综述：电动汽车应用中双向DC-DC转换器的能量管理与先进控制技术全面回顾

这篇综述系统分析了双向DC-DC转换器（BDC）在电动汽车（EV）中的关键作用，重点探讨了滑动模式控制（SMC）、模型预测控制（MPC）等先进控制策略的优缺点，并提出融合传统方法与机器学习（ML）的混合控制架构，为提升EV动力系统动态管理、再生制动能量回收及车网互动（V2G）能力提供了创新解决方案。

　　

双向DC-DC转换器：电动汽车的能量枢纽

作为电动汽车（EV）的核心组件，双向DC-DC转换器（BDC）实现了电池与电机之间的高效能量双向流动，支撑电压调节、再生制动能量回收及电池充电等关键功能。其性能直接影响EV的续航里程、动力响应和电网交互能力。

拓扑结构：从基础到创新

BDC可分为隔离型与非隔离型两大类。非隔离型如Buck-Boost和Cuk转换器，结构简单但电压增益有限；隔离型如全桥和半桥转换器，通过变压器实现高电压比，却面临漏感管理等挑战。近年来，基于宽禁带半导体（如SiC和GaN）的拓扑设计显著提升了开关频率和效率，而多端口模块化架构则支持电池、超级电容等多能源协同工作。

控制策略的进化之路

传统控制方法各具特色：

• 滞环控制（HC） 响应快但开关频率不稳定；

• 滑模控制（SMC） 抗干扰强却存在“抖振”问题；

• 模型预测控制（MPC） 擅长多变量优化但计算复杂。

新兴的神经网络控制（NNC）和强化学习（RL）通过数据驱动动态调整控制参数，显著提升系统适应性。例如，RL算法可实时优化占空比D_t，使输出电压V_out快速跟踪参考值V_ref，同时最大化转换效率η。

混合控制：1+1>2的解决方案

结合传统控制与机器学习的混合架构成为研究热点。例如，将MPC的预测能力与SMC的鲁棒性融合，既能处理非线性动态，又可降低模型依赖。实验表明，此类混合系统在突加负载时电压波动减少40%，且响应速度提升25%。

应用场景与挑战

BDC在EV中扮演多重角色：

• 车网互动（V2G）：车辆作为分布式电源支援电网；

• 再生制动：回收动能延长续航；

• 多能源集成：协调电池、超级电容的充放电。

然而，电磁干扰（EMI）、热管理及高成本仍是产业化瓶颈。采用SiC器件可降低63%开关损耗，但需配套液冷散热设计。

未来展望

研究方向将聚焦于：

1. 宽禁带半导体应用：开发适配SiC/GaN的高频驱动电路；

2. 云边协同控制：通过物联网（IoT）实现远程参数优化；

3. 标准化建设：统一V2G通信协议（如ISO 15118）。

随着技术迭代，BDC将推动EV从交通工具升级为智慧能源网络的动态节点，助力碳中和目标实现。