二、充電樁之芯的雙環(huán)控制系統示意圖

 

        三、充電過程中恒流充電和恒壓充電的本質

 

        從一個外行者角度來看，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，根據需要工作在恒壓或者恒流狀態(tài)。

 

        真的這樣嗎？

 

         一、開關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？為了回答這個問題，我們需要科普一下開關電源的“恒壓”工作模式和“恒流”工作模式。假設讀者已經理解負反饋控制原理，或者提前百度科普一下。

 

        恒壓（CV，ConstantVoltage）模式，是指開關電源的輸出電壓恒定，開關電源的控制環(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載決定的。

 

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

 

        2.對于雙環(huán)控制系統，恒壓模式下，如果電壓環(huán)是內環(huán)，電流環(huán)是外環(huán)，內環(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)是內環(huán)，雙環(huán)都在工作，外環(huán)電壓環(huán)的PI輸出作為內環(huán)電流環(huán)的給定。

 

        恒流(CC，ConstantCurrent)模式，是指開關電源的輸出電流恒定，開關電源的控制環(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載決定的。 

 

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

 

        二、充電樁之芯的雙環(huán)控制系統示意圖

 

        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)，不是標準的控制原理圖，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，是電源軟件預先設定的。 Vmax表示電源主電路硬件上能允許的最大電壓，是電源軟件預先設定的。

 

        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

 

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

 

        1，PGB9984，BMS握手報文，提供BMS“最高允許充電總電壓”。

 

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

 

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

 

 

 

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

 

        這段報文沒有解釋如何進入恒壓或恒流模式，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，充電機輸出的電壓應滿足電壓需求值，輸出的電流不能超過電流需求值; 在恒流充電模式下，充電機輸出的電流應滿足電流需求值，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“之間是否有關系？ “電壓需求”和充電時電池的端口電壓是否有關系？

 

        接下來的問題是：

 

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

 

        回答第2個問題就需要知道第1個問題的答案。報文中發(fā)送了“充電模式”信息給充電機。這可能令人產生誤會，以為BMS下指令要求充電機工作在恒壓模式或恒流模式。這是錯誤的理解！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”，及電池這個被充電的負載當前的電壓值決定的。

 

        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結論：

 

        當滿足“電壓需求>電池電壓+內阻x電流+連接線壓降+防反接二極管壓降“這個條件時，就是恒流，否則，就是恒壓。

 

        如果你不理解上述結論，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 高斯寶電氣）