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的王晓姬、王道涵等，首先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。

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，并获得广泛关注。纯电动汽车以蓄电池和驱动电机构成系统动力来源，技术成熟且成本低，拥有巨大的发展优势。然而，作为电动汽车运行过程中提供能量补给的重要环节，充电系统是其重要的基础支撑系统。能否方便、高效地为车载电源充电，成为制约电动汽车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。

非车载充电系统通常集成在充电桩及大型充电机内，安装在停车场、车库等固定场所，其充电功率一般在50 kW以上，以直流电输出方式为主，充电速度快，但存在基础设施投资大和需要特别维护等问题，并且由于需要较大充电功率，还需要重视对电网的保护。

车载充电系统通常直接安装在电动汽车上，当电动汽车接入三相或者单相交流电后，借助车载充电系统将交流电转换为直流电，充电功率等级较低，但其充电所需时间较长，一般适用于汽车闲置状态下充电。并且由于车载充电系统内部存在大量电力电子器件，容易造成电网输入电流波形畸变、功率因数降低等问题，需要加入功率因数校正（PFC）模块。

随着电动汽车电池技术的发展，电动汽车的续航里程不断增加，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。采用直流快充方式需要建造大量充电桩，占用大量土地面积且造价昂贵。同时，大规模直流充电站对充电技术和充电安全性要求相对较高，大多在白天运行，进一步加重了电网的运行负担。而交流慢充式的私人充电桩一般在夜间充电，一定程度上缓解了电网压力。

此外，采用车载充电系统可以针对车载电源特性进行专门设计，充电功率和充电电流小，减小对车载电源的损耗，可以很好地完善能源管理系统。因此，交流慢充式的车载充电系统是缓解电动汽车充电问题的有效解决方案。

虽然车载充电系统能够使电动汽车不再依赖充电桩，充电更加方便，但是目前大多数电动汽车中驱动和充电系统是相互独立分别运行的，会造成电动汽车体积与质量的增加，使得车载充电系统容量受到限制[10]。为了解决这一问题，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。

目前，国内外研究人员已提出了不同类型的驱动充电一体化拓扑结构，在实现车载充电系统性能方面各有差异。山东大学电气工程学院的学者介绍了驱动充电一体化系统的结构及其发展历程，在已有研究的基础上，梳理了近年来各文献中提出的驱动充电一体化拓扑结构，并对其进行分类和总结，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。

他们指出，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，在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。

电动汽车驱动充电一体化系统将传统驱动系统中变换器和电机绕组等部件在充电系统中重新使用，可以节省成本，减轻汽车体积与质量，是提高电动汽车功率密度的主要趋势之一。目前，电动汽车驱动充电一体化系统作为一项前瞻性的创新技术，仍有许多关键问题亟待解决。

未来，电动汽车驱动充电一体化系统依旧是一大研究热点，研究者对其后续的研究与发展方向展望如下：

（1）由于电动汽车驱动系统和充电系统在使用周期上是独立的，并且驱动系统通常是针对高功率设计的，复用于充电系统可以增加充电功率。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）传统充电系统采用单级式拓扑，结构简单，但需要并联大电容在AC-DC变换器直流侧，对保护电路要求较高。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，第一级为AC-DC变换器负责整流和功率因数校正，第二级为DC-DC变换器负责电压匹配。因此，挖掘新的电机结构用于驱动充电一体化系统中，设计有关文献中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，往往需要在车载电源与交流电网之间加入电气隔离，加入额外的设备如隔离式DC-DC变换器或隔离变压器均会带来系统体积成本增加的问题，通过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同样可以实现充电系统中电气隔离，但充电模式下系统的可靠性与电气隔离部分的能量转换效率及损耗问题，都将是一体化系统未来的研究热点。

（4）电动汽车一体化系统充电过程中流经电机绕组的电流会产生电磁转矩，因此，充电模式下需要将电机转子机械固定，使其停转，而磁场在带有凸极性的转子磁导作用下易产生感生电压畸变，会带来严重的振动噪声问题，同时涡流损耗和磁滞损耗也会增大，引发磁钢发热问题。

目前，大多数学者针对一体化系统充电模式下零转矩控制进行研究，同时对充电模式下电机绕组电感值不等问题进行电流均衡控制；另外，采用特殊电机结构在充电模式下，将电机绕组复用于起电气隔离作用的旋转变压器时，通过保证电机转子与两套绕组电气量同步，即始终保持同步旋转，也可以减少电机振动噪声。上述两种一体化系统拓扑设计与控制研究也是未来发展的一个研究热点。

（5）目前，对电动汽车驱动充电一体化系统的研究大多停留在拓扑结构改进，以及驱动模式下电机性能、充电/V2G模式下零转矩控制和单位功率因数控制等相关控制策略的设计等方面。而对电动汽车制动模式下一体化系统进行能量回收再利用的相关研究较少。此外，由于电动汽车运行工况复杂多变，系统运行模式随机切换，研究其在一个运行周期内的系统运行效率也是一种研究方向。

电动汽车电动和驱动模式下，对负载能量进行实时跟踪、储能元件能量检测以及采用混合能源系统进行能量动态分配研究，实现系统能量利用效率提升；充电和V2G模式下，根据混合能源系统充放电效率进行控制优化，辅助电网进行电能质量调节，但需要注意的问题是，在实现充电/V2G模式下效率最优控制的同时还需保证驱动模式下电机性能。另外，还可通过设计多目标能量效率优化控制策略，以电动汽车多种运行模式下系统运行效率为优化目标，从而实现一个完整运行周期内的电源系统能量利用效率最优。

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。