本文包括三个部分:

一、开关电源的恒压模式和恒流模式 

二、充电桩之芯的双环控制系统示意图

三、充电过程中恒流充电和恒压充电的本质

从一个外行者角度来看,是否会形成这样一种印象:给电池充电模块本身可以接受来自充电桩控制器的指令,根据需要工作在恒压或者恒流状态。

真的这样吗?

 一、开关电源的恒压模式和恒流模式

“充电桩之芯”作为一种AC/DC电源,它是以恒定电压输出还是以恒定电流输出,这是由“充电桩之芯”自己决定的吗?为了回答这个问题,我们需要科普一下开关电源的“恒压”工作模式和“恒流”工作模式。假设读者已经理解负反馈控制原理,或者提前百度科普一下。

恒压(CV,ConstantVoltage)模式,是指开关电源的输出电压恒定,开关电源的控制环路是电压环在起作用,电压环的给定电压就是电源输出的“恒定电压”。恒压模式下的输出电流大小是由负载决定的。

1.对于单环控制系统,恒压模式下,电压环在工作。 

2.对于双环控制系统,恒压模式下,如果电压环是内环,电流环是外环,内环电压环在工作,外环电流环没有参与控制,或者说外环失效了; 如果电压环是外环,电流环是内环,双环都在工作,外环电压环的PI输出作为内环电流环的给定。

恒流(CC,ConstantCurrent)模式,是指开关电源的输出电流恒定,开关电源的控制环路是电流环在起作用,电流环的给定电流就是电源输出的“恒定电流”。恒流模式下的输出电流大小是由负载决定的。 

对于单环控制系统很好理解。对于双环控制系统,电流环和电压环怎么相互转换的,这对于初学者并不好理解。

二、充电桩之芯的双环控制系统示意图

下图是充电桩之芯的控制原理示意图( 这张示意图刻意简化处理了,着重于理解双环,不是标准的控制原理图,譬如图中并没有画出主电路,采样电路)。为方便理解,这张图上也没有画出均流算法。对于均流的理解,将另文介绍,敬请期待。

打印这张图放在口袋里,好好琢磨理解透彻是必要的。

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图1 充电桩之芯控制环路示意图(未包括均流环)

图中各英文简写的含义如下:

IBMS表示BMS发送来的“电流需求”,  VBMS表示BMS发送来的“电压需求”。

Imax表示电源主电路硬件上能允许的最大电流,是电源软件预先设定的。 Vmax表示电源主电路硬件上能允许的最大电压,是电源软件预先设定的。

If表示从主电路检测的反馈电流,Vf表示反馈电压。Vgc表示电流环PI的输出。PI表示PI算法,

Ig表示电流环的电流给定,它是比较IBMS和Imax,取较小值。Vg表示电压环的电压给定,它是比较Vgc,VBMS和Vmx,取较小值。 

三、充电过程中恒流充电和恒压充电的本质

 充电过程中,充电系统的“主脑”BMS发送给“从脑”充电桩控制器(在国标上用“充电机”表示)的报文种类繁多,但是,与充电桩之芯是工作在恒流还是恒压模式相关的指令性报文信息并不多。根据国标GB/T 27930-2015,《电动汽车非车载传导式充电机与电池管理系统之间的通信协议》,全部列举相关信息如下:

1,PGB9984,BMS握手报文,提供BMS“最高允许充电总电压”。

2,PGN1536,充电参数配置阶段,BMS发送给充电机的动力蓄电池充电参数,给出了“最高允许充电电流”和“最高允许充电总电压”。

3,PGN4096,电池充电需求报文(BCL),这是充电过程最关键的报文。 摘录如下:

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这段条文中提到的CML报文是充电机最大输出能力报文,充电机发送给BMS的充电机最高输出电压,最大输出电流,最低输出电压,最小输出电流等。

这段报文没有解释如何进入恒压或恒流模式,只是换一种方式解释了恒压模式和恒流模式的含义:

在恒压充电模式下,充电机输出的电压应满足电压需求值,输出的电流不能超过电流需求值; 在恒流充电模式下,充电机输出的电流应满足电流需求值,输出的电压不能超过电压需求值。

写到这,我想到的重要问题是:

1.BMS是根据什么给出“电压需求”和“电流需求”的?  “电压需求“和电池的“最高允许充电总电压“之间是否有关系? “电压需求”和充电时电池的端口电压是否有关系?

接下来的问题是:

2.实际充电过程中,充电桩之芯的“双环”是如何切换的:什么时候只有内环电压环工作?什么时候外环电流环在工作?   

回答第2个问题就需要知道第1个问题的答案。报文中发送了“充电模式”信息给充电机。这可能令人产生误会,以为BMS下指令要求充电机工作在恒压模式或恒流模式。这是错误的理解!BMS给电源提供恒压或恒流指示,只能表示BMS希望电源工作在恒压或恒流,但电源是否工作在恒压或恒流,是由“电压需求”,“电流需求”,及电池这个被充电的负载当前的电压值决定的。

记住:“电压需求”就是图1中的Vg,电压给定,“电流需求“就是图1中的Ig,电流给定。

对于比较资深的电源工程师来说,不难理解下面这样一个结论:

当满足“电压需求>电池电压+内阻x电流+连接线压降+防反接二极管压降“这个条件时,就是恒流,否则,就是恒压。

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