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恒流充電和恒壓充電的本質(zhì)是什么?

發(fā)布日期:2017-05-17

核心提示:一、開關(guān)電源的恒壓模式和恒流模式 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
        一、開關(guān)電源的恒壓模式和恒流模式 
 
        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)

 
 
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