直流充电桩的泄放电路【充电桩科普系列之十二】

关于直流充电桩的泄放电路，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中有如下文字说明：

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。

因此，在充电流程的六个阶段中，充电模块开机两次，关机两次。在充电握手阶段，充电模块第一次开机，执行绝缘检测功能; 在充电阶段，充电模块第二次开机，充电桩进入到“预充电”状态。两次开机都是空载开机。在充电握手阶段，绝缘检测结束后，充电模块关机，泄放电路工作; 在充电结束阶段，充电结束后，泄放电路再次工作。

在2016年之前，泄放电路是在充电模块的外部实现的，在充电桩的结构上要固定一个比较大的铝壳电阻，如图1所示。充电控制器在判断绝缘检测和充电流程结束后，将泄放电路上的接触器闭合，充电模块的输出电压和泄放电阻构成回路，充电模块的电压迅速降低。在接触器闭合持续1秒或更长时间后，再将接触器断开。

图1

在18487的附录 B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。

图2 直流充电控制导引电路原理图

2017年之后的充电模块都内置了泄放电路。只要充电模块收到关机指令，就关PWM，并投切泄放电路。直接用三极管代替了接触器，用贴片电阻代替了铝壳电阻。对三极管的控制由DC/DC的控制单元（DSP或ARM）实现的。泄放电阻是和充电模块的正负极接在一起的，如果DSP或ARM的参考地和充电模块的负极不是同一个参考地，控制信号和泄放电阻之间需要通过光耦隔离。贴片电阻能承受的功率很小，需要很多个电阻进行串联和并联。如果选型不当，在1秒时间内可能就被烧坏。

由于充电模块本身有待机功耗，在充电结束后，如果没有投切泄放电路，充电模块的输出电压也会下降到安全电压，但是很难做到在1秒以内。我们测试了某款充电模块，输出电压从750V 降低到 60V，需要大约 61s，如图3所示。从 500V 降低到 60V，只需要 53s。从 750V 降低到200V 的时间只需要 10s。

图3 在没有泄放电路的情况下，充电模块输出电压的下降过程

基于上述这款充电模块关机后的特点，如果没有泄放，在 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。加上了泄放电路，1s 之内将电压降到 60V ，就没有对人体造成电击伤害的可能了。事实上，充电结束后再拔枪，时间远远超过了53s。

60V作为安全电压的依据是：一般情况下，8－10mA以下的工频电流，50mA以下的直流电流可以当作人体允许的安全电流，但这些电流长时间通过人体也是有危险的（人体通电时间越长，电阻会越小）。在装有防止触电的保护装置的场合，人体允许的工频电流约30mA。在空中，可能因造成严重二次事故的场合，人体允许的工频电流应按不引起强烈痉挛的5毫安考虑。人体的平均电阻是2000欧姆，60V电压对应的电流就是30mA。

标准中提出，“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”。为什么？这一点是比较难以理解的。

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、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？

在做绝缘检测时，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电路之后，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产生较大冲击电流。

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。

因此，难以理解，为何没有泄放电路可能会对电池负载产生电压冲击的 ？

问题可能在于：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。