Ориентированный на транспорт изолированный преобразователь взаимодействия энергии для автомобиль-автомобиль

Делиться энергией в дороге

Представьте, что у вашего электромобиля заканчивается заряд на пустой трассе, и поблизости нет ни одной зарядной станции. Вместо того чтобы ждать эвакуатор, что если другой электромобиль мог бы безопасно одолжить вам часть своей энергии — как прикуривание у бензиновой машины, но быстрее, чище и полностью управляемо? В этой статье рассматривается именно такая идея: портативный бокс, который позволяет одному электромобилю быстро зарядить другой, снимая тревогу по пробегу и снижая зависимость от стационарных зарядных точек.

Портативный мост между двумя автомобилями

Авторы предлагают компактный «преобразователь взаимодействия энергии», который устанавливается между двумя припаркованными электромобилями. Один автомобиль выступает поставщиком энергии, другой — потребителем. Поскольку реальные машины используют разные напряжения батарей и должны оставаться электрически изолированными друг от друга, преобразователь должен повышать напряжение, обеспечивать передачу мощности в обоих направлениях и предоставлять надежную изоляцию, чтобы неисправности в одном автомобиле не повредили другой. Для удовлетворения этих требований исследователи построили преобразователь на основе схемы с двойным активным мостом (DAB) — конструкции, использующей высокочастотный трансформатор и электронные ключи для эффективной и безопасной передачи энергии между двумя отдельными постоянными источниками.

Как заставить сложную схему вести себя предсказуемо

Хотя конструкция DAB мощна и гибка, ею непросто управлять на практике. Небольшие временные щели, добавляемые для защиты ключей, отклонения в производстве индуктивностей и конденсаторов, температурные изменения и резкие сдвиги нагрузки могут сместить выходное напряжение от заданного значения. Традиционные методы управления нужно перенастраивать при изменении стратегии коммутации и обычно предполагают почти идеальные компоненты, что увеличивает стоимость. Авторы решают эту проблему, по‑новому подходя к моделированию преобразователя. Вместо прямого управления временным сдвигом между двумя сторонами трансформатора — что делает уравнения сильно нелинейными — они сначала разрабатывают более простую модель на основе тока, а затем переводят требуемый ток в соответствующий временной сдвиг. Такое разделение делает систему проще для настройки и гибче в разных режимах работы.

Стратегия управления, которая учится на возмущениях

Чтобы поддерживать стабильное выходное напряжение даже при несовершенных компонентах или изменяющихся условиях, команда применяет подход, называемый оценкой неопределённостей и помех (UDE). Проще говоря, контроллер предполагает, что все неизвестные ему факторы — ошибки компонентов, задержки вычислений в цифровом контроллере, внешние электрические помехи и внезапные изменения нагрузки — можно сгруппировать в единый «термин помехи». UDE непрерывно оценивает эту суммарную помеху по измеряемым токам и напряжениям и затем активно компенсирует её. Кроме того, исследователи добавляют интегральное действие — математический способ накопления малых ошибок во времени — чтобы любое оставшееся расхождение между желаемым и фактическим напряжением в стационарных условиях постепенно стремилось к нулю.

Тестирование на реальных автомобилях и в суровых условиях

С помощью компьютерного моделирования авторы тестируют свою конструкцию с напряжениями батарей, соответствующими популярным малым электромобилям в Китае, таким как HongGuang MINIEV, BaoJun E‑series, Chery QQ IceCream и BYD QinEV. Они исследуют требовательные сценарии: большие отклонения параметров компонентов, изменения входного и выходного напряжения, резкие скачки нагрузки, разные состояния заряда и даже смену направления зарядки. Во всех случаях выходное напряжение преобразователя возвращается к целевому значению в течение нескольких сотых секунды и остаётся стабильным. Команда также собрала физический прототип примерно размера небольшой коробки с инструментами, способный передавать до 5 киловатт, и сравнила контроллер на базе UDE со стандартным пропорционально‑интегральным (PI) контроллером и ещё одним продвинутым методом. Новый подход быстрее восстанавливается после возмущений и демонстрирует меньшие перерегулирования, при этом допускает использование более дешёвых компонентов.

Что это значит для обычных водителей

Для неспециалистов ключевая мысль такова: эта работа приближает идею быстрой зарядки автомобиль‑к‑автомобилю к повседневной реальности. Комбинируя безопасную изолированную конструкцию преобразователя с методом управления, который автоматически компенсирует несовершенства и изменяющиеся условия, авторы демонстрируют, что один электромобиль может надёжно и быстро подзарядить другой без опоры на плотную сеть быстрых зарядных станций. Если такие устройства появятся на рынке, водителям придётся меньше волноваться о том, чтобы остаться с низким зарядом, парки смогут гибче распределять энергию, а портативные V2V‑зарядные устройства даже смогут продавать сохранённую электроэнергию в часы пиковых цен — и всё это с компактным, эффективным и доступным оборудованием.

Цитирование: Jia, W., Wang, R., Wei, Z. et al. Transportation-oriented isolated type energy interaction converter for vehicle-to-vehicle. Sci Rep 16, 11419 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41368-8

Ключевые слова: зарядка автомобиль‑к‑автомобилю, электромобили, DC DC преобразователь, управление силовой электроникой, беспокойство о запасе хода