CN111660875B - 车辆、能量转换装置及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本申请技术方案提供一种车辆、能量转换装置及其控制方法，能量转换装置包括第一开关模块、第二开关模块、母线电容、桥臂变换器、电机绕组、第三开关模块，通过将第一开关模块、电机绕组、桥臂变换器、母线电容服用于电机驱动电路和加热电路，既可以实现电机输出扭矩，又可以实现对电池内阻的加热，避免新增电路元件，简化了电路结构，并且通过在加热电路中使母线电容参与充放电的过程，避免了电池包放电时会有大量电流从母线电容经过，使得流经电池包的电流大幅度下降，提升了电池包的加热效率，并且通过设置第三开关模块与第二开关模块连接代替第三开关模块与电池包之间的连接，从而缩短线束距离，最终节约线束使用成本。

Description

车辆、能量转换装置及其控制方法
技术领域
本申请涉及车辆技术领域，尤其涉及一种车辆、能量转换装置及其控制方法。
背景技术
随着新能源的广泛使用，电池包可作为动力源应用在各个领域中。电池包作为动力源使用的环境不同，电池包的性能也会受到影响。比如，在低温环境下的电池包的性能较常温会产生较大程度的降低。例如，在零点温度下电池包的放电容量会随温度的降低而降低。在-30℃的条件下，电池包的放电容量基本为0，导致电池包无法使用。为了能够在低温环境下使用电池包，需要在使用电池包之前对电池包进行预热。
如图1所示，现有技术中包括桥臂变换器101、电机绕组102、电池包103，电池包103处于放电过程时，触发桥臂变换器101中的晶体管VT1和晶体管VT6同时导通，电流从电池包103正极流出，经过晶体管VT1和晶体管VT6、电机绕组102的两个定子电感，回到电池包103负极，电流上升，能量储存在两定子电感中；电池包103处于充电过程时，如图2所示，晶体管VT1和晶体管VT6同时断开，电流从电机绕组102的两个定子电感、桥臂变换器101经过两个泄放的二极管VD4和VD3回到电池包102，电流下降。重复上述两个过程，电池处于快速的充电、放电的交替状态，由于电池内阻的存在，使得内部大量发热，温度快速升高。但是现有技术存在如下问题：由于存在母线电容C1，在加热电路工作的过程中电池包103放电时会有大量电流从母线电容C1经过，使得流经电池包的电流大幅度下降，电池包的加热速度也会严重变慢，此外，电池包与电机绕组的距离较远，当电池包与电机绕组连接时会使用大量线束，导致成本过高。
发明内容
本申请的目的在于提供一种车辆、能量转换装置及其控制方法，可以使母线电容参与到加热电路中进而提升电池包的加热速度，并且还可以减少线束的长度。
本申请是这样实现的，本申请第一方面提供一种能量转换装置，所述能量转换装置包括：
第一开关模块，第一开关模块的第一端连接所述电池包的第一极性端；
第二开关模块，所述第二开关模块的第一端与所述第一开关模块的第二端连接，所述第二开关模块到所述电池的距离为L1；
母线电容，所述母线电容的第一端与所述第二开关模块的第二端连接，所述母线电容的第二端与所述电池包的第二极性极连接，所述母线电容到所述第二开关模块的距离为L2；
桥臂变换器，所述桥臂变换器的第一汇流端分别与所述第二开关模块的第二端和母线电容的第一端连接，所述桥臂变换器的第二汇流端与所述母线电容的第二端连接；
电机绕组，所述电机绕组的第一端与所述桥臂变换器连接，所述电机绕组的第二端共接形成中性点；
第三开关模块，第三开关模块的第一端连接所述电机绕组的第二端，第三开关模块的第二端连接所述第一开关模块的第二端；
其中，L1＞L2。
本申请第二方面提供一种基于第一方面所述的能量转换装置的控制方法，所述控制方法包括：
当接收到进入加热模式的指令时，控制所述第一开关模块和所述第三开关模块均导通以及所述第二开关模块关断，并控制所述桥臂变换器中至少一相桥臂使所述母线电容与所述电池进行充电和放电，以使所述电池包的内阻发热。
本申请第三方面提供一种车辆，包括第一方面所述的能量转换装置。
本申请技术方案提供一种车辆、能量转换装置及其控制方法，能量转换装置包括第一开关模块、第二开关模块、母线电容、桥臂变换器、电机绕组、第三开关模块，通过控制器控制第一开关模块、第二开关模块以及第三开关模块，可以使第一开关模块、第二开关模块、母线电容、桥臂变换器、电机绕组形成电机驱动电路，以及电池包、第一开关模块、第三开关模块、电机绕组、桥臂变换器、母线电容形成加热电路，通过桥臂变换器控制电机绕组驱动电路工作时输出扭矩，通过桥臂变换器控制加热电路工作时电池包对母线电容的放电过程与母线电容对电池包的充电过程交替进行进而实现电池包的升温，通过将第一开关模块、电机绕组、桥臂变换器、母线电容电机复用与驱动电路和加热电路，既可以实现电机输出扭矩，又可以实现对电池内阻的加热，避免新增电路元件，简化了电路结构，并且通过在加热电路中使母线电容参与充放电的过程，避免了电池包放电时会有大量电流从母线电容经过，使得流经电池包的电流大幅度下降，进而使电池包的加热速度也会严重变慢的问题，提升了电池包的加热效率，并且通过设置第三开关模块与第二开关模块连接代替第三开关模块与电池包之间的连接，从而缩短线束距离，最终节约线束使用成本。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有技术提供的电机绕组控制电路的电流流向图；
图2是现有技术提供的电机绕组控制电路的另一电流流向图；
图3是本申请实施例一提供的一种能量转换装置的电路图；
图4是本申请实施例一提供的一种能量转换装置的另一电路图；
图5是本申请实施例一提供的一种能量转换装置的另一电路图；
图6是本申请实施例一提供的一种能量转换装置的控制方法的流程图；
图7是本申请实施例一提供的一种能量转换装置的电路图；
图8是本申请实施例一提供的一种能量转换装置的另一电路图；
图9是本申请实施例一提供的一种能量转换装置的电流流向图；
图10是本申请实施例一提供的一种能量转换装置的电流流向图；
图11是本申请实施例一提供的一种能量转换装置的电流流向图；
图12是本申请实施例一提供的一种能量转换装置的电流流向图；
图13是本申请实施例一提供的一种能量转换装置的时间电流波形图；
图14是本申请实施例一提供的一种能量转换装置的控制方法的另一流程图；
图15是本申请实施例一提供的一种能量转换装置的控制方法的另一流程图；
图16是本申请实施例一提供的一种能量转换装置的控制方法的另一流程图；
图17是本申请实施例一提供的一种能量转换装置的另一电流流向图；
图18是本申请实施例一提供的一种能量转换装置的另一电流流向图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
为了说明本申请的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
本申请实施例一提供一种能量转换装置，如图3所示，能量转换装置包括：
第一开关模块104，第一开关模块104的第一端连接电池包103的第一极性端；
第二开关模块106，第二开关模块106的第一端与第一开关模块104的第二端连接，第二开关模块106到电池包103的距离为L1；
母线电容C1，母线电容C1的第一端与第二开关模块106的第二端连接，母线电容C1的第二端与电池包103的第二极性极连接，母线电容C1到第二开关模块106的距离为L2；
桥臂变换器101，桥臂变换器101的第一汇流端分别与第二开关模块106的第二端和母线电容C1的第一端连接，桥臂变换器101的第二汇流端与母线电容C1的第二端连接；
电机绕组102，电机绕组102的第一端与桥臂变换器101连接，电机绕组102的第二端共接形成中性点；
第三开关模块105，第三开关模块105的第一端连接电机绕组102的第二端，第三开关模块105的第二端连接第一开关模块104的第二端；
其中，L1＞L2。
其中，桥臂变换器101包括M路桥臂，M路桥臂中的每路桥臂的第一端共接形成桥臂变换器101的第一汇流端，M路桥臂中的每路桥臂的第二端共接形成桥臂变换器101的第二汇流端，每路桥臂上包括两个串联连接的功率开关单元，功率开关单元可以是晶体管、IGBT、MOS管等器件类型，每路桥臂的中点形成在两个功率开关单元之间，电机绕组102包括M相绕组，M相绕组中每相绕组的第一端与一组M路桥臂中每路桥臂的中点一一对应连接，M相绕组中的每相绕组的第二端共接形成中性线，中性线与第一开关模块104连接。
当M=3时，桥臂变换器101为三相逆变器，三相逆变器包括三路桥臂，三路桥臂中的每路桥臂的第一端共接形成桥臂变换器101的第一汇流端，一组三路桥臂中的每路桥臂的第二端共接形成桥臂变换器101的第二汇流端；三相逆变器包括第一功率开关单元、第二功率开关单元、第三功率开关单元、第四功率开关单元、第五功率开关以及第六功率开关，第一功率开关单元和第四功率开关单元形成第一路桥臂，第二功率开关单元和第五开关单元形成第二路桥臂，第三功率开关单元和第六开关单元形成第三路桥臂，第一功率开关单元、第三功率开关单元以及第五功率开关单元的一端共接并构成三相逆变器的第一汇流端，第二功率开关单元、第四功率开关单元以及第六功率开关单元的一端共接并构成三相逆变器的第二汇流端。
其中，三相逆变器中第一功率开关单元包括第一上桥臂VT1和第一上桥二极管VD1，第二功率开关单元包括第二下桥臂VT2和第二下桥二极管VD2，第三功率开关单元包括第三上桥臂VT3和第三上桥二极管VD3，第四功率开关单元包括第四下桥臂VT4和第四下桥二极管VD4，第五功率开关单元包括第五上桥臂VT5和第五上桥二极管VD5，第六功率开关单元包括第六下桥臂VT6和第六下桥二极管VD6，电机绕组102是三相四线制，可以是永磁同步电机绕组102或异步电机绕组102，三相绕组连结于一点形成中性点并连接第三开关模块105。
其中，电机绕组102包括三相绕组，三相绕组中每相绕组的第一端与三路桥臂中每路桥臂的中点一一对应连接，三相绕组中的每相绕组的第二端共接形成中性点，电机绕组102的第一相绕组的第一端连接第一路桥臂的中点，电机绕组102的第二相绕组的第一端连接第二路桥臂的中点，电机绕组102的第三相绕组的第一端连接第三路桥臂的中点。
本申请能量转换装置通过增设第三开关模块105以实现对电池包103进行加热，为实现电池包103加热目的，第三开关模块105的第二端需要通过第一开关模块104与电池包103正极相连，同时第三开关模块105还需要通过第二开关模块106与母线电容C1的第一端相连（在本申请能量转换装置所使用的环境中，电池包103正极与母线电容C1的第一端之间本就存在第一开关模块104（主接触器和预充接触器））。在本申请中，为了降低本申请能量转换装置的实施成本，通过增设靠近母线电容C1的第二开关模块106（第二开关模块106的第一端与第一开关模块104的第二端连接，第二开关模块106的第二端与电容的第一端连接），并将第三开关模块105的第二端连接到第二开关模块106的第一端，主要可以缩短第三开关模块原本需要连接到电池正极的线束，即第三开关模块连接到电池正极的线束缩短为连接到第二开关模块的第一端。
由于电池包103和第一开关模块104之间的距离较近，桥臂变换器101、电机绕组102、母线电容C1、第二开关模块106之间的距离较近，而电池包103到电机绕组102的距离较远，即第二开关模块106到电池的距离为L1，母线电容C1到第二开关模块106的距离为L2，其中，L1＞L2，导致电池包103通过线束连接第二开关模块106进而连接母线电容C1和桥臂变换器103时连接线束长度较长，成本较高，本实施方式采用如图3所示的结构，将原本电机绕组102通过第三开关模块105连接电池包103之间的线束改成将电机绕组102通过第三开关模块105与第二开关模块106连接，由于第三开关模块105与第二开关模块106之间的距离小于第三开关模块105与电池包103之间的距离，从而缩短线束距离，最终节约线束使用成本。
其中，能量转换装置还包括控制器，控制器用于控制桥臂变换器101中至少一相桥臂使母线电容C1与电池进行充电和放电，以使电池包103的内阻发热。控制器可以采集电池包的电压、电流、温度以及电机绕组102的相电流，控制器可以包括整车控制器、电机控制器的控制电路和BMS电池管理器电路中的至少一者，三者之间通过CAN线连接，控制器中的不同模块根据所获取的信息控制桥臂变换器101中至少一相桥臂的导通和关断以实现不同电流回路的导通。
对于控制器控制桥臂变换器101中至少一相桥臂，可以通过以下示例进行说明，例如，桥臂变换器101中第一功率开关单元和第四功率开关单元构成A相桥臂，第三功率开关单元和第六功率开关单元构成B相桥臂，第五功率开关单元的输入端和第二功率开关单元构成C相桥臂，桥臂变换器101的A相桥臂连接电机绕组102的第一相绕组，桥臂变换器101的B相桥臂连接电机绕组102的第二相绕组，桥臂变换器101的C相桥臂连接电机绕组102的第三相绕组，对桥臂变换器101的控制方式可以是如下任一种或几种的组合：如可以实现A、B、C三相任一桥臂或任两桥臂，以及三桥臂共7种控制方式，灵活简单。通过桥臂的切换可以有利于实现加热功率的大中小选择，如对于小功率充放电，可以选择任一相桥臂功率开关进行控制，且三相桥臂可以轮流切换，例如A相桥臂先单独工作，控制第一功率开关单元和第四功率开关单元实施加热一段时间，然后B相桥臂单独工作，控制第三功率开关单元和第六功率开关单元实施加热同样长的时间，再然后C相桥臂单独工作，控制第五功率开关单元和第二功率开关单元实施加热同样长的时间，再切换到A相桥臂工作，如此循环以实现桥臂变换器101和电机绕组102轮流通电发热，让三相发热更均衡；如对于中功率充放电，可以选择任两相桥臂功率开关进行控制，且三相桥臂可以轮流切换，例如AB相桥臂先工作，控制第一功率开关单元、第四功率开关单元、第三功率开关单元和第六功率开关单元实施加热一段时间，然后BC相桥臂工作，控制第三功率开关单元、第六功率开关单元、第六功率开关单元和第二功率开关单元实施加热同样长的时间，再然后CA相桥臂工作，控制第五功率开关单元、第二功率开关单元、第一功率开关单元和第四功率开关单元实施加热同样长的时间，再然后切换到AB相桥臂工作，如此循环以实现桥臂变换器101和电机绕组102发热更均衡；如对于大功率充放电，可以选择三相桥臂功率开关进行控制，且由于三相回路理论上均衡，从而三相电流均衡，实现三相逆变器103和三相绕组发热均衡三相电流基本为直流，其平均值基本一致，以及由于三相绕组对称，此时电机内部的三相合成磁动势基本为零，从而定子磁场基本为零，电机基本无转矩产生，这有利于大大减小传动系的应力。
其中，能量转换装置包括电机驱动电路和加热电路，电机驱动电路和加热电路复用第一开关模块104、电机绕组102、桥臂变换器101、母线电容C1。
对于第一开关模块104、电机绕组102、桥臂变换器101、母线电容C1的复用，可以通过电机驱动功能和电池加热功能的具体电路结构进行说明：
当控制器控制第一开关模块104导通、第二开关模块106导通以及第三开关模块105关断时，电池包103、第一开关模块104、第二开关模块106、母线电容C1、桥臂变换器101、电机绕组102形成电机驱动电路，此时，控制器通过控制桥臂变换器101实现电机绕组102输出动力。
当控制器控制第一开关模块104和第三开关模块105均导通以及第二开关模块106关断时，电池包103、第一开关模块104、第三开关模块105、电机绕组102、桥臂变换器101、母线电容C1形成加热电路，加热电路包括放电回路和充电回路，放电回路是指由电池包103通过电机绕组102和桥臂变换器101对母线电容C1进行放电，此时，电池包103中有电流流出，电流经过电机绕组102和桥臂变换器101流入母线电容C1以对母线电容C1进行充电；充电回路是指由母线电容C1通过电机绕组102和桥臂变换器101对电池包103进行充电，此时，电流由母线电容C1流出，电流经过桥臂变换器101和电机绕组102，流入电池包103，由于电池包103中存在内阻，当放电回路和充电回路工作的过程中电池包103有电流流入和流出会使电池包103的内阻产生热量，进而使电池包103的温度升高。
从上述电机驱动电路和加热电路的具体结构可以得出，第一开关模块104、电机绕组102、桥臂变换器101、母线电容C1分别组成了电机驱动电路和加热电路，即电机驱动电路和加热电路复用了第一开关模块104、电机绕组102、桥臂变换器101、母线电容C1，使第一开关模块104、电机绕组102、桥臂变换器101、母线电容C1既可以进行电机驱动，又可以进行加热，增加了电路中器件的使用效率，避免单独增加器件导致成本过高以及电路复杂的问题。
本申请实施例一提供一种能量转换装置，能量转换装置包括第一开关模块104、第二开关模块106、母线电容C1、桥臂变换器101、电机绕组102、第三开关模块105，通过控制器控制第一开关模块104、第二开关模块106以及第三开关模块105，可以使第一开关模块104、第二开关模块106、母线电容C1、桥臂变换器101、电机绕组102形成电机驱动电路，以及电池包103、第一开关模块104、第三开关模块105、电机绕组102、桥臂变换器101、母线电容C1形成加热电路，通过桥臂变换器101控制电机绕组102驱动电路工作时输出扭矩，通过桥臂变换器101控制加热电路工作时电池包103对母线电容C1的放电过程与母线电容C1对电池包103的充电过程交替进行进而实现电池包103的升温，通过将第一开关模块104、电机绕组102、桥臂变换器101、母线电容C1复用于电机驱动电路和加热电路，既可以实现电机输出扭矩，又可以实现对电池内阻的加热，避免新增电路元件，简化了电路结构，并且通过在加热电路中使母线电容C1参与充放电的过程，避免了电池包103放电时会有大量电流从母线电容C1经过，使得流经电池包103的电流大幅度下降，进而使电池包103的加热速度也会严重变慢的问题，提升了电池包103的加热效率，并且通过设置第三开关模块105与第二开关模块106连接代替第三开关模块105与电池包103之间的连接，从而缩短线束距离，最终节约线束使用成本。
作为一种实施方式，加热电路包括放电储能阶段、放电释能阶段、充电储能阶段以及充电释能阶段；当加热电路处于放电储能阶段时，电池包103、第一开关模块104、第三开关模块105、电机绕组102、桥臂变换器101的下桥臂形成放电储能回路；
当加热电路处于放电释能阶段时，电池包103、第一开关模块104、第三开关模块105、电机绕组102、桥臂变换器101的上桥臂、母线电容C1形成放电释能回路；
当加热电路处于充电储能阶段时，母线电容C1、桥臂变换器101的上桥臂、电机绕组102、第三开关模块105、第一开关模块104、电池包103形成充电储能回路；
当加热电路处于充电释能阶段时，电机绕组102、第三开关模块105、第一开关模块104、电池包103、桥臂变换器101的下桥臂形成充电释能回路。
其中，加热电路包括放电回路和充电回路，放电回路包括放电储能回路和放电释能回路，充电回路包括第一充电储能回路和第一充电释能回路，通过桥臂变换器101控制放电储能回路工作时，电池包103输出电能使电机绕组102的绕组进行储能；通过桥臂变换器101控制放电释能回路工作时，电池包103放电和电机绕组102的绕组释能以对母线电容C1进行充电；通过桥臂变换器101控制第一充电储能回路工作时，母线电容C1放电以对电池包103进行充电，电机绕组102的绕组进行储能；通过桥臂变换器101控制第一充电释能回路工作时，电机绕组102的绕组释能以对电池包103进行充电。通过控制桥臂变换器101使电池包103对母线电容C1的放电过程与母线电容C1对电池包103的充电过程交替进行，使电池包103的温度升高；此外，通过控制桥臂变换器101的PWM控制信号的占空比的大小调节流经加热电路中的电流值，控制占空比即相当于控制上桥臂和下桥臂的导通时间，通过控制上桥臂或者下桥臂的导通时间变长或者缩短后，会使加热电路中电流的增加或者减小，进而可以调整电池包103产生的加热功率。
需要说明的是，在控制放电回路和充电回路工作的过程中，可以控制放电回路中的放电储能回路、放电释能回路、第一充电储能回路以及第一充电释能回路依次工作，通过控制桥臂变换器101的PWM控制信号的占空比的大小调节流经加热电路中的电流值，也可以先控制放电回路中的放电储能回路和放电释能回路交替导通进行放电，再控制充电回路中第一充电储能回路以及第一充电释能回路交替导通进行放电，通过控制桥臂变换器101的PWM控制信号的占空比的大小分别调节流经放电回路和充电回路中的电流值。
本实施方式中的技术效果在于通过控制桥臂变换器101使加热电路工作，使放电回路中的电池包103对母线电容C1进行放电以及使充电回路中的母线电容C1对电池包103进行充电，进而使电池包103的温度升高，并且还可以通过控制桥臂变换器101调整电池包103振荡加热回路中的电流，调整电池包103产生的加热功率。
作为一种实施方式，如图4所示，能量转换装置还包括：
第四开关模块108，第四开关模块108的第二端连接母线电容C1的第一端；
充电口107，充电口107的第一端连接第四开关模块108的第一端，充电口107的第二端连接电池包103的负极；
控制器控制第三开关模块105、第一开关模块104、第四开关模块108均导通以及第二开关模块106关断时，电池包103、第一开关模块104、第三开关模块105、电机绕组102、桥臂变换器101、母线电容C1、第四开关模块108、充电口107与外部供电设备形成降压充电回路。
其中，电池包103、第一开关模块104、第三开关模块105、电机绕组102、桥臂变换器101、母线电容C1、第四开关模块108、充电口107与外部供电设备形成降压充电回路时，外部供电设备通过充电口107对能量转换装置中的电池包103实现降压充电。接通外部供电设备（例如高压充电柜）后，通过控制桥臂变换器101，将外部供电设备输出的高电压降压处理后对电池包103进行充电，起到降压充电的目的。
作为一种实施方式，当降压充电回路工作时，外部供电设备、第四开关模块108、母线电容C1、桥臂变换器101、电机绕组102、第三开关模块105、第一开关模块104、电池包103形成第二充电储能回路，外部供电设备、第四开关模块108、母线电容C1形成电容充电回路，电机绕组102、第一开关模块104、电池包103、桥臂变换器101形成第二充电释能回路。
其中，降压充电回路包括第二充电储能回路、电容充电回路以及第二充电释能回路，通过桥臂变换器101控制第二充电储能回路工作时，外部供电设备和母线电容C1对电池包103进行充电，电机绕组102进行储能；通过桥臂变换器101控制第二充电释能回路工作时，电机绕组102释能以对电池包103进行充电，同时电容充电回路也开始工作，外部供电设备对母线电容C1进行充电。通过控制桥臂变换器101使外部供电设备和母线电容C1对电池包103的充电过程和对电机绕组102的储能以及电机绕组102对电池包103的释能过程交替进行，使外部供电模块对电池包103进行降压充电；此外，通过控制桥臂变换器101的PWM控制信号的占空比的大小调节流经降压充电回路中的电流值，控制占空比即相当于控制上桥臂和下桥臂的导通时间，通过控制上桥臂或者下桥臂的导通时间变长或者缩短后，会使加热电路中电流的增加或者减小，进而可以调整外部供电设备对电池包103的充电过程，实现外部供电设备对电池包103的降压充电，该降压充电可以发挥外部供电设备大功率的优势，加快充电效率，同时，在同样的充电功率下，较高的电压会降低线束的电流值，降低成本，减小发热量。
作为一种实施方式，如图5所示，能量转换装置还包括隔离模块109，隔离模块109的第一端连接充电口107的第一端，隔离模块109的第二端连接母线电容C1的第一端；
控制器控制加热电路工作的过程中，控制隔离模块109使本申请能量转换装置可以接收外部供电设备通过充电口107对母线电容C1进行充电。
其中，在加热电路工作时，控制器控制第四开关模块108断开，控制隔离模块109开始工作，此时，外部供电设备、隔离模块109、桥臂变换器101、电机绕组102、第三开关模块105、第一开关模块104、电池包103可以实现保电加热功能，在保电加热功能下，具有加热电路和保电电路，加热电路工作时，使电池包103的温度升高，由于需要电池包103输出电能导致电池包103的电量逐渐减小，为了维持电池包103的电量，在电池包103加热电路进行加热的过程中，外部供电设备通过保电电路对电池包103加热电路进行供电，维持电池包103的电量。
作为一种实施方式，在加热电路工作过程中，外部供电设备通过隔离模块109与母线电容C1形成电池包保电电路，在加热电路工作的同时通过外部供电设备对母线电容C1进行充电，由于加热电路中的电池包103对母线电容C1的放电过程与母线电容C1对电池包103的充电过程交替进行，进而使电池包103的温度升高，在此过程中因为将电能转换为了热能导致电池包103电量下降时，可以通过外部供电设备对母线电容C1进行供电，再由母线电容C1对电池包103进行充电以维持电池包103的电量。
进一步的，在加热电路工作过程中，当母线电容C1的电压值低于预设电压值时，保电电路开始工作，外部供电设备通过隔离模块109对母线电容C1进行充电。
其中，当外部供电设备与车辆进行连接时，例如外部供电设备为充电桩时，当充电桩上的充电枪与车辆连接时，车辆中的控制模块与充电桩进行交互通信，使充电桩处于恒压模式，当隔离模块109导通时，充电桩向母线电容C1输出电压，使充电桩的电压与母线电容C1电压相同，预设电压值即为充电桩的输出电压值，当控制加热电路工作的过程中，母线电容C1电池包103进行放电的过程中，母线电容C1的电压逐渐减小，当母线电容C1的电压低于与预设电压值时，外部供电设备通过隔离模块109对母线电容C1进行充电，以补充母线电容C1振荡加热消耗的电能。
为了实现外部供电设备对母线电容C1的充电，隔离模块109包括：
开关元件，开关元件的第一端与外部供电设备的第一端连接，
隔离元件，隔离元件的第一端与开关元件的第二端连接，隔离元件的第二端与母线电容C1的第一端连接；
其中，隔离元件为二极管，二极管的阳极为隔离元件的第一端，二极管的阴极为隔离元件的第二端；
或者，隔离元件为电感，电感的第一端为隔离元件的第一端，电感的第二端为隔离元件的第二端。
其中，当外部供电设备与能量转换装置连接进行充电时，外部供电设备与能量转换装置之间存在充电协议，在外部供电设备对能量转换装置充电的过程中，能量转换装置的电压需要保持稳定，由于外部供电设备与母线电容连接，需要外部供电设备充电的过程中母线电容上的电压保持稳定，但是当能量转换装置进入加热模式时，由于电池包与母线电容之间进行充放电，母线电容上的电压存在振荡，如果外部供电设备与母线电压之间相连会导致不满足充电协议，外部供电设备无法对能量转换装置进行充电，为了避免这种情况，在外部供电设备与母线电容之间设置隔离模块，该隔离模块可以为二极管，由于二极管具有单向导通功能，使母线电容上的电压振荡不会影响外部供电设备的供电，隔离模块可以为电感，由于电感的隔交通直的功能，使母线电容上的电压振荡不会影响外部供电设备的供电，隔离模块可以为电感，因此，通过设置隔离模块，即使母线电容上的电压存在振荡，也可以使外部供电设备对母线电容进行正常充电。
本实施方式中，采用振荡加热回路对电池包103进行加热和保电回路对电池包103进行充电协同配合，电流冲击小，系统的稳定性高，先是调节电池振荡加热功率，当加热功率满足要求后，再调节充电功率，使得充电功率等于电池加热损失的功率，达到最终的保电振荡加热的目的，并且通过设置隔离模块，即使母线电容上的电压存在振荡，也可以使外部供电设备对母线电容进行正常充电。
本申请实施例二提供一种能量转换装置的控制方法，控制方法包括：
当接收到进入加热模式的指令时，控制第一开关模块和第三开关模块均导通以及第二开关模块关断，并控制桥臂变换器中至少一相桥臂使母线电容与电池包进行充电和放电，以使所述电池包的内阻发热。
其中，当进入加热模式后，控制方法包括：控制所述桥臂变换器的各路桥臂的上桥臂和下桥臂交替导通，调节所述母线电容与所述电池包进行充电和放电的电流值，以调节所述电池包的内阻产生的热量。
其中，电机绕组可以是三相交流电机绕组，桥臂变换器可以是三相逆变器，电池包、三相交流电机绕组、桥臂变换器以及母线电容形成加热电路，分别包括放电回路和充电回路。放电回路是指由电池包通过三相交流电机绕组和三相逆变器对母线电容进行放电，此时，电池包中有电流流出；充电回路是指由母线电容通过三相交流电机绕组和三相逆变器对电池包进行充电，此时，电池包有电流流入。由于电池包中存在内阻，当放电回路和充电回路工作的过程中电池包有电流流入和流出会使电池包的内阻产生热量，进而使电池包的温度升高，为了进一步控制电池包的内阻产生的热量的大小，可以通过三相逆变器进行控制，由于三相逆变器串联于加热电路中，可以向三相逆变器输入不同的控制信号调节流经加热电路中的电流值，进而调节电池包的内阻产生的热量。
本申请实施例一提供一种能量转换装置的控制方法，通过电池包、三相交流电机绕组、三相逆变器以及母线电容形成加热电路，通过三相逆变器控制加热电路中产生的充放电电流的大小，使电池包的内阻产生热量，提升电池包的温度，相对于通过外部液体流经电池包进行加热的方式，不需要额外的加热设备，并且提升了电池包的加热效率，并且当能量转换装置通过充电口连接外部充电设备时，通过控制桥臂变换器实现对外部充电设备对电池包降压充电的控制，该降压充电可以发挥外部供电设备大功率的优势，加快充电效率，同时，在同样的充电功率下，较高的电压会降低线束的电流值，降低成本，减小发热量。
作为一种实施方式，控制方法处于低频控制模式时，如图6所示，控制所述桥臂变换器的各路桥臂的上桥臂和下桥臂交替导通，之前还包括：
步骤S201. 获取电池包的充放电周期和加热电路的目标等效电流值。
其中，电池包的充放电周期和加热电路的目标等效电流值由电池管理系统给出，电池管理系统中存在预先设置的电池包充放电周期，电池管理系统计算电池包的内阻，可以在一个充放电周期内通过特定电流进行放电/充电，计算出当前的电池包内阻r＝ΔU/ΔI；其中ΔU为电池放电/充电初期、末期的压差，ΔI为放电/充电电流；获取电池包的内阻后再根据电池包的加热功率获取等效电流值，可以根据公式P=I2r计算目标等效电流值，其中，P为加热功率，r为电池包内阻，I为目标等效电流值，目标等效电流值可以为一个值，也可以为一组值。
步骤S202. 根据电池包的充放电周期获取加热电路的充放电周期，根据加热电路的目标等效电流值获取PWM控制信号的占空比。
其中，加热电路的充放电周期是指控制上桥臂和下桥臂完成一次开关的周期，占空比是指向桥臂变换器中的上桥臂或者下桥臂输出高电平信号的时间占整个充放电周期的百分比，控制占空比即相当于控制上桥臂和下桥臂的导通时间，当在加热电路工作的过程中，通过控制上桥臂或者下桥臂的导通时间变长或者缩短后，会使加热电路中电流的增加或者减小，例如，充电回路可以包括充电储能回路和充电续流回路，当控制占空比使充电储能回路的导通时间变长时，会使电路中的电流增加，即每个周期内的占空比决定加热电路中电流的增加或者减小。
其中，根据电池包的充放电周期获取加热电路的充放电周期，包括：
将电池包的充放电周期设置为加热电路的充放电周期。
根据加热电路的目标等效电流值获取PWM控制信号的占空比，包括：
根据预先存储的目标等效电流值与PWM控制信号的占空比对应关系获取PWM控制信号的占空比。
其中，电池包的充放电周期与加热电路的充放电周期之间存在对应关系，在低频控制模式下，加热电路的充放电周期与电池包的充放电周期相等。预先存储的目标等效电流值与PWM控制信号的占空比对应关系表可以通过多次试验测量获取，在低频控制模式下，一个充放电周期内的目标电流等效值的数量为一个，根据上述对应关系表可以得到加热电路的充放电周期的PWM控制信号的占空比。
进一步的，控制桥臂变换器调节流经加热电路中的电流值，以调节电池包的内阻产生的热量，包括：
根据加热电路的充放电周期以及PWM控制信号的占空比控制桥臂变换器上下桥臂的开关，调节流经加热电路中的电流值，以调节电池包的内阻产生的热量。
其中，加热电路的充放电周期包括充电周期和放电周期，充电周期是指加热电路中充电回路的工作周期，放电周期是指加热电路中放电回路的工作周期，电池包的一个充放电周期分为一个充电时长和一个放电时长。在低频控制模式下，充电时长等于充电周期，放电时长等于放电周期，即充电时长包括加热电路的一个充电周期，放电时长包括加热电路的一个放电周期，充电周期和放电周期相等，充电周期和放电周期也可以不相等，根据充电周期、放电周期以及PWM控制信号的占空比控制桥臂变换器上下桥臂的开关，控制加热电路中的放电储能回路、放电释能回路、充电储能回路以及充电释能回路依次工作，调节流经加热电路中的电流值为目标电流等效值，以调节电池包的内阻产生的热量。
本实施方式采用低频控制模式，获取电池包的充放电周期和加热电路的目标等效电流值，根据电池包的充放电周期获取加热电路的充放电周期，根据加热电路的目标等效电流值获取PWM控制信号的占空比，根据PWM控制信号的占空比控制桥臂变换器上下桥臂的开关，调节流经加热电路中的电流值为目标等效电流值，本实施方式控制简单，桥臂变换器发热少，提升了电池包的发热效率。
进一步的，在进入低频控制模式前还包括软启动模式，软启动模式为向桥臂变换器输出极小的PWM控制信号的占空比，控制加热电路中的放电储能回路、放电释能回路、充电储能回路以及充电释能回路依次工作，使得系统慢慢建立起电池的充放电电流，然后慢慢增加下桥臂的占空比，使得电池的充放电电流逐步增加，以完成软启动。
本实施方式中，由于母线电容电压不能突变，如果控制桥臂变换器的占空比变化过快，会导致三相电流急剧增加，甚至出现过流现象，也会导致母线电容过压，或者母线电容和电机绕组绕组的电感之间出现电流振荡问题，通过设置软启动的过程，避免上述出现的问题。
下面通过具体电路结构对本实施方式进行具体说明：
如图7所示，能量转换装置包括电机绕组102、桥臂变换器101、母线电容C1、开关K1、开关K2、开关K3、开关K4、开关K5、开关K6、开关K7、电阻R、充电口107，充电口107的一端连接开关K6的第一端和开关K7的第一端，开关K7第二端连接二极管D7的阳极，电池包103的正极连接开关K2的第一端和开关K3的第一端，开关K3的第二端连接电阻R的第一端，开关K2的第二端连接电阻R的第二端、开关K5的第一端以及开关K1的第二端，开关K5的第二端连接二极管D7的阴极、开关K6的第二端、母线电容C1的第一端以及桥臂变换器101的第一汇流端，母线电容C1的第二端连接开关K4的第二端和桥臂变换器101的第二汇流端，开关K4的第一端连接电池包103的阴极和充电口107的第二端，桥臂变换器101的三相桥臂的中点分别连接电机绕组102的三相绕组，电机绕组102的中性点连接开关K1的第一端。
其中，桥臂变换器101包括第一功率开关单元、第二功率开关单元、第三功率开关单元、第四功率开关单元、第五功率开关单元以及第六功率开关单元，第一功率开关单元和第四功率开关单元形成第一桥臂，第三功率开关单元和第六功率开关单元形成第二桥臂，第五功率开关单元和第二功率开关单元形成第三桥臂，第一功率开关单元、第三功率开关单元以及第五功率开关单元的一端共接并构成桥臂变换器的第一汇流端，第二功率开关单元、第四功率开关单元以及第六功率开关单元的一端共接并构成桥臂变换器的第二汇流端，电机绕组102的第一相绕组连接第一桥臂的中点，电机绕组102的第二相绕组连接第二桥臂的中点，电机绕组102的第三相绕组连接第三桥臂的中点。
桥臂变换器101中第一功率开关单元包括第一上桥臂VT1和第一上桥二极管VD1，第二功率开关单元包括第一下桥臂VT2和第一下桥二极管VD2，第三功率开关单元包括第二上桥臂VT3和第二上桥二极管VD3，第四功率开关单元包括第二下桥臂VT4和第二下桥二极管VD4，第五功率开关单元包括第五上桥臂VT5和第五上桥二极管VD5，第六功率开关单元包括第六下桥臂VT6和第六下桥二极管VD6，三相交流电机绕组是三相四线制，可以是永磁同步电机绕组或异步电机绕组，在三相绕组连接的中点引出中性线。
如图7所示，当能量转换装置的充电口处于悬置状态时，开关K6、开关K7处于断开状态，当能量转换装置进行加热功能之前，开关K1保持断开，开关K4闭合，进入加热模式后，闭合开关K3和K5进行预充，如果预充不成功就结束，如果预充成功，立即闭合开关K1和K2，并断开K3和K5进入加热状态，此时，图7的电路结构等效为图8所示。
当控制桥臂变换器101处于低频控制模式时，进入加热状态，即完成母线电容C1的预充，并闭合开关K1和断开开关K3，此时母线电容C1上电压和电池包103的电压接近，桥臂变换器101的功率管全部处于关闭状态，电机绕组102的绕组里几乎没有电流，系统处于准备就绪的状态。
首先进入软启动模式，向桥臂变换器101输出一个极小的PWM控制信号的占空比使加热电路工作，当加热电路工作时，电池包103、开关K1、电机绕组102、桥臂变换器101形成放电储能回路，电池包103、开关K1、电机绕组102、桥臂变换器101、母线电容C1形成放电释能回路；母线电容C1、桥臂变换器101、电机绕组102、开关K1、电池包103形成充电储能回路，电机绕组102、开关K1、电池包103、桥臂变换器101形成充电释能回路，通过向桥臂变换器101输出极小的PWM控制信号的占空比，控制加热电路中的放电储能回路、放电释能回路、充电储能回路以及充电释能回路依次工作，完成软启动。
完成软启动过程后，进入正式加热流程，获取电池包103的充放电周期和加热电路的目标等效电流值，根据电池包103的充放电周期获取充电时长和放电时长，其中，充电时长等于放电时长，根据充电时长获取加热电路的充电周期，根据放电时长获取加热电路的放电周期，根据加热电路的目标等效电流值获取PWM控制信号的占空比，根据所述PWM控制信号的占空比控制所述桥臂变换器101上下桥臂的开关，进而控制电池包103充放电电流的大小，使得电池内部的发热功达到预期值，具体包括：
第一阶段为放电储能回路工作：如图9所示，桥臂变换器101的下桥臂开通时电流由电池包103的正极流出，经过开关K1、电机绕组102、桥臂变换器101的下桥臂（第二下桥臂VT2、第四下桥臂VT4、第六下桥臂VT6），流回到电池包103的负极，且电流不断增大。
第二阶段为放电续流回路工作：如图10所示，当桥臂变换器101的下桥臂关断，上桥臂开通时，电流由电池包103的正极出发，经过开关K1、电机绕组102、桥臂变换器101的上桥臂（第一上桥二极管VD1、第三上桥二极管VD3、第五上桥二极管VD5）后给母线电容C1正极充电，电流不断减小至零，电感储能降低至零，电池包103和电机绕组102的绕组电感共同放电给母线电容C1充电，母线电容C1的电压升高至某一最大值。
第三阶段为充电储能回路工作：如图11所示，控制桥臂变换器101的下桥臂断开，上桥臂闭合，桥臂变换器101的上桥臂开通时，电流由母线电容C1的正极出发，经过桥臂变换器101的上桥臂（第一上桥臂VT1、第三上桥臂VT3、第五上桥臂VT5）、电机绕组102、开关K1后给电池包103的正极充电，电流先增加后不断减小，母线电容C1的电压不断降低。
第四阶段为充电续流回路工作：如图12所示，桥臂变换器101的下桥臂开通时，电流由电池包103的负极流出，经过桥臂变换器101的下桥臂（第二下桥二极管VD2、第四下桥二极管VD4、第六下桥二极管VD6）、电机绕组102、开关K1流回到电池包正极，且电流不断减小，母线电容C1的电压将不断降低。
第一阶段和第二阶段中电池包103对外放电，且第一阶段结束时，放电电流达到最大，第三阶段和四阶段电池包103充电，在第三阶段中某时刻，充电电流达到最大值；第二阶段为母线电容C1充电，母线电容C1的电压升至最高，第三阶段母线电容C1放电，母线电容C1电压降至最低。
桥臂变换器101的上下桥臂为互补脉冲控制，在控制周期不变的前提下，下桥臂的开通时间越长，电池包103充放电电流最大值越大，同时母线电容C1的最高电压越高，电池包103的充放电电流最大值也将越大，电池包103内阻的发热功率也将越大。相反，下桥臂的开通时间越短，电池包103的充放电电流最大值越小，同时母线电容C1的最高电压越小，电池包103的充放电电流最大值也越小，电池包103内阻的发热功率也将越小。
由以上可知，在控制周期一定的前提下，主要是通过控制占空比来调节电池包的充放电电流，电池包的内部产热功率跟下桥臂的导通时间成正相关。而控制周期会主要由电池包的交流内阻决定，以最大加热功率为目标来选取控制周期，但是控制周期会影响电容电压的变化范围，电容电压的变化范围跟周期成负相关的关系。增加下桥臂的占空比，可以提高电池包的充放电电流，也就是增大电池内部发热功率，相反减小下桥臂的占空比，可以降低电池包的充放电电流，也就是降低电池内部的发热功率。在整个加热过程中，实时监测电控，电机绕组等相关零部件的状态，如果出现电流、电压、温度的异常情况，立即停止加热，保证加热安全。
作为另一种实施方式，控制方法还包括高频控制模式，控制桥臂变换器调节流经加热电路中的电流值，之前还包括：
步骤S301. 获取电池包的充放电周期以及电池包的充放电周期内加热电路的目标电流波形，其中，电池包的充放电周期包括充电时长和放电时长，充电时长包括加热电路的多个充电周期，放电时长包括加热电路的多个放电周期。
在本步骤中，电池包的充放电周期和加热电路的目标电流波形由电池管理系统给出，电池管理系统中存在预先设置的电池包充放电周期，目标电流波形是指通过控制桥臂变换器调节流经加热电路中的电流值所达到的电流波形，目标电流波形可以满足波形函数，例如，目标电流波形可以是三角波、正弦波等波形，电池包的一个充放电周期分为一个充电时长和一个放电时长，充电时长是指电池包在一个充放电周期内的充电过程消耗的时间，放电时长是指电池包在一个充放电周期内的放电过程消耗的时间。在高频控制模式下，在电池包的一个充放电周期内包括多个充电周期和放电周期，其对应关系是充电时长对应多个充电周期，放电时长对应多个放电周期。
步骤S302.根据目标电流波形获取目标电流波形对应的多个目标等效电流值。
在本步骤中，为了获取目标电流波形，选取符合目标电流波形的多个目标等效电流值，例如，目标电流波形满足正弦函数I=Asinωt，选取符合该函数的时间和电流值。
步骤S303.根据目标等效电流值获取PWM控制信号的占空比，根据电池包的充放电周期和目标等效电流值的数量，获取充电时长包含的充电周期的数量和放电时长包含的放电周期的数量，其中，一个目标等效电流值对应一个充电周期或者一个放电周期。
在本步骤中，根据加热电路的目标等效电流值获取PWM控制信号的占空比，包括：
根据预先存储的目标等效电流值与PWM控制信号的占空比对应关系获取PWM控制信号的占空比。
其中，预先存储的目标等效电流值与PWM控制信号的占空比对应关系表，该对应关系表可以通过多次试验测量获取。
在本步骤中，根据电池包的充放电周期和目标等效电流值的数量，获取充电时长包含的充电周期的数量和放电时长包含的放电周期的数量，包括：
电池包的充放电周期、目标等效电流值的数量、充电时长、放电时长、充电周期、放电周期、充电周期的数量以及放电周期的数量满足以下公式：
T=T1+T2；
T1=N1×t1；
T2=N2×t2；
N=N1+N2；
其中，T为电池包的充放电周期，T1为充电时长，T2为放电时长，t1为加热电路的充电周期，N1为充电周期的个数，t2为加热电路的放电周期，N2为放电周期的个数，N为目标等效电流值的数量。
其中，在充电时长下获取N1个目标等效电流值，其对应获取N1个充电周期，N1个充电周期对应N1个PWM控制信号的占空比；在放电时长下获取N2个目标等效电流值，其对应获取N2个充电周期，N2个充电周期对应N2个PWM控制信号的占空比。
进一步的，控制桥臂变换器调节流经加热电路中的电流值，以调节电池包的内阻产生的热量，包括：
根据加热电路的充电周期及其数量、放电周期及其数量以及PWM控制信号的占空比控制桥臂变换器上下桥臂的开关，调节流经加热电路中的电流值，以调节电池包的内阻产生的热量。
根据充电周期的数量、放电周期的数量以及PWM控制信号的占空比控制桥臂变换器上下桥臂的开关，调节流经加热电路中的电流值，包括：
获取每个充电周期和每个放电周期所对应的目标等效电流值以及PWM控制信号的占空比；
根据PWM控制信号的占空比控制桥臂变换器在每个充电周期和每个放电周期中上下桥臂的开关，调节流经加热电路中的电流值为目标等效电流值。
其中，通过调节每个充电周期和每个放电周期的PWM控制信号的占空比，使加热电路中的电流值为目标等效电流值，最终形成了目标电流波形。
本实施方式中，电池包整个充放电周期内包含桥臂变换器的N个控制周期，控制周期是指充电周期或者放电周期，调整每次功率管的占空比都会改变同一时刻电流的变化方向，增加下桥臂的占空比将使得电池放电电流增加，或者充电电流减小；而减小下桥臂占空比，将使得电池包放电电流减小，或者充电电流增加，通过控制每个电池充放电周期内N次开关控制的平均占空比，可以使得整体的充放电电流增加或者减小。而对每一次开关控制，可以改变局部的电流大小，例如可以使得某点处的电流值增加，或者减小，所以通过对N次开关管占空比的协同控制，可以使得电池的充放电电流呈现出类似的三角波、正弦波、方波等波形。根据实际的控制需求，电池包加热功率需求、以及电池寿命等因素，来选取合适的电流波形，使得控制方便实现，电池稳定性不受影响，而且电池加热功率较大。
进一步的，根据PWM控制信号的占空比控制桥臂变换器在每个充电周期和每个放电周期中上下桥臂的开关，调节流经加热电路中的电流值为目标等效电流值，之后还包括：
获取加热电路中的实际电流值，根据实际电流值与目标等效电流值之间的关系获取当前充电周期或者当前放电周期的占空比修正值，根据占空比修正值对下一个充电周期或者下一个放电周期的占空比进行修正。
其中，当在一个充电周期或者放电周期中调节PWM控制信号的占空比并获取该控制周期中加热电路中的实际电流值，当实际电流值与目标电流值不相符时，获取实际电流值与目标等效电流值之间的电流差值，根据电流值与PWM控制信号占空比之间的对应关系获取电流差值对应的占空比修正值，将占空比修正值与下一个控制周期对应的占空比进行叠加，再对桥臂变换器进行控制。
本实施方式通过实际电流值与目标等效电流值之间的关系获取当前充电周期或者当前放电周期的占空比修正值，根据该占空比修正值调整下一控制周期的占空比，使加热电路的实际电流值符合目标等效电流值，使电流波形更加准确。
本实施方式通过设置高频控制模式，使一个目标电流值对应一个点击控制器的放电周期或者充电周期，通过不断调节每个控制周期的占空比，可以使流经电池包的电流有效值达到任意一个目标电流值，使电流波形可以调整，适应性更强。
下面通过具体的电路结构对高频控制模式的工作过程进行说明：
如图7所示，当控制桥臂变换器101处于高频控制模式时，收到加热指令，进入加热状态，即完成母线电容C1的预充，并闭合开关K1和断开开关K3，此时母线电容C1上电压和电池包103的电压接近，桥臂变换器101的功率管全部处于关闭状态，电机绕组102的绕组电感里几乎没有电流，系统处于准备就绪的状态。
首先进入软启动模式，向桥臂变换器101输出一个极小的PWM控制信号的占空比使加热电路工作，当加热电路工作时，电池包103、开关K1、电机绕组102、桥臂变换器101形成放电储能回路，电池包103、开关K1、电机绕组102、桥臂变换器101、母线电容C1形成放电释能回路；母线电容C1、桥臂变换器101、电机绕组102、开关K1、电池包103形成充电储能回路，电机绕组102、开关K1、电池包103、桥臂变换器101形成充电释能回路，通过向桥臂变换器101输出极小的PWM控制信号的占空比，控制加热电路中的放电储能回路、放电释能回路、充电储能回路以及充电释能回路依次工作，完成软启动。
完成软启动过程后，进入正式加热流程，开始前桥臂变换器101的六个功率管全部断开，先确定电池包103的充放电周期，主要由电池管理系统给出，然后获取需要达到的电流波形I=akt+b，其中t为时间，i为目标等效电流值，a、b为常数，k为系数，如图13所示，设置电池包的充放电周期为T，放电时长为t0，充电时长为T-t0，在放电时长t0内，选取7个目标等效电流值，选取两个等效电流值之间的时间间隔为Δt，根据I(t+Δt)-I(t)获取电流变化量，根据电流变化量获取PWM控制信号的占空比，放电时长对应7个放电周期，每个放电周期对应一个PWM控制信号的占空比，在充电时长内选取4个目标等效电流值，每个充电周期对应一个PWM控制信号的占空比，根据PWM控制信号的占空比调节桥臂变换器使加热电路的电流值为目标等效电流值，使得电池内部的发热功达到预期值，具体包括以下阶段：
第一阶段为放电储能回路工作：如图9所示，桥臂变换器101的下桥臂开通时电流由电池包103的正极流出，经过开关K1、电机绕组102、桥臂变换器101的下桥臂（第二下桥臂VT2、第四下桥臂VT4、第六下桥臂VT6），流回到电池包103的负极，且电流不断增大。
第二阶段为放电续流回路工作：如图10所示，当桥臂变换器101的下桥臂关断，上桥臂开通时，电流由电池包103的正极出发，经过开关K1、电机绕组102、桥臂变换器101的上桥臂（第一上桥二极管VD1、第三上桥二极管VD3、第五上桥二极管VD5）后给母线电容C1正极充电，电流不断减小至零，电感储能降低至零，电池包103和电机绕组102的绕组电感共同放电给母线电容C1充电，母线电容C1的电压升高至某一最大值。
根据7个放电周期对应的7个占空比控制放电储能回路和放电续流回路工作7次，每次增加下桥臂的占空比将使得电池放电电流增加，使放电回路的电流值达到目标电流波形。
第三阶段为充电储能回路工作：如图11所示，控制桥臂变换器101的下桥臂断开，上桥臂闭合，桥臂变换器101的上桥臂开通时，电流由母线电容C1的正极出发，经过桥臂变换器101的上桥臂（第一上桥臂VT1、第三上桥臂VT3、第五上桥臂VT5）、电机绕组102、开关K1后给电池包103的正极充电，电流先增加后不断减小，母线电容C1的电压不断降低。
第四阶段为充电续流回路工作：如图12所示，桥臂变换器101的下桥臂开通时，电流由电池包103的负极流出，经过桥臂变换器101的下桥臂（第二下桥二极管VD2、第四下桥二极管VD4、第六下桥二极管VD6）、电机绕组102、开关K1流回到电池包正极，且电流不断减小，母线电容C1的电压将不断降低。
根据4个充电周期对应的4个占空比控制充电储能回路和充电续流回路工作4次，使充电回路的电流值达到目标电流波形。
作为一种实施方式， 能量转换装置还包括：第四开关模块，第四开关模块的第二端连接母线电容的第一端；充电口，充电口的第一端连接第四开关模块的第一端，充电口的第二端连接电池包的负极；
控制方法还包括：
当接收到进入降压充电模式的指令时，控制第一开关模块、第二开关模块、第四开关模块均导通以及第三开关模块关断，电池包、第二开关模块、第一开关模块、电机绕组、桥臂变换器、母线电容、第四开关模块、充电口与外部供电设备形成降压充电回路。
其中，当能量转换装置的充电口连接高压充电设备时，需要将高压充电设备进行降压后再对电池包进行充电，通过对开关模块进行控制使电池包、第二开关模块、第一开关模块、电机绕组、桥臂变换器、母线电容、第四开关模块、充电口与外部供电设备形成降压充电回路，再通过控制桥臂变换器使外部供电设备和母线电容对电池包进行充电，电机绕组的绕组进行储能，以及使电机绕组的绕组释能以对电池包进行充电，同时电容充电回路也开始工作，外部供电设备对母线电容进行充电，进而使外部供电模块对电池包进行降压充电；此外，通过控制桥臂变换器的PWM控制信号的占空比的大小调节流经降压充电回路中的电流值，控制占空比即相当于控制上桥臂和下桥臂的导通时间，通过控制上桥臂或者下桥臂的导通时间变长或者缩短后，会使加热电路中电流的增加或者减小，进而可以调整外部供电设备对电池包的充电过程，实现对外部供电设备对电池包的降压充电的控制。
作为一种实施方式，如图14所示，控制方法进入降压充电模式后，控制方法包括：
步骤S401. 获取电池包的目标电压和外部供电设备的电压。
其中，对于电池包的目标电压，可以通过与电源管理器通信获取电池包充满电时的目标电压；外部供电设备可以为高压充电柜，对于高压充电柜输出电压的选取，由于高压充电柜输出较高的电压值可以降低充电电流，或者增加充电功率。但是，高压充电柜输出电压值不能超出相关器件的最高耐压值，否则会造成系统损坏。除此之外，高压充电柜输出电压过高会导致桥臂变换器损耗增加，所以需要根据能量转换装置内部器件的耐压能力以及桥臂变换器的损耗情况综合考虑选取合适的电压值。
步骤S402. 根据电池包的目标电压以及外部供电设备的电压控制桥臂变换器，以调节电池包的电压。
在步骤S402中，由于能量转换装置中母线电容与桥臂变换器并联连接，并且电池包与三相交流电机绕组以及桥臂变换器连接，当外部供电设备接入充电口后与母线电容并联，根据电池包的目标电压以及外部供电设备的电压获取控制桥臂变换器的PWM信号的占空比，可以根据电池包的目标电压以及外部供电设备的电压按照预设公式进行计算获取控制三相桥臂的PWM信号的占空比，根据该占空比控制三相桥臂的通断状态，进而得到所需求的电池包的电压。
本实施方式在能量转换装置中通过电机绕组的三相绕组的连接点引出N线，通过N线连接电池包，并且桥臂变换器与母线电容以及外部供电设备并联连接，通过设置该结构可以实现通过调节桥臂变换器中三相桥臂的占空比实现控制外部供电模块对电池包的降压充电，并且当电池包的目标电压确定后，再根据电池包的目标电压和外部供电设备的电压获取控制三相桥臂的占空比，当根据该占空比控制控制三相桥臂的通断状态对外部供电设备输出的电压进行降压控制，进而得到所需求的电池包的电压。
进一步的，作为一种实施方式，如图15所示，步骤S402包括：
步骤S411.根据电池包的目标电压以及外部供电设备的电压获取桥臂变换器的三相电控制脉冲的第一平均占空比。
其中，作为一种实施方式，步骤S411包括：
根据电池包的目标电压以及外部供电设备的电压通过以下公式获取三相电控制脉冲的第一平均占空比：
U1= U2×D0－I R1－I R2，其中，U2为外部供电设备的电压，U1为电池包的目标电压，D0为三相电控制脉冲的第一平均占空比，I为三相电机绕组的输入电流，R1为三相电机绕组的等效阻抗，R2为电池包的内阻。
步骤S412.根据第一平均占空对桥臂变换器的三相桥臂进行控制，以调节母线电容的电压。
在步骤S412，获取第一平均占空比后，即可以获取向三相桥臂输出的每相占空比，其中，三相占空比的平均值为第一平均占空比。
本实施方式根据获取的电池包的目标电压和外部供电模块的电压通过预设公式进行计算，得到三相电控制脉冲的平均占空比，再根据平均占空比控制三相桥臂，实现对外部供电模块输出电压的降压，使电池包的电压得到了提升。
进一步的，作为另一种实施方式，如图16所示，步骤S402之后还包括：
步骤S403. 获取电池包的实际电压，根据电池包的实际电压与目标电压通过PID调节器进行PID控制运算得到三相电控制脉冲的平均占空比变化量。
在步骤S403中，进行PID控制（比例-积分-微分控制）的PID调节器是一个在工业控制应用中常见的反馈回路部件，由比例单元P、积分单元I和微分单元D组成。比例反应系统的当前偏差，通过比例系数可以调节以减小误差，积分反应系统的累计偏差，使系统消除稳态误差，提高无差度，因为有误差，积分调节就进行直至无误差，微分反应系统偏差信号的变化率，具有预见性，能预见偏差变化的趋势，产生超前的控制作用，在偏差还没有形成之前，已被微分调节作用消除，因此可以改善系统的动态性能。
电池包电压的控制是通过对三相电控制脉冲的平均占空比的调节实现，假设电池包目标电压为U*，电池包实际电压为U，则把电压差值(U*-U)输入到PID调节器，经PID调节器计算后输出三相脉冲的平均占空比变化量K(U*-U)，其中，K为比例系数，该比例系数可以根据母线电容的实际电压和供电模块的电压确定。
步骤S404. 根据第一平均占空比和平均占空比变化量得到第二平均占空比。
步骤S405. 根据第二平均占空对三相桥臂进行控制，以调节母线电容的电压。
在步骤S404和步骤S405中，如果电池包实际电压U小于电池包目标电压U*时，PID调节器输出的三相电控制脉冲的平均占空比变化量为平均占空比增量，与第一平均占空比求和后会使第一平均占空比增加，电池包的充电电流增大，进而使得电池包实际电压增加；相反电池包实际电压U大于电池包目标电压U*时，PID调节器输出的三相电控制脉冲的平均占空比为平均占空比减量，与第一平均占空比求和后会使第一平均占空比减小，电池包的充电电流减小，进而使得电池包实际电压降低。
下面通过具体的电路结构对本实施方式进行具体说明，如图7所示，当能量转换装置的充电口处于工作状态时，进入降压充电模式，充电口连接外部供电模块，开关K3、K5、K7断开，开关K1、K2、K4、K6处于导通状态，图7等效为图17，包括以下两个阶段：
第一阶段为充电储能回路工作：如图17所示，控制桥臂变换器101的下桥臂断开，上桥臂闭合，桥臂变换器101的上桥臂开通时，电流由充电口107和母线电容C1的正极出发，经过桥臂变换器101的上桥臂（第一上桥臂VT1、第三上桥臂VT3、第五上桥臂VT5）、电机绕组102、开关K1后给电池包103的正极充电，电流先增加后不断减小，母线电容C1的电压不断降低。
第二阶段为充电续流回路工作：如图18所示，桥臂变换器101的下桥臂开通时，电流由电机绕组102流出，经过开关K1、电池包103、桥臂变换器101的下桥臂（第二下桥二极管VD2、第四下桥二极管VD4、第六下桥二极管VD6），流回电机绕组102。
对于降压充电模式，接通外部供电设备（例如，高压充电柜）后，通过控制电控的IGBT，将较高的充电柜电压降压处理后对电池进行充电，起到降压充电的目的。降压充电可以发挥高压充电桩大功率的优势，加快充电效率，同时，在同样的充电功率下，较高的电压会降低线束的电流值，降低成本，减小发热量。
降压充电的控制方法的关键点是调节充电柜的输出电压和桥臂变换器的三相桥臂的占空比。首先确定充电柜的输出电压值，较高的电压值可以降低充电电流，或者增加充电功率。但是，电压值不能超出相关器件的最高耐压值，否则会造成系统损坏。除此之外，电压过高会导致桥臂变换器损耗增加，所以需要综合考虑选取合适的电压值。然后，对桥臂变换器三相桥臂的IGBT占空比进行控制，增加下桥臂的占空比，则电池包的充电电流减小；减小下桥臂占空比，则电池包的充电电流增大。
本申请实施例三提供一种车辆，包括实施一例所述的能量转换装置。
以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (23)

1.一种能量转换装置，其特征在于，所述能量转换装置包括：
第一开关模块，第一开关模块的第一端连接电池包的第一极性端；
第二开关模块，所述第二开关模块的第一端与所述第一开关模块的第二端连接，所述第二开关模块到所述电池包的距离为L1；
母线电容，所述母线电容的第一端与所述第二开关模块的第二端连接，所述母线电容的第二端与所述电池包的第二极性端连接，所述母线电容到所述第二开关模块的距离为L2；
桥臂变换器，所述桥臂变换器的第一汇流端分别与所述第二开关模块的第二端和母线电容的第一端连接，所述桥臂变换器的第二汇流端与所述母线电容的第二端连接；
电机绕组，所述电机绕组的第一端与所述桥臂变换器连接，所述电机绕组的第二端共接形成中性点；
第三开关模块，第三开关模块的第一端连接所述电机绕组的第二端，第三开关模块的第二端连接所述第一开关模块的第二端；
其中，L1＞L2；
控制器，所述控制器用于控制所述桥臂变换器中至少一相桥臂使所述母线电容与所述电池包进行充电和放电，以使所述电池包的内阻发热。
2.如权利要求1所述的能量转换装置，其特征在于，所述控制器控制所述第一开关模块和所述第二开关模块均导通以及所述第三开关模块关断时，所述电池包、所述第一开关模块、所述第二开关模块、母线电容、所述桥臂变换器、所述电机绕组形成电机驱动电路。
3.如权利要求1所述的能量转换装置，其特征在于，所述控制器控制所述第一开关模块和所述第三开关模块均导通以及所述第二开关模块关断时，所述电池包、所述第一开关模块、所述第三开关模块、所述电机绕组、所述桥臂变换器、所述母线电容形成加热电路。
4.如权利要求3所述的能量转换装置，其特征在于，所述加热电路包括放电储能阶段、放电释能阶段、充电储能阶段以及充电释能阶段；
当所述加热电路处于放电储能阶段时，所述电池包、所述第一开关模块、所述第三开关模块、所述电机绕组、所述桥臂变换器的下桥臂形成放电储能回路；
当所述加热电路处于放电释能阶段时，所述电池包、所述第一开关模块、所述第三开关模块、所述电机绕组、所述桥臂变换器的上桥臂、所述母线电容形成放电释能回路；
当所述加热电路处于充电储能阶段时，所述母线电容、所述桥臂变换器的上桥臂、所述电机绕组、所述第三开关模块、所述第一开关模块、所述电池包形成充电储能回路；
当所述加热电路处于充电释能阶段时，所述电机绕组、所述第三开关模块、所述第一开关模块、所述电池包、所述桥臂变换器的下桥臂形成充电释能回路。
5.如权利要求3所述的能量转换装置，其特征在于，所述能量转换装置还包括：
第四开关模块，所述第四开关模块的第二端连接所述母线电容的第一端；
充电口，所述充电口的第一端连接所述第四开关模块的第一端，所述充电口的第二端连接所述电池包的负极；所述电池包的负极为所述电池包的第二极性端；
所述控制器控制所述第三开关模块、所述第一开关模块、所述第四开关模块均导通以及所述第二开关模块关断时，所述电池包、所述第一开关模块、所述第三开关模块、所述电机绕组、所述桥臂变换器、所述母线电容、所述第四开关模块、所述充电口与外部供电设备形成降压充电回路。
6.如权利要求5所述的能量转换装置，其特征在于，所述能量转换装置还包括隔离模块，所述隔离模块的第一端连接所述充电口的第一端，所述隔离模块的第二端连接所述母线电容的第一端；
所述控制器控制所述加热电路工作的过程中，控制所述隔离模块使外部供电设备通过所述充电口对所述母线电容进行充电。
7.如权利要求6所述的能量转换装置，其特征在于，所述隔离模块包括：
开关元件，所述开关元件的第一端与所述充电口的第一端连接，
隔离元件，所述隔离元件的第一端与所述开关元件的第二端连接，所述隔离元件的第二端与所述母线电容的第一端连接；
其中，所述隔离元件为二极管，所述二极管的阳极为所述隔离元件的第一端，所述二极管的阴极为所述隔离元件的第二端；
或者，所述隔离元件为电感，所述电感的第一端为所述隔离元件的第一端，所述电感的第二端为所述隔离元件的第二端。
8.一种基于权利要求1所述的能量转换装置的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：
当接收到进入加热模式的指令时，控制所述第一开关模块和所述第三开关模块均导通以及所述第二开关模块关断，并控制所述桥臂变换器中至少一相桥臂使所述母线电容与所述电池包进行充电和放电，以使所述电池包的内阻发热。
9.如权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述控制所述桥臂变换器中至少一相桥臂使所述母线电容与所述电池包进行充电和放电，以使所述电池包的内阻发热，包括：
控制所述桥臂变换器的各路桥臂的上桥臂和下桥臂交替导通，调节所述母线电容与所述电池包进行充电和放电的电流值，以调节所述电池包的内阻产生的热量。
10.如权利要求9所述的控制方法，其特征在于，所述控制所述桥臂变换器的各路桥臂的上桥臂和下桥臂交替导通，之前还包括：
获取所述电池包的充放电周期和加热电路的目标等效电流值；
根据所述电池包的充放电周期获取所述加热电路的充放电周期，根据所述加热电路的目标等效电流值获取PWM控制信号的占空比；
所述控制所述桥臂变换器调节流经所述加热电路中的电流值，以调节所述电池包的内阻产生的热量，包括：
根据所述加热电路的充放电周期以及所述PWM控制信号的占空比控制所述桥臂变换器上下桥臂的开关，调节流经所述加热电路中的电流值，以调节所述电池包的内阻产生的热量。
11.如权利要求10所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述电池包的充放电周期获取所述加热电路的充放电周期，包括：
将所述电池包的充放电周期设置为所述加热电路的充放电周期；
所述根据所述加热电路的目标等效电流值获取PWM控制信号的占空比，包括：
根据预先存储的目标等效电流值与所述PWM控制信号的占空比对应关系获取所述PWM控制信号的占空比。
12.如权利要求9所述的控制方法，其特征在于，所述控制所述桥臂变换器的各路桥臂的上桥臂和下桥臂交替导通，之前还包括：
获取所述电池包的充放电周期以及所述电池包的充放电周期内加热电路的目标电流波形，其中，所述电池包的充放电周期包括充电时长和放电时长，所述充电时长包括所述加热电路的多个充电周期，所述放电时长包括所述加热电路的多个放电周期；
根据所述目标电流波形获取所述目标电流波形对应的多个目标等效电流值；
根据所述目标等效电流值获取PWM控制信号的占空比，根据所述电池包的充放电周期和所述目标等效电流值的数量，获取所述充电时长包含的充电周期的数量和所述放电时长包含的放电周期的数量，其中，一个目标等效电流值对应一个充电周期或者一个放电周期。
13.如权利要求12所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述电池包的充放电周期和所述目标等效电流值的数量，获取所述充电时长包含的充电周期的数量和所述放电时长包含的放电周期的数量，包括：
所述电池包的充放电周期、所述目标等效电流值的数量、所述充电时长、所述放电时长、所述充电周期、所述放电周期、所述充电周期的数量以及所述放电周期的数量满足以下公式：
T＝T1+T2；
T1＝N1×t1；
T2＝N2×t2；
N＝N1+N2；
其中，T为所述电池包的充放电周期，T1为所述充电时长，T2为所述放电时长，t1为所述加热电路的充电周期，N1为充电周期的个数，t2为所述加热电路的放电周期，N2为放电周期的个数，N为目标等效电流值的数量。
14.如权利要求12所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述加热电路的目标等效电流值获取PWM控制信号的占空比，包括：
根据预先存储的目标等效电流值与所述PWM控制信号的占空比对应关系获取所述PWM控制信号的占空比。
15.如权利要求14所述的控制方法，其特征在于，所述控制所述桥臂变换器的各路桥臂的上桥臂和下桥臂交替导通，包括：
根据所述加热电路的充电周期及其数量、放电周期及其数量以及所述PWM控制信号的占空比控制所述桥臂变换器上下桥臂交替导通。
16.如权利要求15所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述充电周期的数量、所述放电周期的数量以及所述PWM控制信号的占空比控制所述桥臂变换器上下桥臂交替导通，包括：
获取每个充电周期和每个放电周期所对应的目标等效电流值以及PWM控制信号的占空比；
根据所述PWM控制信号的占空比控制所述桥臂变换器在每个充电周期和每个放电周期中上下桥臂交替导通。
17.如权利要求16所述的控制方法，其特征在于，还包括：根据所述PWM控制信号的占空比控制所述桥臂变换器在每个充电周期和每个放电周期中上下桥臂交替导通，之后还包括：
获取所述加热电路中的实际电流值，根据所述实际电流值与目标等效电流值之间的关系获取当前充电周期或者当前放电周期的占空比修正值，根据所述占空比修正值对下一个充电周期或者下一个放电周期的占空比进行修正。
18.如权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述能量转换装置还包括：第四开关模块，所述第四开关模块的第二端连接所述母线电容的第一端；充电口，所述充电口的第一端连接所述第四开关模块的第一端，所述充电口的第二端连接所述电池包的负极；所述电池包的负极为所述电池包的第二极性端；
所述控制方法还包括：
当接收到进入降压充电模式的指令时，控制所述第一开关模块、所述第二开关模块、所述第四开关模块均导通以及所述第三开关模块关断，所述电池包、所述第二开关模块、所述第一开关模块、所述电机绕组、所述桥臂变换器、所述母线电容、所述第四开关模块、所述充电口与外部供电设备形成降压充电回路。
19.如权利要求18所述的控制方法，其特征在于，当进入降压充电模式后，所述控制方法包括：
获取所述电池包的目标电压和所述外部供电设备的电压；
根据所述电池包的目标电压以及所述外部供电设备的电压控制所述桥臂变换器，以调节所述电池包的电压。
20.如权利要求19所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述电池包的目标电压以及所述外部供电设备的电压控制所述桥臂变换器，以调节所述电池包的电压，包括：
根据所述电池包的目标电压以及所述外部供电设备的电压获取所述桥臂变换器的三相电控制脉冲的第一平均占空比；
根据所述第一平均占空对所述桥臂变换器的三相桥臂进行控制，以调节所述母线电容的电压。
21.如权利要求20所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述电池包的目标电压以及所述外部供电设备的电压获取所述桥臂变换器的三相电控制脉冲的第一平均占空比，包括：
根据所述电池包的目标电压以及所述外部供电设备的电压通过以下公式获取三相电控制脉冲的第一平均占空比：
U1＝U2×D0-IR1-IR2，其中，U2为外部供电设备的电压，U1为电池包的目标电压，D0为三相电控制脉冲的第一平均占空比，I为所述电机绕组的输入电流，R1为所述电机绕组的等效阻抗，R2为电池包的内阻。
22.如权利要求21所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述电池包的目标电压以及所述外部供电设备的电压获取所述桥臂变换器的三相电控制脉冲的第一平均占空比，之后还包括：
获取所述电池包的实际电压，根据所述电池包的实际电压与目标电压通过PID调节器进行PID控制运算得到三相电控制脉冲的平均占空比变化量；
根据所述第一平均占空比和所述平均占空比变化量得到第二平均占空比；
根据所述第二平均占空比对所述三相桥臂进行控制，以调节所述电池包的电压。
23.一种车辆，其特征在于，所述车辆包括权利要求1至7任意一项所述的能量转换装置。
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