【摘 要】
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近年来,电动汽车作为交通领域节能减排的重要突破口受到广泛关注,其中电动汽车的车载功率转换设备成为研究热点。由于电动汽车装配空间有限,为减小车载功率转换设备的体积、重量,提高功率密度,已有一些研究将车载充电机（On-board Charger,OBC）与辅助电源模块（Auxiliary Power Module,APM）进行功能集成,称此类变换器为三端口OBC,但现有的三端口OBC集成方案存在可靠性
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近年来,电动汽车作为交通领域节能减排的重要突破口受到广泛关注,其中电动汽车的车载功率转换设备成为研究热点。由于电动汽车装配空间有限,为减小车载功率转换设备的体积、重量,提高功率密度,已有一些研究将车载充电机（On-board Charger,OBC）与辅助电源模块（Auxiliary Power Module,APM）进行功能集成,称此类变换器为三端口OBC,但现有的三端口OBC集成方案存在可靠性较低、端口间功率解耦困难、功率无法双向流动等问题。为适应更加广泛的应用场合,能量多向传输的集成三端口OBC具有一定的研究与应用价值。本文的主要研究工作与创新如下:1)针对现有的三端口OBC存在的问题,提出了一种可实现双向OBC与APM功能集成的两级式三端口OBC拓扑,前级采用双向全桥AC/DC变换器,后级采用基于多绕组变压器的集成三端口DC/DC变换器,其中直流母线侧与高压电池侧之间采用了串联谐振双有源桥（Series Resonant Dual Active Bridge,SRDAB）变换器,低压电池侧采用同步整流电路与Buck级联的拓扑。2)针对两级式三端口OBC变换器拓扑中的前级双向全桥AC/DC变换器与后级集成三端口DC/DC变换器,分别进行了拓扑结构及工作原理分析,根据实际使用需求,设计了充电机模式、逆变模式与辅助电源模式,实现了能量的多向传输。3)对前级双向全桥AC/DC变换器在不同工作模式下的控制策略进行了研究,包括功率正向传输时的有源功率因数校正电路控制与功率反向传输时的单相逆变电路控制,并对交流波形的谐波问题提出了一种单次谐波抑制策略。4)对后级集成三端口DC/DC变换器在不同工作模式下的控制策略进行了研究。充电机模式下,推导了SRDAB电路的传输功率与软开关范围的对应关系,以优化变换器整体运行效率为目标进行参数设计;逆变模式下,SRDAB电路在结构和控制上与充电机模式对称,能量反向传输;辅助电源模式下,通过嵌入Buck电路调节低压侧功率,实现端口间的功率解耦,针对APM模式下运行效率较低的问题,提出了一种可调母线电压的效率优化方案。基于MATLAB/Simulink对各模式下的结构及控制策略进行了仿真验证,最后搭建了3.3k W的样机实验平台,分别对各模式下的工作性能进行验证。实验结果表明了本文设计的合理性,证明了理论分析的正确性。
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