特别致谢
暨南大学
新能源电力电子研究团队
论文题目：The Hybrid Transformer with Battery Storage Integration for Electrical Vehicle Ultra-Fast Charging
作者：郭焕、熊麒、黎晨、周明宇
期刊名称：IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics
影响因子：4.9
引用格式：Guo H, Xiong Q, Li C, et al. The Hybrid Transformer with Battery Storage Integration for Electrical Vehicle Ultra-Fast Charging[J]. IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, 2024.
展开剩余90%论文链接：https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/10677353/authors#full-text-header
论文解说暨南大学新能源电力电子研究团队提出了一种用于电动汽车超快充电的HT与BS集成电路，并对其工作原理和性能进行了分析。
HT柜包含两个变流器单元、一个三绕组变压器和一个DSP控制器。每个变流器单元包括一个三相桥、一个电抗器和一个交流滤波器。此外还有两个双向直流电源和一个双向交流电源，分别与三个端口相连，利用LMG671分析仪测量效率。
该设备变流单元基于功率器件MOSFET模块NTH4L020N120SC1和控制器TMS320F28335搭建（均产自南京研旭电气科技有限公司），可以分别实现变流单元低损耗高频开关以及双核高速通信等功能，并实现设备单元及端口的定电压与定功率控制。同时，该设备还具有单元复用、部分功率处理以及与交流电网协调等功能，基于该设备完成了系统效率测试、谐波分析以及电力调度等多个项目实验。
学术报告摘要在电动汽车（EV）充电站中集成蓄电池（BS）可以减轻对电网的冲击并提高充电容量。本文针对超快充电站（UFCS），提出了一种具有部分功率处理（PPP）功能、变换单元复用、与交流电网协调、与蓄电池集成的混合变压器（HT）。首先介绍了所提出的电路和工作原理，然后讨论了参数设计和性能分析。与典型配置相比，在获得规定的充电容量时，总的变换器容量是显著减少的；同时由于PPP效应和简单的配置， HT的效率明显提高了。通过理论计算、仿真分析与实验验证，200kW HT装置的最高效率可达98.2%，高于变换器单元最高效率98%；同时，变换器总容量仅为396kW，最大功率变换为380kW，远低于其他配置。此外，充电站内交流功率变化的速率和幅度都得到了显著的缓解，充电容量得到了极大的提高。
HT实验装置背景超快充电站（UFCS）是克服电动汽车（EV）充电和续航里程限制的一种很有前途的解决方案。然而，大功率间歇充电会对电网造成严重影响。在充电站中集成电池存储（BS）可以减轻影响并提高充电容量。
UFCS的充电容量可以达到兆瓦级，从中压电网获取电力是一种实用的解决方案。常用的两种配置为PAC和PDC。与PAC相比，PDC使用更少的转换级，从而提高了效率。然而，由于直流系统的惯性小，极其易受到干扰。通常需要在ac-dc和dc-dc转换器之间协调，以稳定母线电压并减轻间歇性充电所造成的影响。
(a) PAC
(b) PDC
研究现状目前，集成EV与BS的HT并未研究，同时现有的HT也不具备PPP功能。因此提出一种具有PPP功能和BS集成的新型HT，用于电动汽车超快充电，具有一定的研究与实用意义！
论文贡献贡献一：提出了一种基于AC/DC变换器和储能电池集成，且具有PPP功能的混合变压器拓扑，可广泛用于电动汽车的超快充电。
贡献二:所提出的混合变压器拓扑，一定程度上优化了总变换器的额定容量，提高了装置的运行效率，改善了对电网功率波动的缓解性能。
贡献三:推导了混合变压器处理功率比（PPR）的解析表达式，揭示了该拓扑超快充电技术的工作原理和PPP效应。
研究内容结果与展望本文提出了一种用于电动汽车超快充电的HT与BS集成电路，并对其工作原理和性能进行了分析。主要研究结果总结如下：1) HT具有用于AC-DC和DC-DC转换的PPP功能，单元2的多路复用，以及与交流保护的协调，这些功能可有效实现高性能超快充电。2)与其他典型配置相比，HT可大幅降低获得规定充电容量所需的总转换器容量，从而降低成本。由于HT具有PPP功能，且转换级较少，因此效率也得到了提高。3)在通信缓慢和控制协调简单的基础上，研究了站级操作的影响，结果表明，接入基站后，交流功率变化的速率和幅值均得到明显抑制，对电网的影响得到了很大程度的缓解，充电容量得到了很大的提高。
站场级控制的重点是抑制功率波动。缓解影响与经济运行之间的权衡可能是提高综合绩效的下一步。仿真和实验结果验证了该方法的有效性，具有一定的发展和应用前景。
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