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直流充电桩充电过程专业解读(2):从T4到T11,充电握手,绝缘检测和电压泄放

从T4聊到T11,这个过程中,直流充电桩(下文简称“充电桩”)的“大脑”-“充电桩之核”和电动汽车电池的“大脑”-BMS(Battery Management System)之间进行握手,确认彼此身份,进行各种安全检测,再进行身份的进一步辨识,为开始充电做好充分准备。

想一想,也真够烦的,不就是充个电嘛,搞得这么繁琐! 其实,很多技术的工程化实现,看似简单,细思极恐。做好充电桩,除了要使用最可靠的充电模块,也要确保充电过程中通信规约的正确性。魔鬼藏在细节之中。     

当充电枪插进电动汽车充电插座后,在没有任何故障的情况下,多长时间内完成物理连接? 这个答案在18487.1给出的控制时序图上并不能直接看起来,但是标准中规定了T0-T7的最大值:在没有预约充电的情况下,T0-T7小于10分钟,而其间的T5-T6小于30秒。 

10分钟,这会考验多少人的耐心!整个充电过程从T0到T21,没有充电之前的T0-T7就占10分钟?  实际上的充电桩,T0到T7都远小于10分钟。既然如此,为什么在在制定标准时提出“小于10分钟”这样宽松的要求? T4-T7 之间又发生了什么?

充电握手启动阶段
当充电桩和电动汽车物理连接并完成上电,且电压检测正常后,由充电桩控制器向BMS每隔250ms定期发送一次充电机握手报文CHM(Charger Handshake Message的意思),报文内容是充电机通信协议的版本号。BMS收到CHM报文后,每隔250ms向充电桩控制器定期发送BMS握手报文BHM(BMS Handshake Message的意思),报文内容是“BMS最高允许充电总电压”。 (注:这个步骤从6开始,续上一集)

充电桩控制器和BMS之间的通信网络采用了CAN2.0B通信协议,通信速率采用250kbit/s。在环境恶劣的场合,可采用50kbit/s通信速率。CAN物理层符合ISO 11898-1:2003、SAE J 1939-11:2006,协议层符合SAE J1939-21:2006和SAE J1939-73:2006。两者之间握手时间如果超过5s,任何一方接收不到对方的握手报文,充电结束。5s的计时,充电桩是从K3、K4闭合开始,BMS从系统启动(可以理解为BMS开始工作)开始。

双方握手成功之后
充电桩开始检测充电桩直流输出的主接触器K1、K2并判断接触器外侧电压是否小于10V。

如果接触器异常,充电结束并上报故障。 奇怪的是, 这个步骤在18487.1标准的中没有提及。这是欠妥当的。标准中和这个充电过程相关的描述如下扫描件:

上面拷屏见18487.1标准的Pg.35

上面拷屏见18487.1标准的Pg.39

绝缘检测阶段
检测K1、K2正常后,启动绝缘检测电路,并立即闭合K1、K2,充电桩控制器下发开机指令和检测电压指令给充电模块,输出电压,开始绝缘检测。完成这个步骤就到了18487.1定义的充电控制时序的T7。

绝缘检测需要高压输出给检测电路,为此充电模块短暂工作了一段时间。输出电压是握手过程中BHM报文给出的“BMS最高允许充电总电压”和充电模块的额定电压二者较小值。

27930标准中给出T0-T7的时间小于 10分钟,可能是考虑到绝缘检测过程中充电模块开机所需时间? 这个时间主要取决于充电模块的软启动时间? 但是软启动时间在能源局标准标准NB/T 33001-2010上的要求是3-8秒,也远小于10分钟。 绝缘检测电路本身需要花费很多时间? 关于绝缘检测的细节,笔者将另文讨论。

泄放充电桩直流输出端口电压至60V DC以下

绝缘检测结束后,充电模块停止工作,绝缘检测电路关闭,泄放电路工作,负责泄放电阻投切的继电器闭合; 泄放完毕,负责泄放电阻投切的继电器断开,直流主接触器K1、K2断开。

充电桩模块模组和K1、K2及排泄放电阻、投切泄放电阻的继电器构成了泄放回路。根据18487.1标准要求,泄放回路应在1秒内将充电接口电压降到60V DC以下。具体条文描述如下: 

上面拷屏见18487.1标准的Pg.37

充电桩里面的泄放电阻一般是铝壳电阻,在充电桩里面显得比较突出,长相如下面图片。

 

充电过程中需要两次投切泄放电阻,绝缘检测一次,充电结束一次。

充电桩控制器在软件上判断K1、K2的外侧电压是否为60V以下,从泄放电路投切开始计时,5秒内达到60V以下,断开泄放电路的接触器,断开充电桩DC主回路接触器K1、K2。超过5秒不小于60V,视为充电故障。

充电握手辩识

当充电桩控制器和BMS之间通过握手确定,并确定绝缘检测正常后,充电桩控制器和BMS之间互发辨识报文。 

充电桩控制器每隔250ms定期发送一次充电机辨识报文CRM(Charger Recognize Message的意思)给BMS,用于确认充电机和BMS之间通信链路正确。报文内容是充电机通信协议的版本号。BMS收到CRM报文后,每隔250ms向充电桩控制器定期发送BMS握手辨识报文BRM(BMS Recognize Message的意思),报文内容是车辆辨识信息,包括协议版本,电池类型、容量、电池电压、VIN代码。充电握手辨识阶段的详细流程在27930标准中有明确定义:

总结上述过程,硬件上,负责绝缘检测电路投切的继电器开通和关断,负责泄放电路投切的继电器开通和关断,主回路接触器K1、K2开通和关断,充电桩之芯开机又关机,主要目的是实现绝缘检测及随之而来的高压泄放。软件上,充电桩控制器和BMS按照定义的流程互发充电握手CHM和BHM报文,接着又互发充电握手辨识报文CRM和BRM,为下一步的充电参数配置和充电做好充分准备。

来源:第一电动网

作者:充电桩之芯

本文地址:https://www.d1ev.com/kol/57609

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大牛作者

充电桩之芯

让更多的人了解充电桩,了解充电桩之芯——充电桩电源模块,助力新能源汽车走进千家万户,为绿色世界建设贡献力量。 作者汪进进,来自深圳市高斯宝电气技术有限公司新能源事业部。 作者微信/电话:13828763297

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