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传统电动汽车驱动和充电系统相互独立工作，存在充电容量小、质量体积大、成本高等问题。而驱动充电一体化系统通过将电机绕组和逆变器进行合理重构，复用于充电系统，可以实现系统轻量化和高度集成化，进一步提高系统功率密度。

山东大学电气工程学院高效能永磁电机及控制系统科研团队的王晓姬、王道涵、王柄东、王秀和在2023年第22期《电工技术学报》上撰文，对当前国内外提出的驱动充电一体化拓扑结构进行归纳总结分类，论述各类型一体化拓扑结构的工作原理、优点以及存在的主要问题。然后，针对目前驱动充电一体化系统存在的关键技术问题对电动汽车不同运行模式下的控制策略进行综述。最后，对电动汽车驱动充电一体化系统的发展趋势进行展望。

研究背景
近年来，能源短缺与环境污染问题日益严峻，新能源汽车作为一种清洁能源交通工具得到快速发展。充电系统作为电动汽车运行过程中提供能量补给的重要环节，能否方便、高效地为车载电源充电，成为制约其产业化发展的关键因素之一。
目前，电动汽车充电系统主要有两类：一类是非车载充电系统，另一类是车载充电系统。随着电动汽车电池技术的发展，对公共充电桩的依赖已显著降低，而对更加便利的私人充电桩需求日益增加。
论文所解决的问题及意义
传统车载充电系统和电机驱动系统是相互独立分别运行的，造成电动汽车体积与重量的增加，使得车载充电系统容量受到限制。有关研究将驱动系统和充电系统集成，提出“驱动充电一体化”拓扑结构，通过将驱动系统中部分器件复用于充电系统来实现功率变换器功能高度集成化，以提高车载设备的利用率并有效降低成本。

图1 传统驱动系统和充电系统

图2 驱动充电一体化系统
本文梳理了近年来各文献中提出的驱动充电一体化拓扑结构，提炼出一体化系统拓扑研究过程中仍存在的亟待解决的关键技术问题；针对当前一体化系统存在的关键技术问题对相关控制策略进行详细分析。最后，对驱动充电一体化系统及其控制策略的发展趋势进行展望。
综述要点
1. 电动汽车驱动充电一体化拓扑结构研究
对驱动充电一体化拓扑结构相关文献综述，提炼出在对其研究过程中仍存在的亟待解决的几个关键技术问题：1）系统电气隔离问题；2）电机转子振动噪声问题；3）车载电池电压与直流母线电压、电网电压匹配问题。
2. 电动汽车驱动充电一体化系统控制策略研究
1）驱动/制动运行模式下需要考虑采用优化控制策略实现电机高输出转矩和高功率密度，提高系统的功率输出能力。
2）充电/V2G运行模式下寻求相关优化控制策略以提高充电效率，快速充电的同时减小电池损耗，并且可以根据电网需求，辅助电网进行电能质量调节。
研究展望
本文对其后续的研究与发展方向展望如下：
1）为了满足便携性及经济性的要求，需尽量减少附件元器件与部件的数量，降低系统制造成本。同时，一体化拓扑结构应尽可能简单，避免系统中机械开关失灵造成的设备故障及损耗问题，以提高系统可靠性。
2）为了更好地处理车载电池与直流母线电压匹配问题，需要构建双级式拓扑，挖掘新的电机结构用于驱动充电一体化系统中，设计具有两套独立绕组的双凸极电磁电机或者混合励磁电机等，将成为一个持续发展的研究方向。
3）为了实现电动汽车安全、可靠充电运行，设计特殊电机结构并将电机绕组进行重构成为旋转变压器，但充电模式下系统的可靠性与电气隔离部分能量转换效率及损耗问题需要被考虑。
4）针对充电过程中电机转子振动噪声问题，采用零转矩控制和电流均衡控制是目前的主要研究方向，针对特殊电机结构一体化系统中电机绕组复用于旋转变压器过程中振动噪声的研究也将是未来发展的研究热点。
随着电动汽车技术的不断发展，驱动充电一体化系统设计已成为必然趋势，未来的研究工作中充分考虑器件高效复用功能的同时，考虑整个系统能量利用效率的综合优化设计也将成为该研究领域进一步突破与发展的关键。
团队介绍

研究人员隶属于山东大学电气工程学院高效能永磁电机及控制系统科研团队，该文通讯作者王道涵教授，博士生导师，齐鲁青年学者特聘教授、山东省杰出青年基金获得者、山东大学“杰出中青年学者”、仲英青年学者，担任“高速电动微动力系统”山东大学青年交叉科学创新群体牵头人，“新能源发电和高能效能量转换”山东省高等学校青年创新人才团队负责人。先后主持国家自然科学基金项目和山东省杰出青年科学基金等科研项目20余项。以第一/通讯作者发表论文70余篇，以第一发明人授权国家发明专利37项。

王晓姬

博士研究生，主要研究方向为电动汽车驱动系统设计与控制。

王道涵

教授，博士生导师，主要从事高性能永磁电机基础共性问题、新能源发电装备、高速特种电驱动系统、长行程大推力直驱牵引推进装备等基础理论研究和工程应用研发。

王柄东

博士研究生，主要研究方向为永磁电机系统的设计、优化与控制。

王秀和

教授，博士生导师，国务院政府特殊津贴专家，山东省有突出贡献的中青年专家，教育部新世纪优秀人才，山东省永磁电机工程技术研究中心主任。

本工作成果发表在2023年第22期《电工技术学报》，论文标题为“电动汽车驱动/充电一体化系统及其控制策略综述”。本课题得到国家自然科学基金项目和深圳市科技计划项目的支持。

引用本文

王晓姬, 王道涵, 王柄东, 王秀和. 电动汽车驱动/充电一体化系统及其控制策略综述[J]. 电工技术学报, 2023, 38(22): 5940-5958. Wang Xiaoji, Wang Daohan, Wang Bingdong, Wang Xiuhe. A Review of Drive-Charging Integrated Systems and Control Strategies for Electric Vehicles. Transactions of China Electrotechnical Society, 2023, 38(22): 5940-5958.