增加泄放回路需要增加一個鋁殼電阻和一個功率繼電器,成本需要增加100元左右。充電樁企業為了省事和省成本,現在普遍要求充電模塊自帶這個泄放回路,從而將100元的成本攤到每個模塊上去了,也將整個充電樁只需要一個泄放回路的可靠性問題點轉移到了多個充電模塊上去了。
到底要不要泄放回路?放在哪里? 我們今天討論這個話題。
在《GB/T 18487.1-2015:電動汽車傳導充電系統 第1部分:通用要求》的附錄B提供的直流充電控制引導電路原理圖中明確畫出了“泄放電阻”的位置,在充電樁的直流接觸器K1、K2前面,如下圖所示紅色箭頭所指位置。
在絕緣檢測之后和充電結束之后都要啟動泄放回路,在附錄B中有如下的文字說明:
充電樁進行IMD檢測后,應及時對充電輸出電壓進行泄放,避免在充電階段對電池負載產生電壓沖擊。充電結束后,充電機應及時對充電輸出電壓進行泄放,避免對操作人員造成電擊傷害。充電回路的參數選擇應保證在充電連接器斷開后1s內將供電接口電壓降到60V DC以下。
我的問題來了:
1, 為什么在IMD檢測之后,不進行電壓泄放可能會對電池負載產生電壓沖擊?
2, 為什么充電結束后,不進行電壓泄放可能會對操作人員造成電擊傷害?
先來回答第2個問題。在充電結束后,如果沒有泄放回路,充電模塊輸出電壓從750V降低到60V,需要大約61s, 從500V降低到60V,只需要 53s。從750V降低到200V的時間只需要 10s。(為什么時間這么短??) 這是我們試驗的數據。
在這53s內如果用手刻意或無意碰觸充電槍的槍頭的高壓輸出端子,就可能造成電擊傷害。所以,加上泄放,1s之內將電壓降到60V就沒有人員傷害的可能了。安規問題,不怕一萬就怕萬一。這是規范上要求有泄放回路的原因之一。而不想添加這個電路的廠商可能認為,在53s之內,不會有人吃飽撐著去摸充電槍的槍頭里面的端子。
回答第1個問題,就要明確下面幾個問題的答案:
絕緣檢測時,充電模塊輸出的電壓大小是多少? 絕緣檢測結束后,K1、K2和K5、K6的開關狀態如何? 泄放之后進入、充電之前K5、K6和K1、K2的開關狀態如何? 正式充電之前有一個預充電過程,預充電的電壓大小是多少?
在規范中定義了絕緣檢測時充電模塊的輸出電壓為“電池的最高允許充電電壓及充電模塊輸出額定電壓二者較小值”,即確保這這個輸出電壓不會導致電池過壓,不會損壞電池。絕緣檢測之前,充電樁直流主回路的K1、K2閉合,絕緣檢測之后,K1、K2斷開。在 《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》中給出的充電過程時序流程圖中對此也有明確。K5、K6在絕緣檢測之前和之后一直處于斷開狀態。
絕緣檢測和啟動泄放回路之后,車輛側的K5、K6閉合,充電模塊輸出了“預充電壓”之后,充電樁側的K1、K2閉合,隨后,接下來充電模塊再根據BMS發送的充電電壓和電流需求調整輸出電壓。 這個預充電壓為“當前電池電壓 減去1V-10V“。 在輸出充電電壓之前有一個預充電電壓,這避免了充電回路上電瞬間電流沖擊。
充電模塊在絕緣檢測之后,輸出預充電電壓之前,經歷了斷開K1、K2,發送通信辨識報文,再閉合K5、K6 ,檢測電池電壓是否正常等過程,也就是充電時序的T11、T12。這過程的時間我沒有核實是多少s,但我估計接近甚至超過53s了。假如沒有泄放,在充電模塊輸出預充電壓之前,充電模塊的電壓是否已經降低到接近60V了? 即使沒有降低到60V,充電模塊電壓也可以非常肯定降到了200V以內。 你可能在使勁地想,想不通這過程中是如何造成對電池負載產生電壓沖擊的 ?
問題在于:絕緣檢測時的充電模塊輸出電壓為“電池的最高允許充電電壓及充電模塊輸出額定電壓二者較小值“,而預充電壓為“當前電池電壓減去1V-10V“。 如果充電模塊電壓沒有及時降低到預充電壓大小,在已經閉合了K5、K6之后,給充電模塊下發了預充電壓指令,緊著閉合K1、K2,由于上一次絕緣檢測電壓沒有降下來,充電模塊的輸出電壓大于當前電池電壓,瞬間沖擊電流特別大,接觸器K1、K2多次這樣操作之后就會損壞,出現“粘連”現象,就是K1、K2斷不開了。
那個提出不需要泄放回路的廠商給我的解釋是,充電模塊在接受指令關機之后,首先是關閉PWM,但是交流輸入并沒有斷開,充電模塊處在待機狀態,輔助電源由輸出電壓供電,當輸出電壓降低到一定程度時,輔助電源自動切換到PFC母線供電,所以,即使沒有泄放電阻,輸出電壓仍然會在 10s之內降低到200V,不可能出現K1、K2損壞,也不會造成負載電池的沖擊 。當前主流充電模塊的輔助電源設計方案都是在輸出電壓建立起來后由輸出電壓供電,所以在關閉充電模塊PWM之后,輸出電壓很快會掉下來,輸出電解電容上面的電壓會維持相當長時間。
綜上所述,如果不考慮結束充電之后的53 s內可能會用手觸碰充電槍的端子,對于當前主流的充電模塊,增加泄放電路的意義確實不大。但是,我們重復強調的是,安規問題,不怕一萬,就怕萬一。
根據規范要求,充電過程中,充電樁控制器會檢測在啟動了泄放電路之后5s之內輸出電壓是否降低到60V,如果5s之內沒有降低到60V,就判斷到充電故障。如果整個充電樁和充電模塊都沒有泄放回路,為了避免出現這種充電故障導致充電過程中斷,就需要改變充電樁控制器程序中的這個檢測判斷。
總之,根據規范要求,需要有泄放回路。這是必要的。
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