随着经济的持续发展,我国汽车尤其是燃油汽车保有量大幅增加,然而这不仅加大了国家对石油进口的依赖性,同时还带来了如雾霾等全国性的环境污染问题。为此,我国以及其他国家和地区已经将发展新能源汽车,尤其是电动汽车作为国家发展战略,并相继提出了明确的燃油汽车禁售时间表。此外,随着智能电网和能源互联网的建设和发展,电动汽车作为一种分布式储能设备,通过V2G(Vehicleto Grid)技术将成为能源互联网的重要组成部分,发挥其储能、用能、调峰的多元作用,优化电力系统运行,也为消费者参与到电力市场交易中提供了契机。新能源汽车中,插电式混合电动汽车(Plug-in Hybrid Electric Vehicle,PHEV)既可以工作在纯电动状态,满足低碳绿色的环保需求,又因其具备一套完整的燃油动力系统,可以减少传统纯电动汽车带来的“里程忧虑”,在当前国内充电设施尚不完善的阶段,可很好的作为纯电动汽车取代燃油汽车过程中的过渡产品。然而,大部分的PHEV都包括AC/DC、DC/AC、DC/DC等多个独立的变换器,以及成本较高且独立工作的电池管理系统(Battery Management System,BMS),因此不利于整车的一体化、轻量化设计。本文介绍了目前应用、研究较多的电动汽车驱动与充电一体化拓扑及控制策略,对比了多种BMS的电池核电状态(State of Charge,SOC)均衡方法,提出了用于混联式PHEV的基于背靠背模块化多电平变换器(Back-to-Back Modular Multilevel Converter,BMMC)一体化拓扑结构(以下称为BMMC-PHEV),集成了多种充电功能以及驱动模式,并能够在无需额外电路的情况下,实现各种工作状态下的动力电池SOC均衡控制。本文所提的一体化拓扑有利于车辆一体化设计,对新一代电动汽车功率变换技术的发展具有重要的理论意义和应用价值。本文重点介绍了 BMMC-PHEV的拓扑结构以及工作原理。首先文章分析了一体化拓扑用于电机驱动以及外接单相交流电源充电时的功率流向,由于子模块采用半桥结构,拓扑中桥臂电压具有单极性的特点,当集成在子模块的动力电池由外部单相交流电源充电时,流过桥臂的交流电流与桥臂电压会在半个工频周期内产生吸收功率为负的情况,即动力电池向单相交流电源能量回馈的过程,这一过程不但增加了电池的损耗,还在一定程度上增加了电源的无功负荷,为解决这一问题,本文提出了适用于BMMC-PHEV工作在单相交流充电状态下的桥臂电流半波充电方法,并在传统的载波相移调制方法的基础上进行了相应的改进。其次,文章利用BMMC-PHEV本身的结构和特点,设计了层次化电池SOC均衡控制策略,并与单相交流充电控制以及电动机单独运行的电机控制相结合,构成多环控制系统,实现了一体化拓扑外接充电、电机驱动以及BMS中电池SOC均衡等多种控制的集成。为了验证文中一体化拓扑的理论可行性以及相应控制策略的有效性,本文利用Simulink仿真环境以及RT-LAB平台搭建了模型,其中利用两台RT-LAB分别作为主电路与控制器,通过各自I/O端口连接,模拟硬件在环实验。结果证实了一体化拓扑的可行性以及控制策略的有效性。