隨著現(xiàn)代高新技術的發(fā)展和當今世界環(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。

　　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。

　　圖1 接觸式充電示意圖

　　 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。

　　圖2給出電動汽車感應耦合充電系統(tǒng)的簡化功率流圖。圖中，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。

　　圖2 EV感應耦合充電系統(tǒng)簡化功率流圖

　　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?？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 感應耦合充電標準—SAE J-1773

　　為實現(xiàn)電動汽車市場化，美國汽車工程協(xié)會根據(jù)系統(tǒng)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(tǒng)制造商在設計研制及生產(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，SAEJ-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。

　　根據(jù)SAE J-1773標準，感應耦合器可以用圖3所示的等效電路模型來表示。

　　圖3 感應耦合器等效電路模型

　　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(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。

　　3 對感應耦合充電變換器的要求

　　根據(jù)SAE J-1773標準給出的感應耦合器等效電路，連接電纜和電池負載的特性，可以得出感應耦合充電變換器應當滿足以下設計標準。

　　電流源高頻鏈

　　感應耦合充電變換器的副邊濾波電路安裝在電動汽車上，因而，濾波環(huán)節(jié)采用容性濾波電路將簡化車載電路，從而減輕整個電動汽車的重量。對于容性濾波環(huán)節(jié)，變換器應當為高頻電流源特性。此外，這種電流源型電路對變換器工作頻率變化和功率等級變化的敏感程度相對較小，因而，比較容易同時考慮三種充電模式進行電路設計。而且，副邊采用容性濾波電路，副邊二極管無須采用過壓箝位措施。

　　主開關器件的軟開關

　　感應耦合充電變換器的高頻化可以減小感應耦合器及車載濾波元件的體積重量，實現(xiàn)電源系統(tǒng)的小型化。但隨著頻率的不斷增高，采用硬開關工作方式的變換器，其開關損耗將大大增高，降低了變換器效率。因而，為了實現(xiàn)更高頻率、更高功率級的充電，必須保證主開關器件的軟開關，減小開關損耗。

　　恒頻或窄頻率變化范圍工作

　　感應耦合充電變換器工作于恒頻或窄頻率變化范圍有利于磁性元件及濾波電容的優(yōu)化設計，同時，必須避免工作在無線電帶寬，嚴格控制這個區(qū)域的電磁干擾。對于變頻工作，輕載對應高頻工作，重載對應低頻工作，有利于不同負載情況下的效率一致。

　　 輸入單位功率因數(shù)

　　感應耦合充電變換器工作在高頻，會對電網(wǎng)造成諧波污染。感應充電技術要得到公眾認可，獲得廣泛使用，必須采取有效措施，如功率因數(shù)校正或無功補償?shù)燃夹g，限制電動汽車感應耦合充電變換器進入電網(wǎng)的總諧波量。就目前而言，充電變換器必須滿足IEEE519？1992標準或類似的標準。要滿足這些標準，加大了感應耦合充電變換器輸入部分及整機的復雜程度，增加了成本。而且，根據(jù)不同充電等級要求，感應耦合充電變換器可以選擇兩級結構（前級為PFC＋后級為充電器電路）或PFC功能與充電功能一體化的單級電路。