二、充電樁之芯的雙環(huán)控制系統(tǒng)示意圖

 

        三、充電過程中恒流充電和恒壓充電的本質(zhì)

 

        從一個(gè)外行者角度來看，是否會形成這樣一種印象：給電池充電模塊本身可以接受來自充電樁控制器的指令，根據(jù)需要工作在恒壓或者恒流狀態(tài)。

 

        真的這樣嗎？

 

         一、開關(guān)電源的恒壓模式和恒流模式

 

        “充電樁之芯”作為一種AC/DC電源，它是以恒定電壓輸出還是以恒定電流輸出，這是由“充電樁之芯”自己決定的嗎？為了回答這個(gè)問題，我們需要科普一下開關(guān)電源的“恒壓”工作模式和“恒流”工作模式。假設(shè)讀者已經(jīng)理解負(fù)反饋控制原理，或者提前百度科普一下。

 

        恒壓（CV，ConstantVoltage）模式，是指開關(guān)電源的輸出電壓恒定，開關(guān)電源的控制環(huán)路是電壓環(huán)在起作用，電壓環(huán)的給定電壓就是電源輸出的“恒定電壓”。恒壓模式下的輸出電流大小是由負(fù)載決定的。

 

        1.對于單環(huán)控制系統(tǒng)，恒壓模式下，電壓環(huán)在工作。 

 

        2.對于雙環(huán)控制系統(tǒng)，恒壓模式下，如果電壓環(huán)是內(nèi)環(huán)，電流環(huán)是外環(huán)，內(nèi)環(huán)電壓環(huán)在工作，外環(huán)電流環(huán)沒有參與控制，或者說外環(huán)失效了; 如果電壓環(huán)是外環(huán)，電流環(huán)是內(nèi)環(huán)，雙環(huán)都在工作，外環(huán)電壓環(huán)的PI輸出作為內(nèi)環(huán)電流環(huán)的給定。

 

        恒流(CC，ConstantCurrent)模式，是指開關(guān)電源的輸出電流恒定，開關(guān)電源的控制環(huán)路是電流環(huán)在起作用，電流環(huán)的給定電流就是電源輸出的“恒定電流”。恒流模式下的輸出電流大小是由負(fù)載決定的。 

 

        對于單環(huán)控制系統(tǒng)很好理解。對于雙環(huán)控制系統(tǒng)，電流環(huán)和電壓環(huán)怎么相互轉(zhuǎn)換的，這對于初學(xué)者并不好理解。

 

        二、充電樁之芯的雙環(huán)控制系統(tǒng)示意圖

 

        下圖是充電樁之芯的控制原理示意圖( 這張示意圖刻意簡化處理了，著重于理解雙環(huán)，不是標(biāo)準(zhǔn)的控制原理圖，譬如圖中并沒有畫出主電路，采樣電路)。為方便理解，這張圖上也沒有畫出均流算法。對于均流的理解，將另文介紹，敬請期待。

 

        打印這張圖放在口袋里，好好琢磨理解透徹是必要的。

 

圖1 充電樁之芯控制環(huán)路示意圖（未包括均流環(huán)）

 

        圖中各英文簡寫的含義如下：

 

        IBMS表示BMS發(fā)送來的“電流需求”，  VBMS表示BMS發(fā)送來的“電壓需求”。

 

        Imax表示電源主電路硬件上能允許的最大電流，是電源軟件預(yù)先設(shè)定的。 Vmax表示電源主電路硬件上能允許的最大電壓，是電源軟件預(yù)先設(shè)定的。

 

        If表示從主電路檢測的反饋電流，Vf表示反饋電壓。Vgc表示電流環(huán)PI的輸出。PI表示PI算法，

 

        Ig表示電流環(huán)的電流給定，它是比較IBMS和Imax，取較小值。Vg表示電壓環(huán)的電壓給定，它是比較Vgc,VBMS和Vmx，取較小值。 

 

        三、充電過程中恒流充電和恒壓充電的本質(zhì)

 

         充電過程中，充電系統(tǒng)的“主腦”BMS發(fā)送給“從腦”充電樁控制器（在國標(biāo)上用“充電機(jī)”表示）的報(bào)文種類繁多，但是，與充電樁之芯是工作在恒流還是恒壓模式相關(guān)的指令性報(bào)文信息并不多。根據(jù)國標(biāo)GB/T 27930-2015，《電動汽車非車載傳導(dǎo)式充電機(jī)與電池管理系統(tǒng)之間的通信協(xié)議》，全部列舉相關(guān)信息如下：

 

        1，PGB9984，BMS握手報(bào)文，提供BMS“最高允許充電總電壓”。

 

        2，PGN1536，充電參數(shù)配置階段，BMS發(fā)送給充電機(jī)的動力蓄電池充電參數(shù)，給出了“最高允許充電電流”和“最高允許充電總電壓”。

 

        3，PGN4096，電池充電需求報(bào)文（BCL），這是充電過程最關(guān)鍵的報(bào)文。 摘錄如下：

 

 

 

        這段條文中提到的CML報(bào)文是充電機(jī)最大輸出能力報(bào)文，充電機(jī)發(fā)送給BMS的充電機(jī)最高輸出電壓，最大輸出電流，最低輸出電壓，最小輸出電流等。

 

        這段報(bào)文沒有解釋如何進(jìn)入恒壓或恒流模式，只是換一種方式解釋了恒壓模式和恒流模式的含義：

 

        在恒壓充電模式下，充電機(jī)輸出的電壓應(yīng)滿足電壓需求值，輸出的電流不能超過電流需求值; 在恒流充電模式下，充電機(jī)輸出的電流應(yīng)滿足電流需求值，輸出的電壓不能超過電壓需求值。

 

        寫到這，我想到的重要問題是：

 

        1.BMS是根據(jù)什么給出“電壓需求”和“電流需求”的？  “電壓需求“和電池的“最高允許充電總電壓“之間是否有關(guān)系？ “電壓需求”和充電時(shí)電池的端口電壓是否有關(guān)系？

 

        接下來的問題是：

 

        2.實(shí)際充電過程中，充電樁之芯的“雙環(huán)”是如何切換的：什么時(shí)候只有內(nèi)環(huán)電壓環(huán)工作？什么時(shí)候外環(huán)電流環(huán)在工作？   

 

        回答第2個(gè)問題就需要知道第1個(gè)問題的答案。報(bào)文中發(fā)送了“充電模式”信息給充電機(jī)。這可能令人產(chǎn)生誤會，以為BMS下指令要求充電機(jī)工作在恒壓模式或恒流模式。這是錯(cuò)誤的理解！BMS給電源提供恒壓或恒流指示，只能表示BMS希望電源工作在恒壓或恒流，但電源是否工作在恒壓或恒流，是由“電壓需求”，“電流需求”，及電池這個(gè)被充電的負(fù)載當(dāng)前的電壓值決定的。

 

        記住：“電壓需求”就是圖1中的Vg，電壓給定，“電流需求“就是圖1中的Ig，電流給定。

 

        對于比較資深的電源工程師來說，不難理解下面這樣一個(gè)結(jié)論：

 

        當(dāng)滿足“電壓需求>電池電壓+內(nèi)阻x電流+連接線壓降+防反接二極管壓降“這個(gè)條件時(shí)，就是恒流，否則，就是恒壓。

 

        如果你不理解上述結(jié)論，說明你還沒有理解透徹充電的過程，沒有理解控制環(huán)路的工作原理。 歡迎來電來函交流！

 

（來源：電動汽車資源網(wǎng) 高斯寶電氣）