電動汽車充電器電路拓撲(一)

m.photographerstories.com 來源：電源技術(shù)應(yīng)用　　　電動車商情網(wǎng) 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(jù)SAEJ1773對感應(yīng)耦合器設(shè)計標準的規(guī)定，及不同的充電模式，給出了多種備選設(shè)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(qū)動系統(tǒng)上，曾使用過電力驅(qū)動系統(tǒng)，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(yōu)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(guān)鍵技術(shù)的困擾，以及燃油車的發(fā)展，100年來電動汽車的開發(fā)一直受到限制。隨著現(xiàn)代高新技術(shù)的發(fā)展和當今世界(Mondi)環(huán)境、能源兩大難題的日益突出，電力驅(qū)動車輛又成為汽車工業(yè)研究、開發(fā)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(guī)模的開發(fā)電動汽車的高潮。但電動汽車的市場(Rialto)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(shù)。 1 充電技術(shù) 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(guān)鍵技術(shù)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(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(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，通過感應(yīng)耦合，無接觸式地傳輸能量。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。輸入電網(wǎng)交流電經(jīng)過整流后，通過高頻逆變環(huán)節(jié)，經(jīng)電纜傳輸通過感應(yīng)耦合器后，傳送到電動汽車輸入端，再經(jīng)過整流濾波環(huán)節(jié)，給電動汽車車載蓄電池充電。感應(yīng)耦合充電方式還可進一步設(shè)計成無須人員介入的全自動充電方式。即感應(yīng)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�？吭谶@一固定區(qū)域位置上，就可以無接觸式地接受充電源的能量，實現(xiàn)感應(yīng)充電，從而無須汽車用戶或充電站工作人員的介入，實現(xiàn)了全自動充電。 2 感應(yīng)耦合充電標準—SAE J-1773 為實現(xiàn)電動汽車市場(Rialto)化，美國汽車工程協(xié)會根據(jù)系統(tǒng)要求，制定了相應(yīng)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(yīng)于接觸式充電方式和感應(yīng)耦合充電方式。電動汽車充電系統(tǒng)制造商在設(shè)計研制及生產(chǎn)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(nèi)電動汽車感應(yīng)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(yīng)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(shè)計也會相應(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(shè)計變換器時，必須充分考慮這一較小磁化電感對電路設(shè)計的影響。在設(shè)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(shè)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(guān)，因而，減小充電電流可以相應(yīng)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(yōu)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(shè)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。