：斷路、開路。負(fù)載開路導(dǎo)致假預(yù)充電完成，可能的原因有負(fù)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(zhì)干涸或凍結(jié)等。此時(shí)，BMS通過輸出口檢測(cè)到的Uc不是真正負(fù)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的信息，可能導(dǎo)致預(yù)充電結(jié)束，直接接通主繼電器，但因?yàn)檩敵鲩_路，并無危險(xiǎn)。但是，如果此時(shí)負(fù)載突然加上，因?yàn)轭A(yù)充電已結(jié)束，沒有預(yù)充電路的電阻R限制電流，將會(huì)產(chǎn)生超大電流，損害線路或繼電器。因此，在一般的預(yù)充電策略中，一上電就完成的可以判為故障，后續(xù)禁止進(jìn)行。此種情況下可通過查詢預(yù)充電回路導(dǎo)通情況確定問題。
    故障2 ; RC變小。在設(shè)計(jì)或安裝過程中，失誤會(huì)造成匹配不當(dāng)；電容在使用過程中隨著銀離子遷移、電介質(zhì)分子結(jié)構(gòu)改變、在高濕度或低氣壓環(huán)境中極間飛弧等原因造成C的參數(shù)值變小，影響預(yù)充結(jié)果。
    為避免預(yù)充電失效情況發(fā)生，在各元件選取時(shí)，應(yīng)首先選用汽車級(jí)產(chǎn)品，工業(yè)級(jí)產(chǎn)品不適用；某些易絕緣失效、易碰觸部位應(yīng)在已有絕緣保護(hù)的前提下，添加額外保護(hù)措施，減少磨損以及人為原因?qū)﹄娐吩斐傻膿p害，降低故障發(fā)生率。

3試驗(yàn)性能
式中：Uo------單片機(jī)采集到的電壓值；Uz------蓄電池包總電壓值，R20、R21、R22、R23、 R24------分壓電阻，ft3------放大倍數(shù)。
4結(jié)論
電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力汽車的發(fā)展已是必然趨勢(shì)，但為了提高能源利用率、提升系統(tǒng)動(dòng)力性，致使現(xiàn)階段動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)大部分為高壓，對(duì)駕駛員、乘客安全存在著隱患，因此，在高壓設(shè)計(jì)過程中，加入預(yù)充電管理是法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)和安全設(shè)計(jì)的必然要求。在設(shè)計(jì)過程中，合理的檢測(cè)方式和策略不僅能判斷預(yù)充電過程是否成功，而且能在車輛起動(dòng)前對(duì)充電失敗進(jìn)行判斷，識(shí)別故障可能發(fā)生的類型及部位，降低了蓄電池管理系統(tǒng)及整車控制器的安全管理壓力，提升整車安全性，促進(jìn)新能源汽車行業(yè)盡快推廣。
附件奧創(chuàng)充電電阻型號(hào)

Ⅱ選型
根據(jù)下列公式來選擇充電電容

C : 濾波電容. 0.7:安全系數(shù)
Tc: PTC的居里溫度Ta :環(huán)境溫度
V : 電容器充電電壓(V=1.414xVs)
ENon60=0.7x(Tc-Ta)xCth
ENon60: 最大不作動(dòng)能量@ 60℃(Ta= 60)