直流充电桩的充电流程之三:充电握手阶段【科普系列之十七】
2023-09-04
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汪进进

充电握手阶段

充电握手阶段是充电流程中比较复杂的部分,也是售后问题比较集中的阶段。在18487.1附录B的表B.2中,时序上包括T4-T11,如图1所示。( 这个表格中,T11是属于充电握手阶段还是充电参数配置阶段?在充电握手阶段充电桩和车辆之间要互发辨识报文,紧接着进入充电参数配置阶段时首先要互发电池参数和充电机最大输出能力等报文,然后再闭合K5、K6。T11和T12都没提到要互发电池参数和充电机最大输出能力等报文。)


图1 充电控制时序表(T4-T12)

如图2所示,在B.6的充电状态流程中给出的简图更加清晰。


图2 充电状态流程图(握手阶段)

交互CHM、BHM报文

充电桩控制器每隔250ms向BMS发送一次充电握手报文CHM,CHM报文只是包含了通信协议版本号; BMS收到CHM报文后,向充电桩控制器每隔250ms发送一次BMS握手报文BHM,BHM报文只是包含了“最高允许充电总电压”。27930-2015的标准中给出了详细的流程框图,如图3所示。
从时序上看,物理连接完成后,是充电桩控制器先发报文给BMS。如果是预约充电,该充电桩控制器如何获得使能信号呢?如果是蓝牙小程序或后台预约,就是由桩计时。手机APP/小程序或后台将设置预约的时刻和将要启动充电的时刻发给充电桩控制器,控制器累积计时,到了预约启动时刻,就向BMS发送CHM报文。这里面的计时精度取决于芯片的晶振;如果是车端预约,可能就直接由车端计时。桩和车辆之间的通信采用私有协议。在预约充电时刻,车端BMS给充电桩控制器发出约定的报文,控制器收到约定的报文后,向BMS发送CHM报文。


图3 充电握手启动流程

绝缘检测

互发握手报文后,进入绝缘检测阶段。关于充电桩的绝缘检测,我们曾有一篇专文详解。本文再重新概述一下。
直流充电桩的绝缘检测
充电桩系统的绝缘检测,在进入充电流程时,是由充电桩完成的; 进入充电流程之后,是由车辆完成的。
充电桩所做的绝缘检测,由充电模块发出的充电电压作为电压源,检测DC+和DC-母线对PE的阻抗。在做绝缘检测之前,K1、K2闭合,K5、K6断开,因此,绝缘检测的回路包括:
1,充电桩内部,从充电模块的输出端子到枪线的PG头的位置,经过了K1、K2。如图4的黄色标识。
2,充电桩外部,从PG头到充电枪枪头、插枪座的位置。如图4的红色标识。
3,车辆内部,从插枪座到K5、K6的外侧。如图4的蓝色标识。
图4 充电桩绝缘检测回路的标识
为了增加大家的感性认识,我们拍了两张照片来说明。
关于充电桩内部和绝缘检测相关的线路,如图5黄色标识的是接触器K1、K2外侧到充电桩机壳的PG头的一端。充电模块的输出端子到K1、K2的内侧的没有显示出来,是很短的一小段电缆。

图5 绝缘检测涉及到的充电桩内部线路


关于充电桩和车辆之间的线路,如图6红色标识,从充电桩的PG头沿着枪线到车辆充电口。
图6 绝缘检测涉及到的充电桩和车辆之间的线路
实际上,图示的回路是一个“断路”,并没有构成回路。需要设计一个H桥电路,检测出DC+、DC-和PE的阻抗,如图7所示是H桥电路的实现原理。
图7 绝缘检测电路的实现原理
绝缘检测的实现过程如下:
1,软件上,检测K1、K2两侧的压差,判断确认K1、K2的状态正常,闭合K1、K2。
2,下发开机指令和电压给定指令给充电模块,充电模块空载开机。充电模块的输出电压是BHM报文中的“最高允许充电总电压”和充电模块最大输出电压的较小值。
3,闭合图5所示的H桥回路中的K+,通过AD口获得当前回路检测到的电压值; 再断开K+,闭合K-,获得第二个AD值。通过如下公式计算出两个DC+和DC-对PE得阻值。判断绝缘检测结果。
Rx=-[0.82* Vout+500.1  (VAD2-VAD1) ] /  (VAD2-1.5)
Ry=[0.82* Vout+ 500.1 (VAD2-VAD1)] /  (VAD1-1.5)
4,关闭充电模块的输出。
5,投切泄放回路; 判断泄放是否完成。
6,断开K1、K2。
特别注意,以上过程是不符合标准要求的。标准是要求充电模块先输出高压,在闭合K1、K2,但是,这样可能会有比较大的冲击电流。
深入理解绝缘检测原理,我们会发现更有趣的问题:
假设充电枪的枪线电缆两层皮都破损了,DC+的铜线裸露在外,是否能检测出绝缘检测故障呢?答案是,如果铜线没有通过水或者带水的泥土直接接触符合大地特性的地面,是检测不出来的。
人用手摸这个裸露的铜线是否会被电击呢?

交互CRM、BRM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。在收到BMS辨识报文之前,确认码=0x00; 在收到BMS辨识报文后,确认码=0xAA。
BMS 收到充电机的0x00确认码后,每隔 250ms 向充电桩控制器定期发送 BMS辨识报文 BRM(BMS Recognize Message 的意思),直到5s内收到充电机0xAA确认码为止。
BRM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、电池组序号、电池组生产日期、电池组充电次数、VIN 代码、BMS版本号,等。
充电握手辨识阶段的详细流程在27930 标准中有明确定义。


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