增加泄放回路需要增加一个铝壳电阻和一个功率继电器,成本需要增加100元左右。充电桩企业为了省事和省成本,现在普遍要求充电模块自带这个泄放回路,从而将100元的成本摊到每个模块上去了,也将整个充电桩只需要一个泄放回路的可靠性问题点转移到了多个充电模块上去了。
到底要不要泄放回路?放在哪里? 我们今天讨论这个话题。
在《GB/T 18487.1-2015:电动汽车传导充电系统 第1部分:通用要求》的附录B提供的直流充电控制引导电路原理图中明确画出了“泄放电阻”的位置,在充电桩的直流接触器K1、K2前面,如下图所示红色箭头所指位置。
在绝缘检测之后和充电结束之后都要启动泄放回路,在附录B中有如下的文字说明:
充电桩进行IMD检测后,应及时对充电输出电压进行泄放,避免在充电阶段对电池负载产生电压冲击。充电结束后,充电机应及时对充电输出电压进行泄放,避免对操作人员造成电击伤害。充电回路的参数选择应保证在充电连接器断开后1s内将供电接口电压降到60V DC以下。
我的问题来了:
1, 为什么在IMD检测之后,不进行电压泄放可能会对电池负载产生电压冲击?
2, 为什么充电结束后,不进行电压泄放可能会对操作人员造成电击伤害?
先来回答第2个问题。在充电结束后,如果没有泄放回路,充电模块输出电压从750V降低到60V,需要大约61s, 从500V降低到60V,只需要 53s。从750V降低到200V的时间只需要 10s。(为什么时间这么短??) 这是我们试验的数据。
在这53s内如果用手刻意或无意碰触充电枪的枪头的高压输出端子,就可能造成电击伤害。所以,加上泄放,1s之内将电压降到60V就没有人员伤害的可能了。安规问题,不怕一万就怕万一。这是规范上要求有泄放回路的原因之一。而不想添加这个电路的厂商可能认为,在53s之内,不会有人吃饱撑着去摸充电枪的枪头里面的端子。
回答第1个问题,就要明确下面几个问题的答案:
绝缘检测时,充电模块输出的电压大小是多少? 绝缘检测结束后,K1、K2和K5、K6的开关状态如何? 泄放之后进入、充电之前K5、K6和K1、K2的开关状态如何? 正式充电之前有一个预充电过程,预充电的电压大小是多少?
在规范中定义了绝缘检测时充电模块的输出电压为“电池的最高允许充电电压及充电模块输出额定电压二者较小值”,即确保这这个输出电压不会导致电池过压,不会损坏电池。绝缘检测之前,充电桩直流主回路的K1、K2闭合,绝缘检测之后,K1、K2断开。在 《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》中给出的充电过程时序流程图中对此也有明确。K5、K6在绝缘检测之前和之后一直处于断开状态。
绝缘检测和启动泄放回路之后,车辆侧的K5、K6闭合,充电模块输出了“预充电压”之后,充电桩侧的K1、K2闭合,随后,接下来充电模块再根据BMS发送的充电电压和电流需求调整输出电压。 这个预充电压为“当前电池电压 减去1V-10V“。 在输出充电电压之前有一个预充电电压,这避免了充电回路上电瞬间电流冲击。
充电模块在绝缘检测之后,输出预充电电压之前,经历了断开K1、K2,发送通信辨识报文,再闭合K5、K6 ,检测电池电压是否正常等过程,也就是充电时序的T11、T12。这过程的时间我没有核实是多少s,但我估计接近甚至超过53s了。假如没有泄放,在充电模块输出预充电压之前,充电模块的电压是否已经降低到接近60V了? 即使没有降低到60V,充电模块电压也可以非常肯定降到了200V以内。 你可能在使劲地想,想不通这过程中是如何造成对电池负载产生电压冲击的 ?
问题在于:绝缘检测时的充电模块输出电压为“电池的最高允许充电电压及充电模块输出额定电压二者较小值“,而预充电压为“当前电池电压减去1V-10V“。 如果充电模块电压没有及时降低到预充电压大小,在已经闭合了K5、K6之后,给充电模块下发了预充电压指令,紧着闭合K1、K2,由于上一次绝缘检测电压没有降下来,充电模块的输出电压大于当前电池电压,瞬间冲击电流特别大,接触器K1、K2多次这样操作之后就会损坏,出现“粘连”现象,就是K1、K2断不开了。
那个提出不需要泄放回路的厂商给我的解释是,充电模块在接受指令关机之后,首先是关闭PWM,但是交流输入并没有断开,充电模块处在待机状态,辅助电源由输出电压供电,当输出电压降低到一定程度时,辅助电源自动切换到PFC母线供电,所以,即使没有泄放电阻,输出电压仍然会在 10s之内降低到200V,不可能出现K1、K2损坏,也不会造成负载电池的冲击 。当前主流充电模块的辅助电源设计方案都是在输出电压建立起来后由输出电压供电,所以在关闭充电模块PWM之后,输出电压很快会掉下来,输出电解电容上面的电压会维持相当长时间。
综上所述,如果不考虑结束充电之后的53 s内可能会用手触碰充电枪的端子,对于当前主流的充电模块,增加泄放电路的意义确实不大。但是,我们重复强调的是,安规问题,不怕一万,就怕万一。
根据规范要求,充电过程中,充电桩控制器会检测在启动了泄放电路之后5s之内输出电压是否降低到60V,如果5s之内没有降低到60V,就判断到充电故障。如果整个充电桩和充电模块都没有泄放回路,为了避免出现这种充电故障导致充电过程中断,就需要改变充电桩控制器程序中的这个检测判断。
总之,根据规范要求,需要有泄放回路。这是必要的。
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