预充电装置、系统及电动车的制作方法

本实用新型涉及新能源汽车电源技术领域，具体而言，涉及一种预充电装置、系统及电动车。

背景技术：

新能源汽车的高压系统中都有一组电池系统作为车辆的可充电储能装置，该储能装置为驱动电机提供电能，从而达到驱动车辆行驶的目的。电机控制器普遍在系统输入端设置多个并联的大容量电容，该大容量电容用于滤波及稳定电机的输入电压。车辆中的其他高压系统负载，如DC-DC转换器、空调压缩机等，同样内置有前端电容。当车辆启动，进行高压上电操作时，为减小系统上电时的电流冲击，并防止冲击电流损坏高压接触器和熔断器、击穿前端电容及加速电池老化，必须在电池系统和高压负载之间配置预充电电路。

现有技术中的预充电电路一般由预充电继电器和预充电电阻组成，其中预充电电阻为单一功率电阻。这种预充电电路，在预充电过程中，随着负载电容两端的电压升高，预充电电流也将不断下降，尤其在预充电后期，预充电电流会非常小，仅在mA数量级，这将严重延长系统预充电时间、增加车辆高压上电总时间。现有的预充电电阻仅采用单一功率电阻的方式，当预充电电阻发生单点故障时，如失效模式为短路，闭合预充电继电器进行预充电时无法避免瞬时的电流冲击问题。并且，预充电电阻仅采用单一功率电阻，在车辆高压系统电压平台较高、高压负载端等效电容较大、对预充电电阻功率需求较高的情况下，这将大大限制预充电电阻的器件选型范围，增加预充电电阻的器件选型难度。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种预充电装置、系统及电动车，以解决上述问题。

本实用新型较佳实施例提供一种预充电装置，用于对负载进行预充电，所述预充电装置包括电池系统以及预充电电路系统，所述电池系统的正极输出端与所述预充电电路系统的第一端连接，所述预充电电路系统的第二端与所述负载的第一端连接，所述电池系统的负极输出端通过总负高压接触器S1与所述负载的第二端连接；

所述预充电电路系统包括第一支路和第二支路，所述第一支路和所述第二支路并联；

所述第二支路包括总正高压接触器S2；

所述第一支路包括第一预充电继电器S3、第一预充电电阻R3以及第一可控预充电电路子模块，所述第一预充电继电器S3、第一预充电电阻R3以及第一可控预充电电路子模块串联；

所述第一可控预充电电路子模块包括第二预充电继电器S4以及第二预充电电阻R4，所述第二预充电继电器S4与所述第二预充电电阻R4并联。

进一步地，所述第一支路还包括第二可控预充电电路子模块，所述第二可控预充电电路子模块与所述第一可控预充电电路子模块串联，所述第二可控预充电电路子模块的一端与所述第一可控预充电电路子模块连接、另一端与所述负载的第一端连接；

所述第二可控预充电电路子模块包括第三预充电继电器S5以及第三预充电电阻R5，所述第三预充电继电器S5与所述第三预充电电阻R5并联。

进一步地，所述电池系统包括多个单体电池，所述多个单体电池串联连接。

进一步地，所述电池系统还包括至少一个维修开关，所述至少一个维修开关串联在多个所述单体电池之间。

进一步地，所述第一预充电电阻R3、所述第二预充电电阻R4以及所述第三预充电电阻R5的阻值相同。

进一步地，所述第一预充电电阻R3、所述第二预充电电阻R4以及所述第三预充电电阻R5的型号相同。

进一步地，所述第一预充电继电器S3、所述第二预充电继电器S4以及所述第三预充电继电器S5的型号相同。

进一步地，所述第一预充电继电器S3、所述第二预充电继电器S4以及所述第三预充电继电器S5为单稳态、单刀双掷、常开类型继电器。

本实用新型的另一较佳实施例还提供一种预充电系统，包括负载以及上述的预充电装置，所述预充电装置包括电池系统以及预充电电路系统，所述电池系统的正极输出端与所述预充电电路系统的第一端连接，所述预充电电路系统的第二端与所述负载的第一端连接，所述电池系统的负极输出端通过总负高压接触器S1与所述负载的第二端连接。

本实用新型的另一较佳实施例还提供一种电动车，所述电动车包括车身本体以及上述的预充电装置，所述预充电装置设置于所述电动车的车身本体内。

本实用新型实施例提供的一种预充电装置、系统及电动车，其中，预充电装置由多个功率电阻串联共同构成等效预充电电阻，有效分担了系统对单一预充电电阻的功率要求，拓宽了预充电功率电阻选型的局限性。且采用多个电阻串联的拓扑结构，避免了因单一预充电电阻短路失效后导致的直流高压系统电流冲击问题，提高了系统的高压安全防护等级。该预充电装置采用多级预充电电路技术，可在预充电过程中有效控制预充电电流大小，尤其能提高预充电后期的预充电电流大小，从而有效缩短预充电时间，提升车辆性能和用户体验。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举本实用新型较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型较佳实施例提供的预充电装置的示意性结构框图。

图2为本实用新型较佳实施例提供的预充电装置的电路图。

图3为本实用新型较佳实施例提供的预充电装置的另一电路图。

图4为本实用新型较佳实施例提供的预充电方法的流程图。

图5为本实用新型较佳实施例提供的预充电方法的另一流程图。

图标：10-预充电装置；110-电池系统；120-预充电电路系统；121-第一可控预充电电路子模块；122-第二可控预充电电路子模块；S1-总负高压接触器；S2-总正高压接触器；S3-第一预充电继电器；S4-第二预充电继电器；S5-第三预充电继电器；R3-第一预充电电阻；R4-第二预充电电阻；R5-第三预充电电阻。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

下面结合附图，对本实用新型的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1和图2所示，本实用新型实施例提供一种预充电装置10，用于对负载进行预充电。在本实施例中，所述负载可为车辆中的高压系统负载，例如电机控制器、DC-DC转换器、空调压缩机等。在本实施例中，可将所述负载等效为一RC电路。所述预充电装置10包括电池系统110以及预充电电路系统120。其中所述电池系统110的正极输出端与所述预充电电路系统120的第一端连接，所述预充电电路系统120的第二端与所述RC等效电路的正极输出端连接，所述电池系统110的负极输出端通过总负高压接触器S1与所述RC等效电路的负极输出端连接。

可选地，在本实施例中，所述电池系统110包括单体电芯集合和维修开关。其中，所述单体电芯集合其拓扑结构为串联连接。进一步地，所述单体电芯集合包括多个单体电池，多个单体电池之间依次采用串联连接。所述维修开关为手动维修开关，其中，所述维修开关可为一个或多个，且串联在多个所述单体电池之间。在本实施例中，将所述维修开关的数量设置为一个，且将该维修开关连接在多个单体电池的中间位置处，即将多个单体电池均分至两侧。在具体实施时，多个单体电池连接后其电压会比较高，在进行维修时，高电压将会威胁到人身安全。在多个单体电池的中间位置设置维修开关，则在进行维修时，可通过断开该维修开关以从中间位置将多个单体电池截断，以此来降低两端的电压，使得两端的电压各减小为原电压的一半，如此提高维修时的安全系数。

可选地，在本实施例中，所述RC等效电路包括等效负载电容及等效负载电阻，其中，所述等效负载电容与所述等效负载电阻并联连接。

在本实施例中，所述预充电电路系统120包括第一支路和第二支路，其中所述第一支路和所述第二支路并联。所述第二支路包括总正高压接触器S2。所述第一支路包括第一预充电继电器S3、第一预充电电阻R3以及第一可控预充电电路子模块121。其中，所述第一预充电继电器S3、第一预充电电阻R3以及第一可控预充电电路子模块121串联。所述第一可控预充电电路子模块121包括第二预充电继电器S4以及第二预充电电阻R4，所述第二预充电继电器S4与所述第二预充电电阻R4并联。

进一步地，所述电池系统110正极输出端与所述预充电电路系统120中的总正高压接触器S2的一端连接，所述RC等效电路的正极输出端与所述预充电电路系统120中的总正高压接触器S2的另一端连接。所述电池系统110的负极输出端与所述总负高压接触器S1的一端连接，所述RC等效电路的负极输出端与所述总负高压接触器S1的另一端连接。

具体地，所述第一预充电继电器S3的一端与所述电池系统110的正极输出端连接、另一端与所述第一预充电电阻R3的一端连接。所述第一预充电电阻R3的另一端分别与所述第一可控预充电电路子模块121所包括的第二预充电继电器S4以及第二预充电电阻R4的一端连接，所述第二预充电继电器S4以及第二预充电电阻R4的另一端分别与所述等效RC电路的正极输出端连接。

请参阅图3，除了上述设置方式以外，在本实施例中，所述第一支路还可包括第二可控预充电电路子模块122，所述第二可控预充电电路子模块122与所述第一可控预充电电路子模块121串联，所述第二可控预充电电路子模块122的一端与所述第一可控预充电电路子模块121连接、另一端与所述负载的第一端连接。

所述第二可控预充电电路子模块122包括第三预充电继电器S5以及第三预充电电阻R5，所述第三预充电继电器S5与所述第三预充电电阻R5并联。具体地，所述第三预充电继电器S5与所述第三预充电电阻R5的一端分别与所述第一可控预充电电路子模块121连接、另一端分别与所述等效RC电路的正极输出端连接。

在本实施例中，其中所述预充电电路系统120可包括1～3个可控预充电电路子模块，对于可控预充电电路子模块的数量不作具体限制，可根据实际情况进行设置，以达到有效降低预充电电路系统120的控制复杂程度的目的。

通过上述设置，可通过控制所述第一预充电继电器S3、第二预充电继电器S4以及第三预充电继电器S5的组合状态来动态调整等效预充电电阻大小。其中继电器的控制信号由车辆的电池管理系统进行驱动。

在具体实施时，可闭合所述总负高压接触器S1，使电池系统110的负极输出端与所述等效RC电路的负极输出端连接，然后测量所述电池系统110的端电压与所述等效RC电路的端电压。当所述电池系统110的端电压与所述等效RC电路的端电压之间的压差大于第一预设阈值时，则闭合所述第一预充电继电器S3以进行预充电。当所述电池系统110的端电压与所述等效RC电路的端电压之间的压差大于第二预设阈值且小于等于第一预设阈值时，则闭合所述第一预充电继电器S3和所述第二预充电继电器S4进行预充电。如此，则可减小等效充电电阻阻值，以增大充电电流。

在本实施例中，当所述预充电电路系统120包括两个可控预充电电路子模块时，即第一可控预充电电路子模块121以及第二可控预充电电路子模块122，则当所述电池系统110的端电压与所述等效RC电路的端电压之间的压差大于第三预设阈值并且小于等于第二预设阈值时，则闭合所述第一预充电继电器S3、第二预充电继电器S4以及第三预充电继电器S5以进行预充电。

而当所述电池系统110的端电压与所述等效RC电路的端电压之间的压差小于等于第三预设阈值时，则闭合所述总正高压接触器S2以进行预充电。在预充电完成之后，断开所述第一预充电继电器S3、第二预充电继电器S4以及第三预充电继电器S5。

通过上述的采用多级预充电电路以用于对负载进行预充电，可以在预充电过程中有效控制预充电电流大小，尤其能够提高预充电后期的预充电电流大小，从而有效缩短预充电时间，以提升车辆性能和用户体验。

可选地，所述第一预充电电阻R3、第二预充电电阻R4以及第三预充电电阻R5的具体阻值以及型号不受限制，例如所述第一预充电电阻R3、第二预充电电阻R4以及第三预充电电阻R5的阻值可设置为不同，其型号也可选用不同型号，当然，第一预充电电阻R3、第二预充电电阻R4以及第三预充电电阻R5的阻值和型号也可选用为相同，在本实施例中并不作具体限制。

为了在实施时方便对于预充电电阻的选型管理，在本实施例中，所述第一预充电电阻R3、第二预充电电阻R4以及第三预充电电阻R5的阻值选用为相同阻值，并且所述第一预充电电阻R3、第二预充电电阻R4以及第三预充电电阻R5的型号也相同。

此外，同样地，为了在实施时方便对预充电继电器的选型管理，在本实施例中，所述第一预充电继电器S3、第二预充电继电器S4以及第三预充电继电器S5的型号选用相同。可选地，在本实施例中，所述第一预充电继电器S3、第二预充电继电器S4以及第三预充电继电器S5为单稳态、单刀双掷、常开类型继电器。当然，第一预充电继电器S3、第二预充电继电器S4及第三预充电继电器S5也可选用为不同型号的其他类型的继电器，在本实施例中并不作具体限制，可根据需求进行选用。

本实用新型实施例还提供一种预充电系统，所述预充电系统包括负载以及上述的预充电装置10，所述预充电装置10包括电池系统110以及预充电电路系统120，所述电池系统110的正极输出端与所述预充电电路系统120的第一端连接，所述预充电电路系统120的第二端与所述负载的第一端连接，所述电池系统110的负极输出端通过总负高压接触器S1与所述负载的第二端连接。

本实用新型实施例还提供一种电动车，所述电动车包括车身本体以及上述的预充电装置。所述预充电装置设置于所述电动车的车身本体内。

请结合图4，本实用新型实施例还提供一种预充电方法，应用于上述的预充电装置10，以用于对负载进行预充电。需要说明的是，图4中所示的方法，是在所述预充电装置10中的预充电电路系统120包含一个可控预充电电路子模块(即第一可控预充电电路子模块121)的设置下的应用方法，下面对图4中所示的具体流程进行阐述。

步骤S101，闭合所述总负高压接触器S1，使所述电池系统110的负极输出端与所述负载的第二端连接。

步骤S102，测量所述电池系统110的端电压以及所述负载的端电压。

步骤S103，当所述电池系统110的端电压与所述负载的端电压之间的压差大于第一预设阈值时，闭合所述第一预充电继电器S3进行预充电。

步骤S104，当所述电池系统110的端电压与所述负载的端电压之间的压差大于第二预设阈值且小于等于第一预设阈值时，闭合所述第一预充电继电器S3及所述第二预充电继电器S4进行预充电。

步骤S105，当所述电池系统110的端电压与所述负载的端电压之间的压差小于等于第二预设阈值时，闭合所述总正高压接触器S2进行预充电。

步骤S106，预充电完成后，断开所述第一预充电继电器S3、所述第二预充电继电器S4。

可选地，请参阅图5，本实用新型的另一较佳实施例还提供了一种预充电方法，应用于包含第一可控预充电电路子模块121和第二可控预充电电路子模块122的预充电装置10，可选地，所述方法包括：

步骤S201，闭合所述总负高压接触器S1，使所述电池系统110的负极输出端与所述负载的第二端连接。

步骤S202，测量所述电池系统110的端电压以及所述负载的端电压。

步骤S203，当所述电池系统110的端电压与所述负载的端电压之间的压差大于第一预设阈值时，闭合所述第一预充电继电器S3进行预充电。

步骤S204，当所述电池系统110的端电压与所述负载的端电压之间的压差大于第二预设阈值且小于等于第一预设阈值时，闭合所述第一预充电继电器S3及所述第二预充电继电器S4进行预充电。

步骤S205，当所述电池系统110的端电压与所述负载的端电压之间的压差大于第三预设阈值且小于等于第二预设阈值时，闭合所述第一预充电继电器S3、第二预充电继电器S4以及第三预充电继电器S5以进行预充电；

步骤S206，当所述电池系统110的端电压与所述负载的端电压之间的压差小于等于第三预设阈值时，闭合所述总正高压接触器S2进行预充电。

步骤S207，预充电完成后，断开所述第一预充电继电器S3、所述第二预充电继电器S4以及所述第三预充电继电器S5。

通过上述基于所述预充电装置10的预充电方法，可在预充电过程中有效控制预充电电流大小，可在预充电后期提高预充电电路大小，以缩短预充电时间，提升车辆性能和用户体验。

综上所述，本实用新型实施例提供一种预充电装置、系统及电动车，该预充电装置10包括电池系统110及预充电电路系统120，该预充电电路系统120包括由总正高接触器构成的第二支路，以及由第一预充电继电器S3、第一预充电电阻R3以及第一可控预充电电路子模块121组成的第一支路。其中，第一支路和第二支路并联。第一可控预充电电路子模块121包括并联连接的第二预充电继电器S4以及第二预充电电阻R4。

本实用新型提供的预充电装置10由多个功率电阻串联共同构成等效预充电电阻，有效分担了系统对单一预充电电阻的功率要求，拓宽了预充电功率电阻选型的局限性。且采用多个电阻串联的拓扑结构，避免了因单一预充电电阻短路失效后导致的直流高压系统电流冲击问题，提高了系统的高压安全防护等级。该预充电装置10采用多级预充电电路技术，可在预充电过程中有效控制预充电电流大小，尤其能提高预充电后期的预充电电流大小，从而有效缩短预充电时间，提升车辆性能和用户体验。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。