HV Pre-charge 高压预充 + 主接触器

EV 主驱 / OBC 输入端有 DC Link Cap 数 mF (典型 1-5 mF):

• 电池闭合主接触器瞬间,电容从 0V 充到 Vbat
• 涌流 $Iinrush=C\frac{dV}{dt}$ —— 没限流时几千 A
• 1 mF 电容 + 800V / 1μs = $10^{9}A$ (无限大,实际受电池内阻和线缆电感限制)

涌流不限会同时打击主接触器、电容、保险丝和 BMS 4 个环节,任一损坏都会让上电流程整体失败:

所以必须限流——预充电方案是行业标准。

RC 充电:$\tau =R\times C$,3τ 时间充到 95%:

R 受 3 条独立约束夹中间 — 时间(用户感知) / 限流(接触器额定) / 散热(短脉冲 SOA),最终 R 由最紧的那个约束定:

典型 800V EV, C = 1 mF:

• 选 $\tau =100ms$ → $R=100ms/1mF=100\Omega$
• 充电时间 $\approx 300ms$
• 峰值电流 $I=800V/100\Omega =8A$ (远低于接触器额定)
• 充电瞬时功率 P = $V^2/R$ 高达 6.4 kW (但只持续 ms 级)

3 类电阻按"瞬时能量耐受 vs 设计简洁"分级 — 金属壳通用 / 绕线高功率脉冲 / PTC 自限流免精确匹配:

• 金属壳功率电阻 (e.g., Vishay LPS series, Arcol HS): 100W-500W 平均功率
• 绕线电阻: 高功率脉冲耐受
• PTC 自限流电阻: 自动温升限流,无需精确 R 值

关键认知:电阻不是连续工作设计——是 ms 级短时脉冲,选短脉冲 SOA 远大于稳态额定。

EV 接触器市场被 5 家头部 + 国产替代瓜分,乘用车 200-500A 用 TE/Panasonic / 商用车 500A+ 用 Gigavac/Schaltbau / 充电桩用 Tyco:

接触器选型 7 个核心参数 — 额定电流/电压定常态,分断电流定短路应对,寿命/线圈/响应/接触电阻决定整车功耗与诊断窗口:

按维持线圈电流分 3 档 — EV 主流选 Economized 平衡待机功耗与成本,纯电休眠场景才升级双稳态:

• 双稳态 (Bistable): 闭合后无电流维持 → 低待机功耗
• 经济型 (Economized): 闭合后电流减半 → 省功耗
• 标准 (Standard): 闭合期间电流不变

EV 主流: Economized (平衡成本 + 待机功耗)。

粘连有 4 个独立成因,熔焊是头号 — 短路时强制分断高电流 → 触点瞬间熔化重凝就再也分不开:

最常见: 熔焊——尤其是主接触器在 inverter 短路时强制分断。

接触器粘连 → K1 断不开 → 电池一直带电 → 整车维修危险 → 救援必须用专门工具断电。

严重时: 充电期间粘连 + 充电桩故障 → 反向放电 → 着火。

ASIL C 强制主接触器粘连检测——典型每次启动自检:

• BMS 测主接触器两端电压差
• K1 OFF 时,如果 Vlink ≈ Vbat → 粘连
• 触发 DTC + 用户警告 + 限制 HV 操作

原理: 接触器开断状态下,测两端电压差:

• 正常: K1 OFF → DC Link 通过放电电阻放电到 ~0V → 两端电压差 ≈ Vbat
• 粘连: K1 OFF 但电气连接 → 两端电压差 ≈ 0

实操: BMS 上电自检 + 关机自检。

原理: 闭合预充电接触器 K2 但不闭合 K1:

• 正常: 预充电电流流过 R,慢上升
• 粘连: 预充电电流绕开 R 直接到主路 → 瞬间涌流 → BMS 检测

原理: 接触器开断状态下,加小电压脉冲,测响应阻抗:

• 正常: 高阻 (>> MΩ)
• 粘连: 低阻 (mΩ)

实操: 高端 BMS 用,精度更高但复杂。

主接触器是日常切断手段 — 响应 50 ms,但粘连时失效,所以必须有第二道:

• 故障时 BMS / VMU 命令 K1 OFF
• 响应时间 ~50 ms
• 缺点: 粘连时失效

Pyro Fuse 是"碰撞 + 粘连"双场景的物理兜底 — 5 ms 引爆切断,不可恢复,但是唯一能在 K1 粘连后让电池断电的手段:

• 火工品熔断器,触发引爆 → 物理切断电路
• 响应时间 ~5 ms
• 不可恢复 (一次性,坏了要换)
• 应对碰撞 / 主接触器粘连等致命故障

触发条件:

• 碰撞传感器 (Airbag CAN)
• 主接触器粘连且故障 (BMS 命令但不响应)
• 整车 HVIL 失效

主流 Pyro Fuse:

• Daicel/Special Devices: 主流
• Eaton Bussmann: PV 防火专项
• 国内: 比亚迪自产