V2G充電機拓撲結構綜述

張宇探

V2G充電機拓撲結構綜述

張宇探1,2

(1.國創(chuàng)新能源汽車智慧能源裝備創(chuàng)新中心(江蘇)有限公司, 江蘇 常州 213000；2.萬幫數(shù)字能源股份有限公司，江蘇 常州 213000)

通過應用車輛到電網(wǎng)(V2G)技術，電動汽車可以作為電網(wǎng)的負載，也可以作為分布式儲能單元。雙向充電機是電動汽車與電網(wǎng)間V2G的接口。綜述了適用于V2G的雙向充電機的電力電子拓撲結構。這些拓撲結構根據(jù)變換器級數(shù)可以被劃分為兩部分：單級式雙向充電機和多級式雙向充電機。前者僅包含交流/直流變換級，近年來受到學術界和工業(yè)界的廣泛關注。后者是目前常用的結構，主要包含交流/直流變換級和直流/直流變換級，也可以根據(jù)需求增加其他級。最后總結V2G充電機的現(xiàn)狀和未來發(fā)展趨勢。

電動汽車；電力電子；車輛到電網(wǎng)；雙向充電機；交流/直流變換器；直流/直流變換器

0 引言

電動汽車近年來得到了大力推動和發(fā)展。相對燃油汽車，電動汽車有如下幾點優(yōu)點：首先，電動汽車使用電能作為能量來源，因此動力結構相對燃油機更加簡單，需要的保養(yǎng)更少，能量轉換效率更高。并且，剎車時的能量可以被電動汽車的動力結構回收，提高了能量利用率。其次，電能是最便于生產(chǎn)、遠距離傳輸、利用的能源，因此作為水能、風能、太陽能等環(huán)保能源生產(chǎn)利用的中間能源介質。燃油車只能使用化石燃料作為能量來源，因此無法通過電能來利用新能源。同時會排放出尾氣污染環(huán)境。而電動汽車使用電能作為能量來源，可以充分利用這些環(huán)保能源。從國家安全考慮，很多國家對進口化石能源有很大的依賴性，并且相當一部分用于燃油汽車。電動汽車的發(fā)展可以減少化石能源的使用，進而大幅提高國家能源安全[1-2]。出于以上原因，很多國家出臺了各種政策來推行電動汽車的發(fā)展和普及[3-4]。

盡管電動汽車有很多優(yōu)點，但是普及電動汽車仍面臨諸多挑戰(zhàn)。這些挑戰(zhàn)可以劃分為兩個方面：電動汽車內部和電動汽車外部[5-7]。

從電動汽車內部考慮，用于提供驅動電機運行能量的儲能電池的重量、體積、價格都較高，并且有充電循環(huán)壽命的問題[8]。充電速度過快，會加快電池壽命的衰減。一般在短里程或非緊急情況時，車主會使用小功率充電機在空閑時進行長時間充電，減小電池壽命的損耗。但是在長里程或緊急情況下，電動汽車需要快速充電。如果采用小功率充電樁，電動汽車充電補能的速度較慢，會引發(fā)車主的里程焦慮。因此在這種情況下，電池需要快充充電機來進行充電，從而減少等待時間。充電速度更快的充電機意味著更大的充電功率，會產(chǎn)生更大的功率耗散引發(fā)溫升，對充電機散熱提出嚴苛的要求。車身內部的散熱空間和散熱條件都較為有限，因此快充充電機更適合放在車體外部，采用直流充電的方式直接接入車載電池進行充電。

從電動汽車外部考慮，電動汽車充電會給電網(wǎng)帶來巨大的負荷[9]。即使僅考慮慢充，如果有大量的電動汽車集中在同一個時間段進行充電，電網(wǎng)的峰值負荷、電壓穩(wěn)定性等都會受到巨大影響。通過升級電網(wǎng)系統(tǒng)可以明顯改善這些問題，但是成本會非常高。為了盡可能避免或減少升級電網(wǎng)系統(tǒng)的成本，很多論文提出了各種方法[10-12]。通過電動汽車按時間順序有序充電，來平衡用電負荷，可以減緩電網(wǎng)運行壓力。在電網(wǎng)負荷處于峰值時，車載電池通過充電機放電饋網(wǎng)；在電網(wǎng)負荷處于谷值時，電網(wǎng)通過充電機給車載電池充電，實現(xiàn)削峰填谷的效果。因此，如果需要實現(xiàn)V2G，充電機需要具備饋網(wǎng)和充電兩種功能，即可以雙向運行。

雙向充電機需要高功率密度、高可靠性、低成本等特性。從安全角度考慮，雙向充電機需要具備隔離特性，因此本文中僅考慮變壓器隔離型雙向充電機。隔離型雙向充電機可以按照級數(shù)可以分為兩種類型：單級型和多級型。多級型拓撲結構由交流-直流(AC-DC)級、直流-直流(DC-DC)級和其他級組成，一般有高容值直流母線電容和濾波電容進行功率緩沖[13-14]。

本文對若干具備雙向運行能力的充電機的拓撲結構進行了回顧和比較。這些拓撲結構可以滿足V2G的需求。在第一部分和第二部分中，拓撲結構被分類為單級型結構和多級型結構分別進行討論。單級型結構會按照矩陣式和非矩陣式進行分類。多級型結構的整流/逆變級(AC-DC)、直流變換級(DC-DC)、其他級會分別進行討論。本文在第三部分中會對現(xiàn)狀和未來趨勢進行分析和展望。最后部分是結論。

1 單級型拓撲結構

單級型拓撲結構[15-22]不分AC-DC和DC-DC級，主電路中也不包含高容值直流母線電容，因此體積較小，重量較輕，魯棒性較好。缺點是沒有母線電容做功率緩沖，因此輸出電流會有很大的正弦波動，并且正弦波動的功率會給開關管和變壓器帶來額外的損耗，減少開關管壽命。除此之外，由于僅有一級，因此控制自由度較小。

1.1 非矩陣式拓撲

非矩陣式拓撲由于每個橋臂的電壓不能工作在四個象限，因此需要電壓折疊部分將交流電壓的負半周電壓折疊成正電壓，母線電容的電壓降在零至交流電壓峰值間波動。交流側功率因數(shù)和輸出電壓由輸出控制部分控制，因此策略較為復雜。

圖1 單級型拓撲結構示意圖

如圖2所示，該拓撲結構[16]通過四個開關管S1、S2、S3、S4折疊交流電壓，并通過雙有源橋控制交流側功率因數(shù)和輸出電壓。該拓撲結構的功率因數(shù)高、磁元件少。

如圖3所示，該拓撲結構[17]適合應用于三相交流電網(wǎng)。與文獻[16]的區(qū)別是交流電壓折疊部分是三相中點鉗位結構。

圖2 單相單級型非矩陣式拓撲結構

圖3 三相單級型非矩陣式拓撲結構

如圖4所示，該拓撲結構[19]是三相模塊化結構，同樣適合應用于三相交流電網(wǎng)。

應用于三相電網(wǎng)的雙向充電機的電池端直流輸入/輸出電流紋波頻率高，幅值相對單相較小。但是三相電壓的電壓折疊和交流測功率因數(shù)控制相較單相更為困難，所用的開關管數(shù)量也更多。

1.2 矩陣式拓撲結構

矩陣式拓撲結構控制開關管對(如圖4中的S1、S2)的通斷，可以使橋臂四象限工作，即交流側承受正負電壓，并且能量可以雙向流通，因此很適合在單級型雙向充電機中使用。但是矩陣式拓撲結構的控制相對復雜，開關管和反并聯(lián)二極管導通損耗大。

圖4 三相單級型非矩陣式拓撲結構2

圖4中的單相矩陣式拓撲結構[20]通過矩陣橋臂開關管S1、S2的通斷，在交流電壓的正負半周對交流電流和輸出電流進行控制。電容C1、C2和電感L1、L2用于對輸入電流和輸出電流進行濾波。該拓撲結構開關管數(shù)量少，成本低。

如圖5所示的三相矩陣式拓撲結構[22]與圖4中的單相矩陣式拓撲結構類似。差別在于交流輸入側電壓由單相改變?yōu)槿?，輸出功率波動頻率更高(六倍工頻)，幅值更小。缺點是需要更多的開關管，價格更高。

圖5 單相單級型矩陣式拓撲結構

2 多級型拓撲結構

多級型拓撲結構中最常見的是兩級型拓撲結構，如圖7所示。兩級型拓撲結構主要由AC-DC和DC-DC兩個功率級組成，兩級之間并聯(lián)高容值的直流母線電容(電解電容)和高頻濾波電容(薄膜電容)。多級型拓撲結構還可以包含其他功率級，例如有源功率解耦級。直流母線電容的主要作用是緩沖輸入側傳遞的二倍頻功率波動。通過控制，大部分二倍頻功率波動會被母線電容吸收，因此直流側電流較為平滑。并且，由于AC-DC級與DC-DC級的控制幾乎沒有耦合關系，所以控制自由度更高。缺點是直流母線電容體積大，且可靠性相對薄膜電容較差。

圖6 三相單級型矩陣式拓撲結構

2.1 AC-DC級

AC-DC級的主要作用是提供雙向的直流功率傳輸，并對交流側進行功率因數(shù)矯正[23]。目前雙向充電機最常用的AC-DC是圖騰柱式變換器。

如圖8所示，圖騰柱式變換器是應用范圍非常廣泛的雙向AC-DC拓撲結構[24-25]。該變換器通過控制兩橋臂的開通關斷，矯正交流側電流的功率因數(shù)，并控制輸出電容C1的電壓。通過調節(jié)開關管的開關次序，即可實現(xiàn)整流/逆變模式的切換，具有結構簡單、功率因數(shù)高、魯棒性好等優(yōu)點。

圖8 單相圖騰柱式變換器

如圖9所示，三相功率因數(shù)矯正器適合應用在三相雙向充電機中[26]。與圖騰柱變換器結構和工作模式類似。值得注意的是，由于功率因數(shù)矯正器的輸出電流紋波頻率更高(六倍工頻)，幅值更小，因此需要的直流母線電容更小，在可靠性和功率密度方面有較大優(yōu)勢。圖騰柱式變換器和三相功率因數(shù)矯正器的主要缺點是開關管硬開關，導致較大的開關損耗的電磁干擾(EMI)。硬開關問題可以通過輔助諧振換流極電路解決，但需要增加開關管和諧振電感，并且控制較為困難。

圖9 三相圖騰柱式變換器

過去，多電平變換器主要用于高電壓高功率設備。但是隨著功率半導體，尤其是寬禁帶半導體器件如GaN體積和成本的下降，很多研究都表明在低壓設備中使用多電平拓撲可以大幅降低變換器的磁件體積，提高功率密度和效率[27-28]。

如圖10所示，一個N電平的模塊化多電平變換器(MMC)的輸出紋波頻率為開關頻率2N倍，因此可以極大地減小濾波電感的體積，提升功率密度。此外，通過采用性能表征(FoM)更好的低壓開關管，MMC可以實現(xiàn)比兩電平變換器更高的效率[29]。目前應用的主要難題是開關管和驅動成本過高且控制復雜。

圖10 模塊化多電平變換器

2.2 DC-DC級

應用較為廣泛的雙向DC-DC變換器有雙有源橋[30]、串聯(lián)諧振變換器[31]、CLLC變換器[32]等。如圖11所示，傳統(tǒng)的雙有源橋變換器通過原副邊橋臂的單移相控制(SPS)，結構簡單、頻率固定、體積小、魯棒性好、動態(tài)特性好。但是雙有源橋在輕載和輸入輸出電壓不匹配時導通和關斷損耗較大、容易丟失軟開關。通過雙移相(EPS)[33]、擴展移相(DPS)[34]、三移相(TPS)[35]等控制方法可以一定程度減輕這些問題，但控制相對復雜，并且受寄生參數(shù)、元器件散差等影響較大。如圖12所示，串聯(lián)諧振作為雙向變換器需要變頻和移相控制[31]，控制策略相對復雜。但串聯(lián)諧振變換器峰值效率高、損耗小、調頻范圍窄、功率密度高，因此被應用于臺達等公司的車載充電機產(chǎn)品中。如圖13所示，CLLC拓撲結構也被用于雙向充電機中，通過調頻可以實現(xiàn)全功率、電壓范圍的軟開關[32]。但由于電池電壓變化范圍較大，CLLC拓撲結構常需要輔以移相控制，以限制輕載時的調頻范圍。CLLC拓撲結構的寬變頻控制決定了其變壓器需要按照最低頻率和最高功率進行設計，并且由于對諧振參數(shù)精度敏感，諧振電感無法集成，導致電容、電感、變壓器成本較高，體積較大。

圖11 雙有源橋

Fig. 11 Dual active bridge

圖12 串聯(lián)諧振變換器

圖13 CLLC諧振變換器

2.3 有源功率解耦級

為了吸收電網(wǎng)側的二倍頻功率波動，解決直流母線電容體積大的問題，可以在兩級型拓撲結構的基礎上，增加使用有源功率解耦(Active Power Decoupling)拓撲[36]。有源功率解耦器有很多形式，可以在交流側、母線側、直流側使用。如圖14所示是一種應用相對廣泛的有源功率解耦器，并聯(lián)在AC-DC級和DC-DC級之間或輸出級之間，替代直流母線電容，從而大幅減小電容需要的容值和體積，十分適合高功率密度場合。缺點是成本較高且有開關損耗。

圖14 一種包含有源功率解耦的多級拓撲結構示意圖

3 現(xiàn)狀與未來趨勢

目前充電機的主流拓撲結構還是以單向為主，原因是單向結構控制簡單、成本低、可靠性高。但隨著V2G的不斷推廣，雙向充電機的市場份額在持續(xù)擴大。如果未來V2G得到全面普及，雙向充電機會替代單向充電機占據(jù)主流。

綜合來看，V2G雙向充電機拓撲結構未來可能會有如下幾種趨勢：

1) 隨著電池電壓和能量密度不斷提升，價格不斷下降，充電機的充放電功率需求也會持續(xù)上升。功率提升要求充電機有更高的功率密度、更高的效率、更低的損耗，也對拓撲結構改進提出需求。由于磁件體積和成本的限制，多電平變換器等對磁件依賴小的拓撲結構可能會是潛在的技術趨勢。

2) 寬禁帶半導體器件的發(fā)展，也給充電機帶來新的機遇。寬禁帶半導體(SiC、GaN)器件耐壓高、損耗小、體積小，非常適合應用在需要高功率密度低損耗的場合?？梢灶A見未來的充電機會大量使用寬禁帶半導體器件。寬禁帶半導體器件開關損耗(尤其是關斷損耗)極低，因此未來拓撲結構會著重于開關頻率提升和軟開通的實現(xiàn)。

3) V2G饋網(wǎng)的工作曲線和電池充電不同，更多的工況集中在低功率段。為了保證V2G的饋網(wǎng)效率，低功率下依然有高效率的拓撲結構可能會更加受到青睞。

4) V2G技術也對充電機的穩(wěn)定性和可靠性提出了更高的要求。由于電池能量需要饋網(wǎng)，充電機需要有足夠的穩(wěn)定性和可靠性，才能確保饋網(wǎng)電流干凈穩(wěn)定，不會對電網(wǎng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。

4 結論

本文對適用于V2G的充電機的拓撲結構進行系統(tǒng)的綜述，并總結了現(xiàn)狀和未來的發(fā)展趨勢。目前市場上多級型雙向充電機已經(jīng)較為成熟，拓撲選擇范圍也相對小。而單級型充電機目前主要處于學術研究階段，尚未市場化。技術尚未成熟導致單級型充電機拓撲結構很多，目前還沒有優(yōu)勢特別突出的結構。但考慮到單級型充電機小體積、高功率密度、無電解電容等優(yōu)秀特性，未來會得到越來越多的關注和商業(yè)化應用。結合正弦充電、脈沖充電等新的充電方式，可以有效利用單級型充電機的輸出電流紋波。此外，隨著寬禁帶半導體價格逐漸下降、集成化程度逐漸提高，適合使用寬禁帶半導體的拓撲結構也會更多的得到關注。最后，由于磁件體積和成本較高，多電平變換器也會成為未來研究的方向。

[1] XUE F, YU R, HUANG A Q. A 98.3% Efficient GaN isolated bidirectional DCDC converter for DC microgrid energy storage system applications[J]. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2017, 64(11): 9094-9103.

[2] EVERTSJ, KRISMER F, KEYBUS J V D, et al. Comparative evaluation of soft-switching, bidirectional, isolated AC/DC converter topologies[C] // 2012 Twenty- Seventh Annual IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC), 2012, Orlando, FL, USA: 1067-1074.

[3] MILLER J F, HOWELL D. The EV everywhere grand challenge[C] // 2013 World Electric Vehicle Symposium and Exhibition (EVS27), 2013, Barcelona, Spain: 1-6.

[4] ZHANG X, YANG J, SUN B, et al. Study on the policy of new energy vehicles in China[C] // 2009 IEEE Vehicle Power and Propulsion Conference, 2009, Dearborn, MI, USA: 35-40.

[5] 王彪, 尹霞. 實時電價下含V2G功能的電動汽車理性充放電模型及其分析[J]. 電力系統(tǒng)保護與控制, 2016, 44(24): 90-96.

WANG Biao, YIN Xia. Modeling and analysis on the rational charging and discharging of electric vehicle with V2G function under real-time prices[J]. Power System Protection and Control, 2016, 44(24): 90-96.

[6] 王鑫, 周步祥, 唐浩. 考慮用戶因素的電動汽車有序充放電控制策略[J]. 電力系統(tǒng)保護與控制, 2018, 46(4): 129-137.

WANG Xin, ZHOU Buxiang, TANG Hao. A coordinated charging/discharging strategy for electric vehicles considering customers’ factors[J]. Power System Protection and Control, 2018, 46(4): 129-137.

[7] 劉輝, 魏巖巖, 汪旎, 等. 電動汽車入網(wǎng)一次調頻控制策略研究[J]. 電力系統(tǒng)保護與控制, 2015, 43(23): 90-95.

LIU Hui, WEI Yanyan, WANG Ni, et al. V2G control for EVs participating in primary frequency regulation[J]. Power System Protection and Control, 2015, 43(23): 90-95.

[8] ZOU C, HU X, WEI Z, et al. Electrochemical estimation and control for lithium-ion battery health-aware fast charging[J]. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2018, 65(8): 6635-6645.

[9] SASSI H B, ERRAHIMI F, ESSBAI N, et al. V2G and wireless V2G concepts: state of the art and current challenges[C] // 2019 International Conference on Wireless Technologies, Embedded and Intelligent Systems (WITS), 2019, Fez, Morocco: 1-5.

[10] LIU C, CHAU K T, WU D, et al. Opportunities and challenges of vehicle-to-home, vehicle-to-vehicle, and vehicle-to-grid technologies[J]. Proceedings of the IEEE, 2013, 101(11): 2409-2427.

[11] YILMAZ M, KREIN P T. Review of the impact of vehicle-to-grid technologies on distribution systems and utility interfaces[J]. IEEE Transactions on Power Electronics, 2013, 28(12): 5673-5689.

[12] MONTEIROV, PINTO J G, AFONSO J L. Operation modes for the electric vehicle in smart grids and smart homes: present and proposed modes[J]. IEEE Transactions on Vehicular Technology, 2016, 65(3): 1007-1020.

[13] YILMAZ M, KREIN P T. Review of battery charger topologies, charging power levels, and infrastructure for plug-in electric and hybrid vehicles[J]. IEEE Transactions on Power Electronics, 2013, 28(5): 2151-2169.

[14] KHALIGH A, D'ANTONIO M. Global trends in high-power on-board chargers for electric vehicles[J]. IEEE Transactions on Vehicular Technology, 2019, 68(4): 3306-3324.

[15] VAISHNAV S N, KRISHNASWAMI H. Single-stage isolated bi-directional converter topology using high frequency AC link for charging and V2G applications of PHEV[C] // 2011 IEEE Vehicle Power and Propulsion Conference, 2011, Chicago, IL, USA: 1-4.

[16] EVERTS J, KRISMER F, KEYBUS J V D, et al. Optimal ZVS modulation of single-phase single-stage bidirectional DAB AC–DC converters[J]. IEEE Transactions on Power Electronics, 2014, 29(8): 3954-3970.

[17] LU J, BAI K, TAYLOR A R, et al. A modular-designed three-phase high-efficiency high-power-density EV battery charger using dual/triple-phase-shift control[J]. IEEE Transactions on Power Electronics, 2018, 33(9): 8091-8100.

[18] GU L, PENG K. A single-stage fault-tolerant three-phase bidirectional AC/DC converter with symmetric high-frequency Y-Δ connected transformers[J]. IEEE Transactions on Power Electronics, 2020, 35(9): 9226-9237.

[19] CHEN W W, ZANE R, CORRADINI L. Isolated bidirectional grid-tied three-phase AC–DC power conversion using series-resonant converter modules and a three-phase unfolder[J]. IEEE Transactions on Power Electronics, 2017, 32(12): 9001-9012.

[20] LU J, JAUCH F, BIELA J, et al. Single-phase single-stage bidirectional isolated ZVS AC-DC converter with PFC[C] // 2012 15th International Power Electronics and Motion Control Conference (EPE/PEMC), 2012, Novi Sad, USA: 1-8.

[21] TAYEBI S M, XU W, WANG H, et al. A single-stage isolated resonant SiC DC/AC inverter for efficient high-power applications[C] // 2020 IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC), 2020, New Orleans, LA, USA: 399-404.

[22] VARAJAO D, MIRANDA L M, ARAUJO R E. AC/DC converter with three to single phase matrix converter, full-bridge AC/DC converter and HF transformer, International Patent Application WO2 016 024 223[P]. 2016-02-18.

[23] SINGH B, SINGH B N, CHANDRA A, et al. A review of single-phase improved power quality AC-DC converters[J]. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2003, 50(5): 962-981.

[24] HUBER L, JANG Y, JOVANOVIC M M. Performance evaluation of bridgeless PFC boost rectifiers[J]. IEEE Transactions on Power Electronics, 2008, 23(3): 1381-1390.

[25] TANG Y, DING W, KHALIGH A. A bridgeless totem-pole interleaved PFC converter for plug-in electric vehicles[C] // 2016 IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC), 2016, Long Beach, CA, USA: 440-445.

[26] WANG X, JIANG C, LEI B, et al. Power-loss analysis and efficiency maximization of a silicon-carbide MOSFET- based three-phase 10-kW bidirectional EV charger using variable-DC-bus control[J]. IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, 2016, 4(3): 880-892.

[27] ASHOURLOO M, ZAMAN M S, NASR M, et al. Opportunities for leveraging low-voltage GaN devices in modular multi-level converters for electric-vehicle charging applications[C] // 2018 International Power Electronics Conference (IPEC-Niigata 2018 -ECCE Asia), May 20-24, 2018, Niigata, Japan.

[28] PALLO N, CODAY S, SCHAADT J, et al. A 10-level flying capacitor multi-level dual-interleaved power module for scalable and power-dense electric drives[C] // 2020 IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC), 2020, New Orleans, LA, USA: 893-898.

[29] OLIVEIRA E D, ARAUJO S, DOMBERT B, et al. Onboard battery chargers in electric cars: benchmarking a novel 5-level hybrid converter with a full SiC-based approach[C] // PCIM Europe 2014, International Exhibition and Conference for Power Electronics, Intelligent Motion, Renewable Energy and Energy Management, 2014, Nuremberg, Germany.

[30] DE DONCKER R W A A, DIVAN D M, KHERALUWALA M H. A three-phase soft-switched high-power-density DC/DC converter for high-power applications[J]. IEEE Transactions on Industry Applications, 1991, 27(1): 63-73.

[31] LIU G, JANG Y, JOVANOVI? M M, et al. Implementation of a 3.3-kW DC-DC converter for EV on-board charger employing the series-resonant converter with reduced- frequency-range control[J]. IEEE Transactions on Power Electronics, 2017, 32(6): 4168-4184.

[32] LI B, LI Q, LEE F C, et al. A high-efficiency high-density wide-band gap device-based bidirectional on-board charger[J]. IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, 2018, 6(3): 1627-1636.

[33] BAI H, MI C. Eliminate reactive power and increase system efficiency of isolated bidirectional dual-active-bridge DC-DC converters using novel dual-phase-shift control[J]. IEEE Transactions on Power Electronics, 2008, 23(6): 2905-2914.

[34] OGGIER G G, GARCíA G O, OLIVA A R. Switching control strategy to minimize dual active bridge converter losses[J]. IEEE Transactions on Power Electronics, 2009, 24(7): 1826-1838.

[35] HUANG J, WANG Y, LI Z, et al. Unified triple-phase-shift control to minimize current stress and achieve full soft-switching of isolated bidirectional DC-DC converter[J]. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2016, 63(7): 4169-4179.

[36] SUN Y, LIU Y, SU M, et al. Review of active power decoupling topologies in single-phase systems[J]. IEEE Transactions on Power Electronics, 2016, 31(7): 4778-4794.

Review of charger topologies for vehicle-to-grid technologies

ZHANG Yutan1, 2

(1. NEV Smart Energy Equipment Innovation Center Co., Ltd., Changzhou 213000, China;2. Wanbang Digital Energy Co., Ltd., Changzhou 213000, China)

Electric Vehicle can behave either as leads or as a distributed energy resource via vehicle-to-grid technologies. Bidirectional charger is the interface between electric vehicle and grid. In this paper, power electronics topologies of bidirectional charger for V2G are reviewed. These topologies could be grouped in single-stage or multiple-stage type. The former only contains an AC-DC stage, are studied from both industry and academia. The latter is the current state-of-the-art, consists of AC-DC stage, DC-DC stage and others depending on the demand. Finally, the development situation and trend of bidirectional charger for V2G are summarized.

electric vehicle; power electronics; vehicle-to-grid; bidirectional charger; AC-DC converter; DC-DC converter

2018-09-11；

2018-11-24

通信作者，碩士，研究方向為電力電子技術與電力傳動等。E-mail: yutan.zhang@ wanbangauto.com