電動汽車充電器電路拓撲(一)

www.sail-shipping.com 來源：電源技術應用　　　電動車商情網作者：俠名類別：電動車維修時間：2004-5-31

摘要：對電動汽車車載電池的充電器進行了討論。根據SAEJ1773對感應耦合器設計標準的規定，及不同的充電模式，給出了多種備選設計方案，并針對不同的充電模式、充電等級，給出了最適合的電路拓撲方案。早在20世紀初期，在歐洲和美國的轎車驅動系統上，曾使用過電力驅動系統，當時的電動車已取代了昔日的馬車和自行車成為主要交通工具。電動汽車所具有的舒適、干凈、無噪聲，污染很小等優點曾一度使人們認為這將是交通工具的一個巨大革新。但由于當時電池等關鍵技術的困擾，以及燃油車的發展，100年來電動汽車的開發一直受到限制。隨著現代高新技術的發展和當今世界(Mondi)環境、能源兩大難題的日益突出，電力驅動車輛又成為汽車工業研究、開發和使用的熱點。世界(Mondi)各國從20世紀80年代開始，掀起了大規模的開發電動汽車的高潮。但電動汽車的市場(Rialto)化一直受到一些關鍵技術的困擾。其中，比較突出的一個問題就是確保電動汽車電池組安全、高效、用戶友好、牢固、性價比高的充電技術。 1 充電技術電動汽車電池充電是電動汽車投入市場(Rialto)前，必須解決的關鍵技術之一。電動汽車電池充電一般采用兩種基本方法：接觸式充電和感應耦合式充電。 1.1 接觸式充電接觸式充電方式采用傳統的接觸器，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：導體裸露在外面，不安全。而且會因多次插拔操作，引起機械磨損，導致接觸松動，不能有效傳輸電能。 1.2 感應耦合式充電感應耦合式充電方式，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，通過感應耦合，無接觸式地傳輸能量。采用感應耦合式充電方式，可以解決接觸式充電方式的缺陷。輸入電網交流電經過整流后，通過高頻逆變環節，經電纜傳輸通過感應耦合器后，傳送到電動汽車輸入端，再經過整流濾波環節，給電動汽車車載蓄電池充電。感應耦合充電方式還可進一步設計成無須人員介入的全自動充電方式。即感應耦合器的磁耦合裝置原副邊之間分開更大距離，充電源安裝在某一固定地點，一旦汽車停靠在這一固定區域位置上，就可以無接觸式地接受充電源的能量，實現感應充電，從而無須汽車用戶或充電站工作人員的介入，實現了全自動充電。 2 感應耦合充電標準—SAE J-1773 為實現電動汽車市場(Rialto)化，美國汽車工程協會根據系統要求，制定了相應的標準。其中，針對電動汽車的充電器，制定了SAE J-1772和SAE J-1773兩種充電標準，分別對應于接觸式充電方式和感應耦合充電方式。電動汽車充電系統制造商在設計研制及生產電動汽車充電器中，必須符合這些標準。 SAE J-1773標準給出了對美國境內電動汽車感應充電耦合器最小實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。其組合相當于工作在80～300kHz頻率之間的原副邊分離的變壓器。對于感應耦合式電動汽車充電，SAE J-1773推薦采用三種充電方式，如表1所示。對于不同的充電方式，充電器的設計也會相應地不同。其中，最常用的方式是家用充電方式，充電器功率為6.6kW，更高功率級的充電器一般用于充電站等場合。變壓器原副邊分離，具有較大的氣隙，屬于松耦合磁件，磁化電感相對較小，在設計變換器時，必須充分考慮這一較小磁化電感對電路設計的影響。在設計中仍須考慮功率傳輸電纜。雖然SAE J-1773標準中沒有列入這一項，但在實際設計中必須考慮功率傳輸電纜的體積、重量和等效電路。由于傳輸電纜的尺寸主要與傳輸電流的等級有關，因而，減小充電電流可以相應地減小電纜尺寸。為了使電纜功率損耗最小，可以采用同軸電纜，在工作頻率段進行優化。此外，電纜會引入附加阻抗，增大變壓器的等效漏感，在功率級的設計中，必須考慮其影響。對于5m長的同軸電纜，典型的電阻和電感值為：Rcable=30mΩ；Lcable=0.5～1μH。