面向交通的隔离式能量交互转换器用于车对车

在路上共享能量

想象一下你的电动车在偏僻的高速公路上电量耗尽，附近看不到充电站。与其等待拖车，不如让另一辆附近的电动车安全地借给你一些能量——类似于给汽油车搭电，但更快、更清洁且完全受控？本文正是探讨这个想法：一种便携式箱体，能让一辆电动车快速为另一辆充电，缓解续航焦虑，减少对固定充电站的依赖。

连接两辆车的便携“桥梁”

作者提出了一种紧凑的“能量交互转换器”，可放置在两辆停靠的电动车之间。一辆车作为能量供给方，另一辆为接收方。由于实际车辆使用不同的电池电压，且必须在电气上相互隔离以保证安全，转换器需要提升电压、处理双向功率流动，并提供强隔离，以防一车的故障影响另一车。为满足这些要求，研究人员以双有源桥（DAB）电路为核心设计该转换器，这种设计使用高频变压器和电子开关在两个独立的直流侧之间高效且安全地传输功率。

让复杂电路表现可预测

尽管 DAB 设计功能强大且灵活，但在实际控制上也颇具挑战。为了保护开关而加入的小空隙、电感和电容的生产容差、温度变化以及负载的突变等，都会使输出电压偏离目标。传统控制方法在切换策略变化时需要重新整定，且通常假定部件接近理想，从而推高成本。作者通过重新思考转换器的建模来应对这一点。他们不是直接控制变压器两侧间的时序移位（这会使数学模型高度非线性），而是先设计一个更简单的基于电流的模型，然后将期望电流转换为合适的时序。这种分离使系统更易整定，并在不同工作模式下更具适应性。

能从扰动中学习的控制策略

为在部件不完美或工况变化时保持输出电压稳定，团队采用了一种称为不确定性与扰动估计器（UDE）的方法。简单来说，控制器将其无法精确知道的一切——部件误差、数字控制器的计算延迟、外部电气噪声以及突发负载变化——归结为一个整体的“扰动”项。UDE 从测量的电流和电压中持续估计该集合扰动，并主动予以补偿。在此之上，研究人员还加入了积分动作，一种随时间积累小误差的数学手段，以便在稳态下将期望与实际电压之间的残余偏差逐步驱至零。

在逼真车辆和苛刻工况下的测试

通过仿真，作者用与中国流行小型电动车（如宏光 MINIEV、宝骏 E 系、奇瑞 QQ 冰淇淋和比亚迪秦 EV）相匹配的电池电压测试他们的设计。他们探索了苛刻情形：部件参数的大幅误差、输入输出电压变化、负载的突变、不同的电荷状态，甚至充放电方向的反转。在所有情形下，转换器的输出电压都能在几百分之一秒内回到目标并保持稳定。团队还制造了约手提工具箱大小的实体原型，最大传输功率达 5 千瓦，并将其 UDE 控制器与典型的比例—积分（PI）控制器及另一种先进方法进行了对比。新方法在扰动恢复速度上更快、过冲更小，同时能容忍成本更低的部件。

对普通驾驶者意味着什么

对非专业读者而言，关键结论是这项工作使车对车快速充电的想法更接近日常现实。通过将安全的隔离转换器设计与能自动补偿不完美与变化工况的控制方法结合，作者证明了一辆电动车可以在不依赖密集快充网络的情况下可靠且快速地为另一辆充电。如果此类设备进入市场，司机被低电量抛锚的担忧会减少，车队能更灵活地共享能量，便携式 V2V 充电器甚至可以在高峰时段出售储存的电能——而且所用硬件紧凑、高效且更具成本效益。

引用: 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

关键词: 车对车充电, 电动汽车, DC DC 转换器, 电力电子控制, 续航焦虑