電動(dòng)汽車充電器電路拓?fù)涞脑O(shè)計(jì)考慮

摘要：對(duì)電動(dòng)汽車車載電池的充電器進(jìn)行了討論。根據(jù)SAE J1773對(duì)感應(yīng)耦合器設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，及不同的充電模式，給出了多種備選設(shè)計(jì)方案，并針對(duì)不同的充電模式、充電等級(jí)，給出了最適合的電路http://butianyuan.cn/article/197511.htm

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車；充電器；0 引言

早在20世紀(jì)初期，在歐洲和美國(guó)的轎車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)上，曾使用過(guò)電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，當(dāng)時(shí)的電動(dòng)車已取代了昔日的馬車和自行車成為主要交通工具。電動(dòng)汽車所具有的舒適、干凈、無(wú)噪聲，污染很小等優(yōu)點(diǎn)曾一度使人們認(rèn)為這將是交通工具的一個(gè)巨大革新。但由于當(dāng)時(shí)電池等關(guān)鍵技術(shù)的困擾，以及燃油車的發(fā)展，100年來(lái)電動(dòng)汽車的開(kāi)發(fā)一直受到限制。

隨著現(xiàn)代高新技術(shù)的發(fā)展和當(dāng)今世界環(huán)境、能源兩大難題的日益突出，電力驅(qū)動(dòng)車輛又成為汽車工業(yè)研究、開(kāi)發(fā)和使用的熱點(diǎn)。世界各國(guó)從20世紀(jì)80年代開(kāi)始，掀起了大規(guī)模的開(kāi)發(fā)電動(dòng)汽車的高潮。但電動(dòng)汽車的市場(chǎng)化一直受到一些關(guān)鍵技術(shù)的困擾。其中，比較突出的一個(gè)問(wèn)題就是確保電動(dòng)汽車電池組安全、高效、用戶友好、牢固、性價(jià)比高的充電技術(shù)[1][2]。

1 充電技術(shù)

電動(dòng)汽車電池充電是電動(dòng)汽車投入市場(chǎng)前，必須解決的關(guān)鍵技術(shù)之一。電動(dòng)汽車電池充電一般采用兩種基本方法：接觸式充電和感應(yīng)耦合式充電。

1.1 接觸式充電

接觸式充電方式采用傳統(tǒng)的接觸器，使用者把充電源接頭連接到汽車上。其典型示例如圖1所示。這種方式的缺陷是：導(dǎo)體裸露在外面，不安全。而且會(huì)因多次插拔操作，引起機(jī)械磨損，導(dǎo)致接觸松動(dòng)，不能有效傳輸電能。

圖1 接觸式充電示意圖

1.2 感應(yīng)耦合式充電

感應(yīng)耦合式充電方式，即充電源和汽車接受裝置之間不采用直接電接觸的方式，而采用由分離的高頻變壓器組合而成，通過(guò)感應(yīng)耦合，無(wú)接觸式地傳輸能量。采用感應(yīng)耦合式充電方式，可以解決接觸式充電方式的缺陷[3][4]。

圖2給出電動(dòng)汽車感應(yīng)耦合充電系統(tǒng)的簡(jiǎn)化功率流圖。圖中，輸入電網(wǎng)交流電經(jīng)過(guò)整流后，通過(guò)高頻逆變環(huán)節(jié)，經(jīng)電纜傳輸通過(guò)感應(yīng)耦合器后，傳送到電動(dòng)汽車輸入端，再經(jīng)過(guò)整流濾波環(huán)節(jié)，給電動(dòng)汽車車載蓄電池充電。

圖2 EV感應(yīng)耦合充電系統(tǒng)簡(jiǎn)化功率流圖

感應(yīng)耦合充電方式還可進(jìn)一步設(shè)計(jì)成無(wú)須人員介入的全自動(dòng)充電方式。即感應(yīng)耦合器的磁耦合裝置原副邊之間分開(kāi)更大距離，充電源安裝在某一固定地點(diǎn)，一旦汽車停靠在這一固定區(qū)域位置上，就可以無(wú)接觸式地接受充電源的能量，實(shí)現(xiàn)感應(yīng)充電，從而無(wú)須汽車用戶或充電站工作人員的介入，實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)充電。

2 感應(yīng)耦合充電標(biāo)準(zhǔn)—SAE J-1773

為實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車市場(chǎng)化，美國(guó)汽車工程協(xié)會(huì)根據(jù)系統(tǒng)要求，制定了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。其中，針對(duì)電動(dòng)汽車的充電器，制定了SAE J-1772和SAE J-1773兩種充電標(biāo)準(zhǔn)，分別對(duì)應(yīng)于接觸式充電方式和感應(yīng)耦合充電方式。電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)制造商在設(shè)計(jì)研制及生產(chǎn)電動(dòng)汽車充電器中，必須符合這些標(biāo)準(zhǔn)。

SAE J-1773標(biāo)準(zhǔn)給出了對(duì)美國(guó)境內(nèi)電動(dòng)汽車感應(yīng)充電耦合器最小實(shí)際尺寸及電氣性能的要求。

充電耦合器由兩部分組成：耦合器和汽車插座。其組合相當(dāng)于工作在80～300kHz頻率之間的原副邊分離的變壓器。

對(duì)于感應(yīng)耦合式電動(dòng)汽車充電，SAEJ-1773推薦采用三種充電方式，如表1所示。對(duì)于不同的充電方式，充電器的設(shè)計(jì)也會(huì)相應(yīng)地不同。其中，最常用的方式是家用充電方式，充電器功率為6.6kW，更高功率級(jí)的充電器一般用于充電站等場(chǎng)合。

表1 SAEJ-1773推薦采用的三種充電模式

根據(jù)SAE J-1773標(biāo)準(zhǔn)，感應(yīng)耦合器可以用圖3所示的等效電路模型來(lái)表示。對(duì)應(yīng)的元件值列于表2中。

圖3 感應(yīng)耦合器等效電路模型