预充电路仿真 – 知识仓库

以2023年BEV项目要求为例：

项目电压平台720V（192S,单体3.75V,MAX），预充电阻选型100Ω，负载等效电容510uF。要求200ms内充电到总压的95%，即684V，以完成预充过程。

预充电路原理如图：

电路中R1即是预充电阻，阻值为100Ω，C1是负载等效电容，取值为510uF。

激励源V1为一直流脉冲源，设置脉冲电压为720V，脉冲宽度为500ms，当时间到500ms激励电压在0.5ms内上升到720V，模拟预充继电器闭合，此后电池包通过预充电阻对电容充电。

运行仿真得到结果，电容电压150ms左右即可达到684V。图形如下：

预充电流理论峰值为7.2A。曲线如上图Ir(红线)所示。

电源输出功率峰值理论上是预充继电器闭合的时刻，总压与预充电阻电流之积，此例中为5.184kW，随后曲线下降。

脉冲电源输出功率曲线如下图（上面绿色曲线，因为电源输出功率，所以是负值）：

电源Vu通过电阻R给电容C充电，V0为电容上的初始电压值，Vu为电容充满电后的电压值，Vt为任意时刻t时电容上的电压值，那么RC充电的计算公式如下：

Vt = V0 + （Vu – V0） * ［1 – exp（ -t/RC）］

如果电容上的初始电压为0，则公式可以简化为：

Vt = Vu * ［1 – exp（ -t/RC）］（一阶RC电路的零状态响应公式）

由上述公式可知：

当t = RC时，Vt = 0.63Vu；

当t = 2RC时，Vt = 0.86Vu；

当t = 3RC时，Vt = 0.95Vu；

当t = 4RC时，Vt = 0.98Vu；

当t = 5RC时，Vt = 0.99Vu；

经过3~5个RC后，充电过程基本结束。

本项目实例中，当电容电压升至95%总压时，时间约等于3t，即t=3*R*C=100*510*10^-6s=0.153s，或153ms，与仿真结果近似。