跟着现代高新技能的开展和当今世界环境、动力两大难题的日益突出，电力驱动车辆又成为轿车工业研讨、开发和运用的热门。世界各国从20 世纪80年代开端，掀起了大规模的开发电动轿车的高潮。但电动轿车的市场化一向遭到一些关键技能的困扰。其间，比较突出的一个问题便是保证电动轿车电池组安全、高效、用户友爱、结实、性价比高的充电技能。
1 充电技能
电动轿车电池充电是电动轿车投入市场前，有必要处理的关键技能之一。电动轿车电池充电一般选用两种根本办法：触摸式充电和感应耦合式充电。
触摸式充电
触摸式充电方法选用传统的触摸器，运用者把充电源接头衔接到轿车上。其典型示例如图1所示。这种方法的缺点是：导体暴露在外面，不安全。并且会因屡次插拔操作，引起机械磨损，导致触摸松动，不能有用传输电能。
图1 触摸式充电示意图
感应耦合式充电
感应耦合式充电方法，即充电源和轿车接受设备之间不选用直接电触摸的方法，而选用由别离的高频变压器组合而成，经过感应耦合，无触摸式地传输能量。选用感应耦合式充电方法，能够处理触摸式充电方法的缺点。
图2给出电动轿车感应耦合充电体系的简化功率流图。图中，输入电网交流电经过整流后，经过高频逆变环节，经电缆传输经过感应耦合器后，传送到电动轿车输入端，再经过整流滤波环节，给电动轿车车载蓄电池充电。
图2 EV感应耦合充电体系简化功率流图
感应耦合充电方法还可进一步规划成无须人员介入的全自动充电方法。即感应耦合器的磁耦合设备原副边之间分隔更大间隔，充电源安装在某一固定地址，一旦轿车停靠在这一固定区域方位上，就能够无触摸式地接受充电源的能量，完成感应充电，然后无须轿车用户或充电站作业人员的介入，完成了全自动充电。
2 感应耦合充电规范—SAE J-1773
为完成电动轿车市场化，美国轿车工程协会依据体系要求，拟定了相应的规范。其间，针对电动轿车的充电器，拟定了SAE J-1772和SAE J-1773两种充电规范，别离对应于触摸式充电方法和感应耦合充电方法。电动轿车充电体系制造商在规划研发及出产电动轿车充电器中，有必要契合这些规范。
SAE J-1773规范给出了对美国境内电动轿车感应充电耦合器最小实践尺度及电气功用的要求。
充电耦合器由两部分组成：耦合器和轿车插座。其组合适当于作业在80～300kHz频率之间的原副边别离的变压器。
关于感应耦合式电动轿车充电，SAEJ-1773引荐选用三种充电方法，如表1所示。关于不同的充电方法，充电器的规划也会相应地不同。其间，最常用的方法是家用充电方法，充电器功率为6.6kW，更高功率级的充电器一般用于充电站等场合。
依据SAE J-1773规范，感应耦合器能够用图3所示的等效电路模型来表明。
图3 感应耦合器等效电路模型
变压器原副边别离，具有较大的气隙，归于松耦合磁件，磁化电感相对较小，在规划改换器时，有必要充分考虑这一较小磁化电感对电路规划的影响。
在规划中仍须考虑功率传输电缆。虽然SAE J-1773规范中没有列入这一项，但在实践规划中有必要考虑功率传输电缆的体积、分量和等效电路。因为传输电缆的尺度主要与传输电流的等级有关，因此，减小充电电流能够相应地减小电缆尺度。为了使电缆功率损耗最小，能够选用同轴电缆，在作业频率段进行优化。此外，电缆会引进附加阻抗，增大变压器的等效漏感，在功率级的规划中，有必要考虑其影响。关于5m长的同轴电缆，典型的电阻和电感值为：Rcable=30mΩ；Lcable=0.5～1μH。
3 对感应耦合充电改换器的要求
依据SAE J-1773规范给出的感应耦合器等效电路，衔接电缆和电池负载的特性，能够得出感应耦合充电改换器应当满意以下规划规范。
电流源高频链
感应耦合充电改换器的副边滤波电路安装在电动轿车上，因此，滤波环节选用容性滤波电路将简化车载电路，然后减轻整个电动轿车的分量。关于容性滤波环节，改换器应当为高频电流源特性。此外，这种电流源型电路对改换器作业频率改变和功率等级改变的灵敏程度相对较小，因此，比较简单一起考虑三种充电形式进行电路规划。并且，副边选用容性滤波电路，副边二极管无须选用过压箝位办法。
主开关器材的软开关
感应耦合充电改换器的高频化能够减小感应耦合器及车载滤波元件的体积分量，完成电源体系的小型化。但跟着频率的不断增高，选用硬开关作业方法的改换器，其开关损耗将大大增高，下降了改换器功率。因此，为了完成更高频率、更高功率级的充电，有必要保证主开关器材的软开关，减小开关损耗。
恒频或窄频率改变规模作业
感应耦合充电改换器作业于恒频或窄频率改变规模有利于磁性元件及滤波电容的优化规划，一起，有必要防止作业在无线电带宽，严格控制这个区域的电磁搅扰。关于变频作业，轻载对应高频作业，重载对应低频作业，有利于不同负载情况下的功率共同。
输入单位功率因数
感应耦合充电改换器作业在高频，会对电网形成谐波污染。感应充电技能要得到大众认可，取得广泛运用，有必要采纳有用办法，如功率因数校对或无功补偿等技能，约束电动轿车感应耦合充电改换器进入电网的总谐波量。就现在而言，充电改换器有必要满意IEEE519？1992规范或相似的规范。要满意这些规范，加大了感应耦合充电改换器输入部分及整机的杂乱程度，增加了本钱。并且，依据不同充电等级要求，感应耦合充电改换器能够挑选两级结构（前级为PFC＋后级为充电器电路）或PFC功用与充电功用一体化的单级电路。
4 改换器拓扑挑选
依据SAE J-1773给出的感应耦合器等效电路元件值，及上述的规划考虑，这儿对适用于三种不同充电形式的改换器拓扑进行了调查。
如图2所示，电动轿车车载部分包含感应耦合器的插孔部分及AC/DC整流及容性滤波电路。首要，对直接衔接电容滤波的整流电路进行调查。合适选用的整流方法有半波整流，中心抽头全波整流及全桥整流。其间，半波整流对变压器的利用率低；全波整流需求副边为中心抽头衔接的两个绕组，增加了车载电路的分量和体积；全桥整流对变压器利用率高，比较合适用于这种场合。
图4给出依据以上考虑的感应耦合充电改换器原理框图。图中，输出整流选用全桥整流电路，输出滤波器选用%&&&&&%滤波，输入端选用了PFC电路以约束进入电网的总谐波量不会超支，这儿选用的是独自规划的PFC级。低功率时，PFC也可与主充电改换器合为带PFC功用的一体化充电电路。
图4 感应耦合充电改换器原理框图
如前所述，充电器规划中很重要的一个考虑是感应耦合器匝比的合理选取。为使规划规范化，按3种充电形式规划的感应耦合充电改换器都有必要能够选用相同的电动轿车插座。约束充电器高频变压器副边匝数的要素包含功率规模宽，电气规划约束和机械规划约束。典型的耦合器规划其副边匝数为4匝。关于低充电等级，一般选用1∶1的匝比，关于高充电等级，一般选用2∶1的匝比。
关于30kW·h以内的储能才能，随充电状况不同，电动轿车电池电压在DC 200～450V规模内改变，改换器拓扑应当能够在这一电池电压改变规模内供给所需的充电电流。
5 充电形式
这是电动轿车的一种应急充电形式，充电较慢。按这种形式规划的充电器一般随电动轿车带着，在没有规范充电器的情况下运用，然后有必要体积小，分量轻，并且本钱低。依据这些要求，可选用单级高功率因数改换器，下降整机体积，分量，下降本钱，取得较高的整机功率。图5给出一种备选计划：两个开关管的阻隔式 Boost改换器。在不选用辅佐开关时，单级Boost级电路供给PFC功用并调理输出电压。当输入电压为AC 120V时，输入电压峰值为170V，因为变压器副边匝数为4匝，输出电压的调理规模为DC 200～400V，因此变压器能够选用1∶1的匝比，原边绕组均选用4匝线圈。典型的电压电流波形如图6所示。
图5 两个开关管的阻隔式Boost改换器
图6 电压电流波形
当原边开关管S1及S2均注册时，能量贮存在输入滤波电感中，一起输出整流管处于关断态。当开关管S1及S2中任一个开关管关断时，贮存能量经过原边绕组传输到副边。因为改换器的对称作业，变压器磁通得以复位平衡。
为使输入电感伏秒积平衡，有必要满意（1）
Vinmax≤
VB（1－Dmin） （1）
假定变压器匝比为1∶1，最大输入电压为170V，则输出电压为DC 200V时占空比为0.15，输出电压为DC 475V时占空比为0.5。如图5所示，主开关管上的电压应力为2VB。当输出电压为DC 400V时，开关管电压应力是DC 800V，这一电压应力适当高。并且，因为传输电缆和感应耦合器的漏感，器材电压应力可能会更高。为了约束器材最大电压应力，能够选用图5所示的无损吸收电路。但无论是在哪种情况下，都有必要选用1200V电压定额的器材。因高耐压的MOSFET的导通电阻较高，导通损耗就会很大。因此，要考虑选用低导通压降的高压IGBT。但IGBT器材开关损耗也约束了开关频率的进步。
开关管的均匀电流为
ISavg=
ILavg （2）
关于1.5kW功率等级，输入电流有用值为15A，均匀开关电流是13A，峰值电流为22A，需求电流定额至少为30A的开关器材。虽然这个计划供给了比较简单的单级功率改换，但也存在一些缺点，如半导体器材接受的电压应力较高、输出电压调理功用差，输出电流纹波大。
为了下降器材的开关损耗，能够选用图5所示的软开关电路。给MOSFET规划的关断延时保证了IGBT的ZVS关断。在电流上升形式中，MOSFET分管了输出滤波电流，其电压应力为IGBT的一半。然后，能够选用600V的器材。一起，因关断损耗的下降，开关频率得以进步。
另一个下降器材电压定额的计划是选用两级改换结构。前级PFC校对环节能够选用带有软开关功用的Boost改换器，答应高频作业。后级DC/DC功率改换级，能够选用半桥串联谐振改换器，供给高频电流链。图7给出了适用于充电形式的两级功率改换电路结构图。
图7 充电形式选用的两级功率改换电路结构
若输入电网电压是AC 115V，为了下降DC/DC改换器的电流定额，输出电压能够提升到DC 450V。这样Boost级功率开关管能够选用500～600V的MOSFET，半桥改换器的开关器材能够选用300～400V的MOSFET。因为选用半桥作业，感应耦合器能够选用1∶2的匝比。若原边绕组为4匝，则副边绕组为8匝。Boost开关管的电流定额是30A，而半桥改换器开关管的电流定额是 20A。
修改点评：本文依据SAEJ-1773对感应耦合器的规则，对电动轿车供电电池的充电器进行了评论。给出了充电形式的电路拓扑剖析图，最终给出了别离合适于不同充电等级的备选改换器拓扑计划。
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