基于内点算法的电动汽车LLC谐振变换器参数优化策略研究

为解决电动汽车双向充电器中LLC谐振DC-DC变换器的效率与稳定性问题，研究人员提出了一种基于内点算法（Interior-Point Algorithm）的优化策略，通过优化谐振槽参数（Cr、Lr和Lm），扩展软开关区域并降低开关损耗。研究结果表明，该方法在宽电压（240V-430V）和功率范围（1kW-11kW）内显著提升效率，同时将饱和区域减少50%以上，为电动汽车充电系统设计提供了统一且通用的解决方案。

　　

随着电动汽车的普及，高效、稳定的充电技术成为研究热点。然而，传统的LLC谐振变换器在双向充放电（Grid-to-Vehicle, G2V和Vehicle-to-Grid, V2G）模式下存在软开关范围受限、效率下降等问题。尤其在宽电压和功率范围内，谐振参数设计缺乏统一优化方法，导致能量转换效率低且体积庞大。为此，Jawhara El Hmidi团队在《Scientific African》发表研究，提出了一种基于内点算法的创新优化策略。

研究团队采用第一谐波近似（First Harmonic Approximation, FHA）建立了G2V和V2G模式的频率方程，结合脉冲频率调制（PFM）控制策略，将谐振参数优化问题转化为非线性约束问题。通过内点算法求解，实现了对谐振电容（C_r）、电感（L_r和L_m）的全局优化。实验数据来自240V-430V电池电压和1kW-11kW功率范围的仿真与处理器在环（PIL）测试。

研究结果

1. 1.

   谐振参数优化：内点算法将C_r从200nF降至65.6nF，L_r从20μH增至8.444μH，L_m从120μH降至28μH，显著减小了元件体积。

2. 2.

   频率特性改善：优化后G2V模式的最高开关频率从200kHz降至10kHz，V2G模式从200kHz降至35kHz，饱和区域减少56%。

3. 3.

   效率提升：在250V和350V电池电压下，G2V模式效率峰值达97.8%，较传统设计提高1.7%。

4. 4.

   软开关验证：通过STM32的PIL测试证实，优化后的参数在120-220kHz范围内实现了零电压开关（ZVS）。

结论与意义

该研究通过内点算法首次将G2V和V2G模式统一建模，解决了双向LLC谐振变换器的参数优化难题。优化的谐振槽设计不仅扩展了软开关范围，还降低了高频损耗，为高功率密度充电器的开发提供了理论依据。未来，硬件原型验证将进一步推动该技术在电动汽车快充和V2G应用中的落地。