?本文包括三個部分:
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(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(guān)的指令性報文信息并不多。根據(jù)國標GB/T 27930-2015,《電動汽車非車載傳導(dǎo)式充電機與電池管理系統(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,電池充電需求報文(BCL),這是充電過程最關(guān)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(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”和充電時電池的端口電壓是否有關(guān)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(nèi)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(chǎn)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(jié)論:
當滿足“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“這個條件時,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)
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