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双向单级式充电系统可与电网实现能量的双向流动,其结构简单、元器件数量较少、元件损耗也相对较小,适用于受体积、重量、成本限制,且对功率密度、效率要求较高的车载充电系统,但其直流侧固有的二次纹波将导致电池过热、缩短电池使用寿命。因此,研究具有纹波抑制功能的单级式车载充电系统,对车载充电系统具有重要意义。首先针对单级式车载充电系统功率双向流动的需求,选择双向AC/DC变换器作为单级式车载充电系统的主拓扑。在此基础上,分析了单级式车载充电系统的工作原理,并建立其数学模型。为实现电动汽车与电网之间的能量互动,探讨了充电系统AC/DC变换器的控制策略。针对单相单级式车载充电系统AC/DC变换器直流侧固有的二次纹波问题,对直流侧二次脉动功率解耦技术展开了研究。详细分析了直流侧二次纹波的产生机理及其对系统的影响,分析了各种类型解耦电路的优缺点,在此基础上,选择半桥有源解耦(Active Power Decoupling,APD)电路作为单级式车载充电系统的纹波处理模块。由于电解电容容值的离散性,必然导致半桥APD电路电容桥臂上下桥臂容值不等,造成半桥APD电路不对称。针对这一情况,分析了电容桥臂不对称时半桥APD电路的工作原理,通过仿真研究了半桥APD电路电容不对称对系统的影响,即在吸收二次纹波的同时产生一次纹波,并对产生一次纹波的成因进行了深入分析。在此基础上,针对电容参数不对称导致的一次纹波,提出了改进控制策略。针对现有半桥APD电路参数设计方法未考虑半桥电容与半桥电感参数的配合,进一步研究了半桥APD电路参数设计方法。为验证本文提出的半桥APD电路改进控制策略和半桥APD电路参数设计方法,建立了基于Matlab/Simulink软件平台的单级式车载充电系统仿真模型,对半桥APD电路改进控制策略和参数设计方法进行了仿真研究;为进一步验证所提改进控制策略和参数设计方法,基于半实物仿真平台dSPACE DS1005,搭建了单级式车载充电系统的硬件实验系统,进行了实验验证。仿真和实验结果验证了本文所提改进控制策略的有效性和参数设计方法的可行性。