CN112224064A - 一种能量转换装置、动力系统及车辆 - Google Patents

Abstract

本申请属于电子技术领域，尤其涉及一种能量转换装置、动力系统及车辆。在本申请中，通过采用包括电机线圈、桥臂变换器、双向桥臂、第一电容、以及双向DC模块的集驱动和充电功能的能量转换装置，使得该能量转换装置可工作于驱动模式、直流充电模式以及交流充电模式，进而实现采用同一系统进行车辆的电机驱动和电池充电的同时，达到电容复用的目的，元器件复用程度高，系统集成度高且结构简单，从而降低了系统成本，减小了系统体积，并且可对第一电容两端的电压进行预充，解决了现有的电机驱动与充电系统总体电路存在的结构复杂、集成度低、体积大、成本高以及电容预充时热损耗大的问题。

Description

一种能量转换装置、动力系统及车辆

技术领域

本申请属于电子技术领域，尤其涉及一种能量转换装置、动力系统及车辆。

背景技术

随着电动汽车的发展和快速普及，电动汽车的电机控制和电池充电变得越来越重要。目前，现有的电动汽车的电机驱动、电池的交流充电以及电池的直流充电都是独立分开的，并且为了保证充电功率或者是驱动正常进行，通常需要在驱动电路、直流充电电路以及交流充电电路中设置一个电容。

然而，虽然上述方法可有效保障车辆的电机驱动和电池充电正常进行，但是由于上述方法中电机驱动电路和电池充电电路彼此独立、且不相关，并且每个电路需要单独设置电容，因此上述方法电路结构复杂、集成度低、体积大且成本高。

此外，上述方法中不管是驱动电路中的电容，或者是充电电路中的电容，当有电流接入时，将会向电容C1充电，而由于此时回路阻抗下，将会导致接入的电源到电容的压差较大，从而使得电路产生过大的电流，如此将会损坏电路，为了解决该问题，现有技术通过在电源侧增加两个接触器和一个预充电阻，以对电容进行预充。然而，虽然该方法可以对电容两端的电压进行预充，但是由于其需要设置额外的接触器和预充电阻，因此增大了电路成本；此外，上述预充方法的原理是将电流转换成热量进行预充，如此将造成热损耗。

综上所述，现有技术存在电机驱动与充电系统总体电路结构复杂、集成度低、体积大、成本高以及电容预充时热损耗大的问题。

发明内容

本申请的目的在于提供一种能量转换装置、动力系统及车辆，旨在解决现有的电机驱动与充电系统总体电路存在结构复杂、集成度低、体积大、成本高以及电容预充时热损耗大的问题。

本申请是这样实现的，一种能量转换装置，包括电机线圈、桥臂变换器、双向桥臂、第一电容以及双向DC模块；

所述桥臂变换器分别与所述电机线圈、所述双向桥臂连接；

所述电机线圈、所述桥臂变换器以及所述双向桥臂均与外部的充电口连接，所述桥臂变换器以及所述双向桥臂均与外部的电池连接；

所述第一电容C1与双向桥臂并联；

所述双向DC模块包括第一直流端和第二直流端，所述第一直流端与所述第一电容连接，所述第二直流端与外部的蓄电池连接；

所述电机线圈、所述桥臂变换器和所述第一电容与外部的充电口形成直流充电电路以对外部的电池充电；

所述电机线圈、所述桥臂变换器、所述双向桥臂和所述第一电容与外部的充电口形成交流充电电路以对外部的电池充电；

所述电机线圈、所述桥臂变换器和所述第一电容与外部的电池形成电机驱动电路；

所述第一电容、所述双向DC模块以及所述蓄电池形成电压预充回路，以在所述第一电容满足预充条件时，对所述第一电容两端的电压进行预充。

本申请的另一目的在于提供一种动力系统，包括上述能量转换装置和控制模块，在所述第一电容满足预充条件时，所述控制模块控制能量转换装置对所述第一电容两端的电压进行预充。

本申请的另一目的在于提供一种车辆，包括上述动力系统。

在本申请中，通过采用包括电机线圈、桥臂变换器、双向桥臂、第一电容、以及双向DC模块的集驱动和充电功能的能量转换装置，使得该能量转换装置可工作于驱动模式、直流充电模式以及交流充电模式，进而实现采用同一系统进行车辆的电机驱动和电池充电的同时，达到电容复用的目的，元器件复用程度高，系统集成度高且结构简单，从而降低了系统成本，减小了系统体积，并且可对第一电容两端的电压进行预充，解决了现有的电机驱动与充电系统总体电路存在的结构复杂、集成度低、体积大、成本高以及电容预充时热损耗大的问题。

附图说明

图1是本申请第一实施例所提供的能量转换装置的模块结构示意图；

图2是本申请第二实施例所提供的能量转换装置的部分电路结构示意图；

图3是本申请第三实施例所提供的能量转换装置的部分电路结构示意图；

图4是本申请第四实施例所提供的能量转换装置的电路结构示意图；

图5是本申请第五实施例所提供的能量转换装置的电路结构示意图；

图6是本申请第六实施例所提供的能量转换装置的模块结构示意图；

图7是本申请第七实施例所提供的能量转换装置的电路结构示意图；

图8是本申请第八实施例所提供的能量转换装置的电路结构示意图；

图9是图1至图8所示的能量转换装置的桥臂变换器的工作时序示意图；

图10是本申请第九实施例所提供的能量转换装置的电流路径示意图；

图11是本申请第九实施例所提供的能量转换装置的另一电流路径示意图。

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。

以下结合具体附图对本申请的实现进行详细的描述：

图1示出了本申请第一实施例所提供的能量转换装置的模块结构，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

如图1所示，本申请实施例所提供的能量转换装置包括电机线圈11、桥臂变换器12、双向桥臂13、第一电容C1以及双向DC模块15。

其中，桥臂变换器12分别与电机线圈11、双向桥臂13连接；

电机线圈11、桥臂变换器12以及双向桥臂13均与外部的充电口10连接，桥臂变换器12以及双向桥臂13均与外部的电池200连接；

第一电容C1与双向桥臂13并联；

双向DC模块15包括第一直流端和第二直流端，第一直流端与第一电容C1连接，第二直流端与外部的蓄电池300连接。

具体的，电机线圈11、桥臂变换器12和第一电容C1与外部的充电口10形成直流充电电路以对外部的电池200充电；

电机线圈11、桥臂变换器12、双向桥臂13和第一电容C1与外部的充电口10形成交流充电电路以对外部的电池200充电；

电机线圈11、桥臂变换器12和第一电容C1与外部的电池200形成电机驱动电路；

第一电容C1、双向DC模块15以及蓄电池300形成电压预充回路，以在第一电容C1满足预充条件时，对第一电容C1两端的电压进行预充。

具体的，在本申请实施例中，第一电容C1满足预充条件指的是车辆处于OFF档位且检测到充电枪连接时的状态，或者是车辆处于OK档位且车辆处于驱动时的的状态。当第一电容C1在车辆的充电或者是驱动状态时，为了降低其与电源测(供电设备)之间的压差，因此需要对第一电容C1两端的电压进行预充处理；此外，具体实施时，双向DC模块15可采用现有的车载充电器实现。

在本实施例中，通过采用第一电容、双向DC模块以及蓄电池形成电压预充回路，以在第一电容满足预充条件时，对第一电容两端的电压进行预充，并且双向DC模块采用现有的车载充电器实现，其无需重新设置额外的电路对电容的电压进行预充，从而降低了电路成本，并且消除了电容预充过程中的热损耗，解决了现有的电容预充方法存在成本高且具有热损耗的问题。

具体实施时，该能量转换装置用于直流充电或者交流充电时，该能量转换装置可通过充电口10与外部的直流电源或交流电源连接，所述直流电源可以是外部交流电源通过充电口再经过整流后获得的直流电，也可以是外部直流电源通过充电口输入的直流电，所述交流电源可以是外部直流电源通过充电口再经过逆变后获得的交流电，也可以是外部交流电源通过充电口输入的交流电，此处不做具体限制。

另外，当该能量转换装置工作于直流充电模式或者交流充电模式时，第一电容C1在电池200的直流充电过程中或者交流充电过程中，除了对桥臂变换器12或者桥臂变换器12和双向桥臂13输出的电压进行滤波外，并可根据桥臂变换器12或者桥臂变换器12和双向桥臂13输出的电压进行储能，以完成电池200的直流充电或交流充电。

在本实施例中，通过在能量转换装置中设置第一电容C1，使得该第一电容C1在对桥臂变换器12或者桥臂变换器12和双向桥臂13输出的电压进行滤波外，同时可根据桥臂变换器12或者桥臂变换器12和双向桥臂13输出的电压进行储能，以完成电池200的直流充电或交流充电，以此保证能量转换装置的正常充电功能外，还可保障其他杂波不会对充电过程进行干扰；此外，电容C1在能量转换装置工作于电机驱动模式时，可以充当电机控制器电容使用，如此则使得该电容C1即可以作为PFC电容使用，也可以充当电机控制器电容复用，提高了能量转换装置中电子元件的利用率的同时简化了能量转换装置的结构。

此外，需要说明的是，具体工作时，该能量转换装置不仅可以工作于上述的驱动模式、直流充电模式以及交流充电模式，其还可以工作于直流放电模式、交流放电模式、驱动放电模式、应急模式等，此处不再赘述。

另外，在本申请中，本实施例中所描述的“外部的电池”和“外部的充电口”是相对于能量转换装置而言的“外部”，并不是能量转换装置所在车辆的“外部”。

在本实施例中，通过采用包括电机线圈、桥臂变换器、双向桥臂和第一电容的集驱动和充电功能的能量转换装置，使得该能量转换装置可工作于驱动模式、直流充电模式以及交流充电模式，进而实现采用同一系统进行车辆的电机驱动和电池充电，并且电容的复用即可以提高直流充电时的电源转换效率及能量利用率，又可以减小交流充电时电网侧谐波电流所产生的噪声，以及对电网造成的污染，提高电网供电质量，并且在驱动可吸收由桥臂变换器产生的高频开关频率及高次谐波，通过桥臂变换器升压储能后，保证桥臂变换器有稳定的纯净的直流母线电压，元器件复用程度高，系统集成度高且结构简单，从而降低了系统成本，减小了系统体积。

另外，在实现采用同一系统进行车辆的电机驱动和电池充电的同时，本申请提供的能量转换装置可对第一电容两端的电压进行预充，解决了现有的电机驱动与充电系统总体电路存在的结构复杂、集成度低、体积大、成本高以及电容预充时热损耗大的问题。

此外，由于现有的交流充电系统和直流充电系统两者之间的充电功率差距较大，因此两个充电系统的电路拓扑差别较大，一般两个系统独立设置，复用程度较低，而本申请示出的能量转换装置的通用性强，其无论是面对直流充电站或是交流充电站，该能量转换装置均可以进行充电，降低了系统成本，减小了系统体积，解决了现有的交流充电系统和直流充电系统总体结构复杂，复用程度低的问题。

进一步地，桥臂变换器12可实现双向换流，当能量转换装置工作于驱动模式，桥臂变换器12作为三相逆变功能，实现电机控制器所起的作用。当能量转换装置工作于交流充电模式，桥臂变换器12起到整流和功率校正的功能，当能量转换装置工作于直流充电模式，桥臂变换器12起到直流升压功能。

在相关技术中，实现交流充电需要采用交流充电模块，实现直流充电需要采用直流充电模块，实现电机驱动需要采用逆变模块，没有任何一个相关技术将这三种功能集成在一个模块中，因而导致电路结构复杂、集成度低、体积大且成本高。本申请创造性地将这三个功能集成在同一电路中，实现了多个元器件的功能复用，功能集成以后，相比流充电模块、交流充电模块、逆变模块相互独立的分体式产品。

进一步地，电机线圈11、桥臂变换器12、双向桥臂13实现了功能复用。在电机驱动电路中，电机线圈11作用在于通电后产生感应电动势，桥臂变换器12作用在于实现三相逆变功能；在交流充电电路中，电机线圈11作用在于充当PFC电路中的电感，桥臂变换器12作用在于充当PFC电路中的一组桥臂，双向桥臂13充当PFC电路中的另一组桥臂；在直流充电电路中，电机线圈11作用在于一方面充当升压DC中的升压电感，另一方面减少电路中的纹波，桥臂变换器12作用在于充当升压DC中的桥臂。

另外，在现有的技术中，交流充电系统和直流充电系统是独立设置的，复用程度低，造成了两个系统体积较大，成本较高，而本申请的能量转换装置既可以实现交流充电功能，也可以实现直流充电功能，实现了功能复用，即本申请的电机线圈和桥臂变换器均参与交流充电和直流充电，实现了元器件的复用，进而通过功能复用和元器件复用解决了现有技术中结构复杂、复用程度低，成本高、体积大的问题。

进一步地，由于交流充电时一般采用家用插排，并且常用的交流电源功率一般为七千瓦(kW)，而直流充电一般采用的是专业充电桩，其功率一般为60kW至150kW，且大于100kW以上的快速直流充电桩是一种发展趋势，此外，电机驱动时的功率一般在100kW左右，因此从上述描述可以得知，车辆在电机驱动、直流充电以及交流充电这三种情况下的功率等级差异很大，而功率差异对于开关管的选择至关重要。

对于开关管而言，由于大功率的开关管比小功率的开关管价格昂贵，因此基于能量转换装置工作于电机驱动模式、直流充电模式以及交流充电模式时所需要的不同功率考虑，桥臂变换器12中的开关管的类型与双向桥臂13中的开关管的类型不同，即双向桥臂13和桥臂变换器12采用不同功率等级的开关管，在一个实施例中，桥臂变换器12采用的开关管功率等级大于双向桥臂13采用的开关管功率等级。例如：在同类型的开关管中，桥臂变换器12采用高电流等级的MOSFET开关管，双向桥臂13采用低电流等级的MOSFET开关管；或例如：在不同类型开关管中，桥臂变换器12采用大功率的IGBT开关管，双向桥臂13采用小功率的MOSFET开关管。具体的，在本实施例中，由于直流充电和电机驱动等大功率模式均用到桥臂变换器12，因此本实施例中桥臂变换器12采用大功率的IGBT开关管实现，或高电流等级的MOSFET开关管实现，而由于双向桥臂13主要工作于交流充电时，因此双向桥臂13可采用小功率的MOSFET实现，如此在保证能量转换装置有效工作的同时可减少电路成本。

另一方面，由于交流充电时，双向桥臂13所需的开关频率较高(比如60kHz)，因此需要采用可实现高频工作时效率较高的MOSFET开关管或碳化硅MOSFET开关管，而由于桥臂变换器121具有三相桥臂，并且其工作方式为三相交错控制，因此桥臂变换器12的开关管所需频率较低，故桥臂变换器12中的开关管类型与双向桥臂13中的开关管类型不同，例如：桥臂变换器12中的开关管类型为低频工作时效率较高的IGBT开关管。

此外，当能量转换装置工作于交流充电模式或直流充电模式时，桥臂变换器12采用的三相交错控制工作方式可使得该能量转换装置在充电时，直流侧纹波减小，且充电功率增大。

在将本申请中的能量转换装置用于交直流充电性能测试时，发明人提出提高能量转换装置整体感量以提高充电效率的设计构思，发明人通过研究电机结构发现提高电机线圈感量是可行的方式之一。

进一步地，作为本申请一种实施方式，如图2所示，电机线圈包括三相绕组，每一相绕组包括N个线圈支路，每一相绕组中的N个线圈支路的第一端共接后与桥臂变换器12连接，每一相绕组中的N个线圈支路的第二端与其他两相绕组中的N个线圈支路的第二端一一对应连接，以形成N个中性点，充电口10与M个中性点连接；其中，N为大于1的整数，M为小于N的正整数。

具体的，在图2中，以M的数值为2，N的数值为4为例对本申请的电机线圈11的具体结构进行说明，即四个中性点中有两个中性点与充电口10连接；需要说明的是，本实施例中仅以4为例对电机线圈11的每一相绕组中包括的线圈支路个数进行说明，其并不对具体的线圈支路个数造成限制。

下面将通过具体示例对电机线圈11的三相绕组进行详细说明，详述如下：

具体的，如图2所示，电机线圈11包括U相绕组、V相绕组以及W相绕组，并且U相绕组、V相绕组以及W相绕组均包括N个线圈支路。

进一步地，如图2所示，U相绕组中的N个线圈支路的第一端共接后与桥臂变换器12的第一相桥臂连接，V相绕组中的N个线圈支路的第一端共接后与桥臂变换器12的第二相桥臂连接，W相绕组中的N个线圈支路的第一端共接后与桥臂变换器12的第三相桥臂连接，并且U相绕组、V相绕组以及W相绕组中每一相绕组的N个线圈支路的第二端与其他两相绕组中的N个线圈支路的第二端一一对应连接，以形成N个中性点N1、N2、N3.......N，并且该N个中性点可直接与充电口10连接，也可以通过其他连接电路与充电口10连接，本实施例中以N个中性点中的M个中性点直接与充电口10连接进行示例说明，并且后续将对连接电路进行详细说明，此处不再赘述。

在本实施例中，相比电机线圈的所有的中性点均与充电口连接，本实施例中，将部分的中性点与充电口连接，导致并联的电机线圈减少，电机线圈的等效感量增加，能量转换装置的整体感量增加，从而提升了充电效率。

在另一个实施例中，发明人综合考虑充电功率和充电效率因素，充电功率和电机线圈的过流能力正相关，并联的电机线圈越多，过流能力越强；充电效率和电机线圈的感量大小负相关，并联的电机线圈越少，电机线圈感量越大。本实施例通过采用每相绕组均包括N个线圈支路的电机线圈11，使得该能量转换装置可以通过改变电机线圈11的电感值实现不同功率下的直流充电或交流充电，进而实现该能量转换装置的充电功率可通过电感值调节的目的。

进一步地，作为本申请一种实施方式，如图3所示，该能量转换装置还包括中性点开关130。其中，该中性点开关130用于控制电机线圈11的N个中性点中的M个中性点与充电口10连接。

具体实施时，中性点开关130可采用N个单刀单掷开关实现，也可以采用多个单刀双掷的开关实现。当中性点开关130采用N个单刀单掷实现时，该N个单刀单掷开关的第一端与电机线圈11的N个中性点一一对应连接，而该N个单刀单掷开关的第二端均与充电口10连接。当中性点开关10采用多个单刀双掷开关实现时，该多个单刀双掷开关的动端均与充电口10连接，而每一个单刀双掷开关的两个不动端则根据需要与电机线圈11中的两个中性点一一对应连接。此外，中性点开关10还可以采用单刀多掷开关实现，该单刀多掷开关的动端与充电口10连接，而单刀多掷开关的各个不动端则根据需要分别与电机线圈11中的中性点一一对应连接。

在本实施例中，通过在能量转换装置中增加中性点开关130，通过中性点开关选择性的通断，使得该中性点开关130将充电口10与电机线圈11的N个中性点中的M个中性点连接起来，进而便于该能量转换装置根据需要将中性点开关130中的开关进行导通或者关断，从而在电机线圈11的三相绕组中选择不同数目的线圈支路，以此实现对充电功率的调节。

进一步地，作为本申请一种实施方式，如图4所示，能量转换装置还包括开关模块14。

其中，开关模块14的一端与充电口10连接，另一端分别与电机线圈11、桥臂变换器12以及双向桥臂13连接，开关模块14用于切换驱动模式、直流充电模式和交流充电模式。

在本实施例中，通过在能量转换装置中增加开关模块14，使得该开关模块14可便于能量转换装置在驱动模式、直流充电模式以及交流充电模式之间进行切换，有效防止该能量转换装置因无法进行准确的模式切换自身发生故障的弊端发生，提高了能量转换装置的可靠性。

进一步地，作为本申请一种实施方式，如图4所示，充电口10包括直流充电口101与交流充电口102；开关模块14包括第一开关单元141与第二开关单元142。

其中，直流充电口101、第一开关单元141、电机线圈11、桥臂变换器12以及电池200形成直流充电电路；交流充电口102、第二开关单元142、电机线圈11、桥臂变换器12、双向桥臂13以及电池200形成交流充电电路。

在本实施例中，通过采用由直流充电口101和交流充电口102构成的充电口10，以及采用由第一开关单元141和第二开关单元142构成的开关模块14，使得能量转换装置工作在直流充电模式或交流充电模式时，具有不同模式对应的充电电路，进而使得直流充电电路和交流充电电路不会发生干扰，电路可靠性强，稳定性高。

进一步地，作为本申请一种实施方式，如图4所示，第一开关单元141包括第一开关K1和第二开关K2，第一开关K1的一端与直流充电口101连接，另一端与电机线圈11连接；第二开关K2的一端与直流充电口101连接，另一端与桥臂变换器12连接；第二开关单元142包括第三开关K3和第四开关K4，第三开关K3的一端与交流充电口102连接，另一端与电机线圈11连接，第四开关K4的一端与交流充电口102连接，另一端与双向桥臂13连接，具体的与双向桥臂13的中点连接。

具体的，请再次参考图4，在本实施例中，具体实施时，第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3以及第四开关K4均采用单刀单掷开关实现，并且第一开关K1的第一端和第二开关K2的第一端均与直流充电口101连接，第一开关K1的第二端与电机线圈11的中性点连接，而第二开关K2的第二端与桥臂变换器12的负端连接。同样的，第三开关K3的第一端和第四开关K4的第一端均与交流充电口102连接，第三开关K3的第二端和电机线圈11的中性点连接，而第四开关K4的第二端与双向桥臂13的中点连接。

具体实施时，当能量转换装置工作于驱动模式时，则第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3以及第四开关K4均断开，此时电池200、桥臂变换器12以及电机线圈11形成电机驱动回路；当能量转换装置工作于直流充电模式时，则第一开关K1和第二开关K2闭合，第三开关K3和第四开关K4断开，此时直流充电口101、第一开关K1和第二开关K2、电机线圈11、桥臂变换器12以及电池200形成直流充电回路；当能量转换装置工作于交流充电模式时，则第三开关K3和第四开关K4闭合，第一开关K1和第二开关K2断开，此时交流充电口101、第三开关K3和第四开关K4、电机线圈11、桥臂变换器12、双向桥臂13以及电池200形成交流充电回路。

进一步地，作为本申请另一种实施方式，如图5所示，充电口10包括交直流充电口，开关模块14包括第三开关单元143、第四开关单元144。其中，第三开关单元143的一端与交直流充电口103连接，另一端与电机线圈11连接，第四开关单元144的一端连接交直流充电口103，第四开关单元144的另一端与桥臂变换器12或者双向桥臂13连接。

具体实施时，第三开关单元143的第一端连接交直流充电口103，第三开关单元143的第二端连接电机线圈11的中性点，而第四开关单元144的一端连接交直流充电口103，第四开关单元的另一端选择性连接桥臂变换器12的负端或者双向桥臂13的中点。

进一步地，当第四开关单元144与桥臂变换器12连接时，交直流充电口103、第三开关单元143、第四开关单元144、电机线圈11、桥臂变换器12以及电池200形成直流充电电路；当第四开关单元144与双向桥臂13连接时，交直流充电口103、第三开关单元143、第四开关单元144、电机线圈11、桥臂变换器12、双向桥臂13以及电池形成交流充电电路。

在本实施例中，通过采用由交直流充电口103构成的充电口10，以及采用由第三开关单元143和第四开关单元144构成的开关模块14，使得能量转换装置工作在直流充电模式或交流充电模式时，外部的交流电源或者直流电源均可通过该交直流充电口10向能量转换装置提供充电能量，并且第四开关单元144使得能量转换装置具有不同模式对应的直流充电电路或交流充电电路，进而使得直流充电电路和交流充电电路不会发生干扰，电路可靠性强，稳定性高，并且电路集成度高。

进一步地，作为本申请一种实施方式，如图5所示，第三开关单元143包括第五开关K5，第五开关K5的一端与交直流充电口103连接，另一端和电机线圈11的中性点连接。第四开关单元144包括单刀双掷开关K6，单刀双掷开关K6包括一个动端和两个不动端，该动端与交直流充电口103连接，一个不动端与桥臂变换器12连接，另一个不动端和双向桥臂13的中点连接；或者，第四开关单元144包括两个开关，一个开关的一端与交直流充电口103连接，另一端和桥臂变换器12连接；另一个开关的一端与交直流充电口103连接，另一端与双向桥臂13连接。

需要说明的是，图5是以第四开关单元144采用单刀双掷开关K6实现为例进行说明的，而当第四开关单元144采用两个单刀单掷开关实现时，该两个个单刀单掷开关的第一端均与交直流充电口连接，而第一个单刀单掷开关的第二端与桥臂变换器12的负端连接，第二个单刀单掷开关的第二端与双向桥臂13的中点连接。

此外，具体实施时，当能量转换装置工作于驱动模式时，则第五开关K5和单刀双掷开关均断开，此时电池200、桥臂变换器12以及电机线圈11形成电机驱动回路；当能量转换装置工作于直流充电模式时，则第五开关K5闭合，而单刀双掷开关K6的第一个不动端闭合，此时交直流充电口103、第五开关K5和单刀双掷开关K6、电机线圈11、桥臂变换器12以及电池200形成直流充电回路；当能量转换装置工作于交流充电模式时，则第五开关K5闭合，而单刀双掷开关的第二个不动端闭合，此时交直流充电口103、第五开关K5和单刀双掷开关K6、电机线圈11、桥臂变换器12、双向桥臂13以及电池200形成交流充电回路。

在本实施例中，通过采用开关K5和单刀双掷开关K6，使得该开关K5和单刀双掷开关K6可替代另一实施例中的第一开关K1至第四开关K4，进而在实现驱动模式、直流充电模式以及交流充电模式三者之间的切换时，减少了开关模块14所用的电子元件，从而减少了能量转换装置的电子元件数量，降低了能量转换装置的成本的同时，电路结构更为简单。

进一步地，作为本申请一种实施方式，如图6所示，开关模块还包括第五开关单元145，第五开关单元145的一端与电池200连接，另一端分别与桥臂变换器12以及双向桥臂13连接。

在本实施例中，通过在开关模块中增设第五开关单元145，并且使得电池200通过该第五开关单元145与桥臂变换器12以及双向桥臂13连接，进而使得该能量转换装置在前端电路发生故障(例如开关模块14、电机线圈11、桥臂变换器12以及双向桥臂13任一个发生故障)时，可通过控制第五开关单元145的方式避免电池200受损，提高了电池200的使用寿命。

进一步地，作为本申请一种实施方式，如图7所示，第五开关单元145包括开关K7和开关K8。其中，开关K7的第一端和电池200的正端连接，开关K8的第一端和电池200的负端连接，而开关K7的第二端与桥臂变换器12的正端以及双向桥臂13的正端连接，开关K8的第二端与桥臂变换器12的负端以及双向桥臂13的负端连接。

进一步地，作为本申请一实施方式，如图6所示，双向DC模块15包括第一变换器151、第二变换器152以及变压单元154，变压单元154的原边、副边分别与第一变换器151、第二变换器152连接，第一变换器151与第一电容C1并联，第二变换器152与蓄电池300并联，并且第一电容C1、第一变换器151、第二变换器152、变压单元154以及蓄电池300形成电压预充回路。

在本实施例中，通过由采用第一变换器、第二变换器以及变压单元构成的双向DC模块，使得第一电容、第一变换器、第二变换器、变压单元以及蓄电池形成电压预充回路，在实现对电容进行电压预充的同时，电路结构简单，易于实现且成本低。

进一步地，作为本申请一种实施方式，如图6所示，第二变换器152包括第一子变换器152a和储能单元152c，第一子变换器152a与储能单元152c均与变压单元154的副边以及蓄电池300连接，第一电容C1、第一变换器151、第一子变换器152a、变压单元154、储能单元152c以及蓄电池300形成电压预充回路，并且在电压预充回路中，第一变换器151与第一子变换器152a在第一预充状态和第二预充状态之间交替工作，以对第一电容C1两端的电压进行预充。

具体实施时，第一变换器151与第一子变换器152a在第一预充状态和第二预充状态之间交替工作指的是：第一变换器151与第一子变换器152a在第一预充状态工作一定时间后切换至第二预充状态，进而在第二预充状态工作一定时间后切换至第一预充状态，如此循环交替工作，直至第一电容C1两端的电压低于预设电压阈值。

在本实施例中，通过第一变换器与第一子变换器在第一预充状态和第二预充状态之间交替工作，可使得变压单元感应出电流，进而通过该电流向第一电容充电的方式将电容两端的电压进行预充，如此不但可加快预充速度，并且可减少热损耗，提高了能量利用率。

进一步地，作为本申请一种实施方式，如图7所示，第一变换器151包括第一开关元件Q3、第二开关元件Q4、第三开关元件Q5、第四开关元件Q6、第一电感L1以及第二电容C2；第一开关元件Q3的第一端与第三开关元件Q5的第一端以及电容C1的第一端连接，第一开关元件Q3的第二端与第二开关元件Q4的第一端以及第二电容C2的第一端连接，第三元件Q5的第二端与第四开关元件Q6的第一端以及第一电感L1的第一端连接，第一电感L1的第二端与第二电容C2的第二端均与变压单元154的原边连接，第二开关元件Q4的第二端与第四开关元件Q6的第二端以及电容C1的第二端连接。

具体实施时，第一变换器中包括的各个开关元件可采用能执行开关动作的器件实现，例如功率三极管、金属-氧化层半导体场效晶体管(Metal-Oxide-SemiconductorField-Effect Transistor，MOSFET)、绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate BipolarTransistor，IGBT)等开关器件。

进一步地，作为本申请一种实施方式，如图7所示，第一子变换器152a包括第五开关元件Q11与第六开关元件Q12，储能单元152c包括第三电容C3，第五开元件Q11的第一端、第六开关元件Q12的第一端、第三电容C3的第一端以及蓄电池300的正极均与变压单元154的副边连接，第五开关元件Q11的第二端以及第六开关元件Q12的第二端以及第三电容C3的第二端均与蓄电池300的负端连接。

同样，具体实施时，第一子变换器152a中包括的第五开关元件Q11与第六开关元件Q12均可采用能执行开关动作的器件实现，例如功率三极管、金属-氧化层半导体场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)、绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)等开关器件。

进一步地，如图7所示，具体工作时，第一电容C1、第三开关元件Q5、第二开关元件Q4、变压单元154、第五开关元件Q11、第三电容C3以及蓄电池300形成第一电压预充回路，第一电容C1、第一开关元件Q3、第四开关元件Q6、变压单元154、第六开关元件Q12、第三电容C3以及蓄电池300形成第二电压预充回路，第一电压预充回路在第一预充状态下进行预充，第二电压预充回路在第二预充状态下进行预充，第一电压预充回路与第二电压预充回路交替工作，以对第一电容C1两端的电压进行预充。

在本实施例中，通过采用现有的车载充电器中的各个开关元件与蓄电池300组成不同的电压预充回路，进而对第一电容C1两端的电压进行预充，如此将无需设置预充电阻和预充开关，降低了成本，同时可以减少产品的热损耗，提高能量利用率。

进一步地，作为本申请一种实施方式，如图6所示，第二变换器152包括第二子变换器152b，第二子变换器152b与变压单元154的副边以及蓄电池300连接，第一电容C1、第一变换器151、第二子变换器152b、变压单元154、储能单元152c以及蓄电池300形成电压预充回路，并且在电压预充回路中，第一变换器151与第二子变换器152b在第三预充状态和第四预充状态之间交替工作，以对电容两端的电压进行预充。

在本实施例中，通过第一变换器与第二子变换器在第三预充状态和第四预充状态之间交替工作，可使得变压单元感应出电流，进而通过该电流向蓄电池充电的方式将电容两端的电压进行预充，如此不但可加快预充速度，并且可减少热损耗，提高了能量利用率。

进一步地，作为本申请一种实施方式，如图7所示，第二子变换器152b包括第七开关元件Q13与第八开关元件Q14，第七开元件Q13的第一端、第八开关元件Q14的第一端以及蓄电池300的正极均与变压单元154的副边连接，第七开关元件Q13的第二端以及第八开关元件Q14的第二端均与蓄电池300的负极连接。

具体实施时，第二子变换器152b中包括的第七开关元件Q13与第八开关元件Q14均可采用能执行开关动作的器件实现，例如功率三极管、金属-氧化层半导体场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)、绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)等开关器件。

进一步地，如图7所示，具体工作时，第一电容C1、第三开关元件Q5、第二开关元件Q4、变压单元154、第七开关元件Q13、第三电容C3以及蓄电池300形成第三电压预充回路，第一电容C1、第一开关元件Q3、第四开关元件Q6、变压单元154、第八开关元件Q14、第三电容C3以及蓄电池300形成第四电压预充回路，第三电压预充回路在第三预充状态下进行预充，第四电压预充回路在第四预充状态下进行预充，第三电压预充回路与第四电压预充回路交替工作，以对电容两端的电压进行预充。

在本实施例中，通过采用现有的车载充电器中的各个开关元件与蓄电池300组成不同的电压预充回路，进而对第一电容C1两端的电压进行预充，如此将无需设置预充电阻和预充开关，降低了成本，同时可以减少产品的热损耗，提高能量利用率。

进一步地，作为本申请一种实施方式，如图6所示，双向DC模块15还包括第三直流端，该第三直流端与电池200连接，并且该双向DC模块15包括第三变换器153，变压单元152的副边连接第三变换器153，第三变换器153与电池200并联。

进一步地，作为本申请一种实施方式，如图6所示，开关模块还包括第六开关单元146，第六开关单元146的一端与第三变换器153连接，第六开关单元146的另一端与电池200连接。

在本实施例中，通过在开关模块中增设第六开关单元146，使得该第六开关单元146与能量转换装置中的充电口10、电机线圈11以及双向DC模块15形成另外的交流或直流充电电路，丰富了能量转换装置的交流直流充电模式，并且使得该能量转换装置在进行直流充电时，不但可以进行隔离直流充电，而且还可进行非隔离直流充电，进而使得能量转换装置的充电过程可多方案冗余，从而提高了能量转换装置在交流充电过程中的安全性。

进一步地，作为本申请一种实施方式，如图7所示，第六开关单元146包括开关K9和开关K10。其中，开关K9的第一端和电池200的正端连接，开关K10的第一端和电池200的负端连接，而开关K9的第二端与双向DC模块15的第三直流端连接，开关K10的第二端与双向DC模块15的第三直流端连接。

进一步地，作为本申请一种实施方式，如图7所示，第三变换器153包括包括第九开关元件Q7、第十开关元件Q8、第十一开关元件Q9、第十二开关元件Q10、第二电感L2以及第三电容C4；第九开关元Q7件的第一端与第十一开关元件的第一端Q9以及电池200的正端连接，第十一开关元件Q9的第二端与第十二开关元件Q10的第一端以及电容C4的第一端连接，第九开关元件Q7的第二端与第十开关元件Q8的第一端以及第二电感L2的第一端连接，第二电感L2的第二端与电容C4的第二端均与变压单元154的原边连接，第十开关元件Q8的第二端与第十二开关元件Q10的第二端以及电池200的负端连接。

具体实施时，第三变换器中包括的各个开关元件可采用能执行开关动作的器件实现，例如功率三极管、金属-氧化层半导体场效晶体管(Metal-Oxide-SemiconductorField-Effect Transistor，MOSFET)、绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate BipolarTransistor，IGBT)等开关器件。

进一步地，作为本申请一种实施方式，如图8所示，能量转换装置还包括电压电感L，该电感L一端与充电口10连接，另一端与电机线圈11连接。

具体的，作为本申请一种实施例，如图8所示，电感L的第一端与开关K1的第二端以及开关K3的第二端连接，该电感L的第二端与电机线圈11的三相绕组的中性点连接。

具体的，在直流充电模式下，充电口10、电感L、电机线圈11、桥臂变换器12以对电池200形成直流充电电路；

在交流充电模式下，充电口10、电感L、电机线圈11、桥臂变换器12、双向桥臂13以对电池200形成交流充电电路。

在本实施例中，能量转换装置工作在交流充电模式时，电感L与双向桥臂13配合作用，以将充电口10接收的交流电转换为目标电压后向电池200进行交流充电，即在电池200的充电过程中，当需要输出理想的电压以向电池200充电时，可通过电感L和双向桥臂13的共同作用，对充电过程中的输出电压进行调节，以保证该能量转换装置的电压转换功能。

进一步地，作为本申请一种实施方式，如图7或图8所示，该能量转换装置还包括开关K11与电阻R1，该开关K11与电阻R1组成预充电模块，以在能量转换装置工作时，对开关K7和开关K9进行预充电，以防止开关K7和开关K9发生故障，进而降低了能量转换装置的故障率。

具体的，如图7或图8所示，该开关K11的第一端与开关K7的第二端连接，开关K11的第二端与开关K9的第二端以及电阻R1的第一端连接，电阻R1的第二端与开关K7的第一端、开关K9的第一端以及电池200的正端连接。

进一步地，作为本申请一种实施方式，如图7或图8所示，能量转换装置中的桥臂变换器12包括串联连接的第一功率开关单元1和第二功率开关单元2、串联连接的第三功率开关单元3和第四功率开关单元4、以及串联连接的第五功率开关单元5和第六功率开关单元6形成的三相桥臂。

具体的，第一功率开关单元1的第一端和第三功率开关单元3的第一端以及第五功率开关单元5的第一端共接形成桥臂变换器12的正端，桥臂变换器12的正端与双向桥臂13的正端连接；

第二功率开关单元2的第二端与第四功率开关单元4的第二端以及第六功率开关单元6的第二端共接形成桥臂变换器12的负端，桥臂变换器12的负端与双向桥臂13的负端连接；

第一功率开关单元1的第二端与第二功率开关单元2的第一端的连接点与电机线圈11的第一相线圈连接，第三功率开关单元3的第二端与第四功率开关单元4的第一端的连接点与电机线圈11的第二相线圈连接，第五功率开关单元5的第二端与第六功率开关单元6的第一端的连接点与电机线圈11的第三相线圈连接。

需要说明的是，在本申请实施例中，桥臂变换器12中的多个功率开关单元可采用并联有二极管、且能执行开关动作的器件实现，例如功率三极管、金属-氧化层半导体场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)、绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)等开关器件。

进一步地，当桥臂变换器12工作时，第一相桥臂中的功率开关单元与第二相桥臂中的功率开关单元以及第三相桥臂中的功率开关单元依次接收相差预设相位的控制信号以进入三相交错控制方式；需要说明的是，在本实施例中，预设相位优选为120度角，而该优选的角度并不对预设相位造成限制。

具体的，当桥臂变换器12工作时，结合图9所示出的工作时序图可知，控制信号PWM1控制桥臂变换器12中的第一相桥臂中的第一功率开关单元1和第二功率开关单元2的通断，并且在控制信号PWM1的高电平时控制第一功率开关单元1导通，控制第二功率开关单元2断开，以及在控制信号PWM1的低电平时，控制第二功率开关单元2导通，而控制第一功率开关单元1断开；而在与该控制信号PWM1的预设相位差之后，控制信号PWM2控制桥臂变换器12中的第二相桥臂中的第三功率开关单元3和第四功率开关单元4的通断，并且在控制信号PWM2的高电平时控制第三功率开关单元3导通，控制第四功率开关单元4断开，以及在控制信号PWM2的低电平时，控制第四功率开关单元4导通，而控制第三功率开关单元3断开；以及与该控制信号PWM2的预设相位差之后，控制信号PWM3控制桥臂变换器12中的第三相桥臂中的第五功率开关单元5和第六功率开关单元6的通断，并且在控制信号PWM3的高电平时控制第五功率开关单元5导通，控制第六功率开关单元6断开，以及在控制信号PWM3的低电平时，控制第六功率开关单元6导通，而控制第五功率开关单元5断开，以此实现桥臂控制器120的三相交错控制。

在本实施例中，采用三相交错控制工作方式控制桥臂变换器12的三相桥臂，可使得该能量转换装置在充电时，有效提升等效电感量，进而使得充电功率增大，并且无需在能量转换装置中增加电感L，进而减少了能量转换装置中的电子元件数目，降低了能量转换装置的成本。

进一步地，作为本申请一种实施方式，如图7或图8所示，能量转换装置中的双向桥臂13包括串联连接的第七功率开关单元Q1和第八功率开关单元Q2；第七功率开关单元Q1的第一端为双向桥臂13的正端，第八功率开关单元Q2的第二端为双向桥臂13的负端，第七功率开关单元Q1的第二端与第八功率开关单元Q2的第一端的连接点为双向桥臂13的中点。

下面以图7和图8所示的电路为例，对本申请提供的能量转换装置在不同实施例中的工作原理进行具体说明，详述如下：

具体的，如图8所示，当该能量转换装置工作在直流充电模式，且该直流充电模式为非隔离直流充电时，第一开关K1、第二开关K2、开关K11、开关K7以及开关K8吸合，而其他开关元件K3、K4、K9以及K10断开，此时直流充电口101接收的直流电压通过电感L、电机线圈11的三相绕组U、V、W、桥臂变换器12进行升压之后，然后通过电容C1输出给电池200，以实现电池200的直流充电。

或者如图7所示，当该能量转换装置工作在直流充电模式，且该直流充电模式为非隔离直流充电时，第一开关K1、第二开关K2、开关K11、开关K7以及开关K8吸合，而其他开关元件K3、K4、K9以及K10断开，此时直流充电口101接收的直流电压通过电机线圈11的三相绕组U、V、W、桥臂变换器12进行升压之后，然后通过电容C1输出给电池200，以实现电池200的直流充电。

此外，当该该能量转换装置工作在直流充电模式，且该直流充电模式为隔离直流充电时，如图8所示，第一开关K1、第二开关K2、开关K9以及开关K10吸合，而其他开关元件K3、K4、K6、K7以及K11断开，此时直流充电口101接收的直流电压通过电感L，从电机中抽进电机线圈11的三相绕组U、V、W，再经桥臂变换器12进行升压之后输出电压U0，该电压U0通过电容C1滤波后，再经过开关管Q3、Q4、Q5以及Q6进行全桥整流后输出值变压器T1，并经过变压器T1逆变、开关管Q7、Q8、Q9以及Q10的整流后，通过滤波电容C5输出电压给电池200，以实现电池200的隔离直流充电；需要说明的是，在本实施例中，隔离直流充电主要用于特殊的充电设施与电动车的电池电压难以匹配，而需要经过两级调压完成时。

或者如图7所示，第一开关K1、第二开关K2、开关K9以及开关K10吸合，而其他开关元件K3、K4、K6、K7以及K11断开，此时直流充电口101接收的直流电压从电机中抽进电机线圈11的三相绕组U、V、W，再经桥臂变换器12进行升压之后输出电压U0，该电压U0通过电容C1滤波后，再经过开关管Q3、Q4、Q5以及Q6进行全桥整流后输出值变压器T1，并经过变压器T1逆变、开关管Q7、Q8、Q9以及Q10的整流后，通过滤波电容C5输出电压给电池200，以实现电池200的隔离直流充电。

进一步地，如图8所示，当该能量转换装置工作在交流充电模式时，第三开关K3、第四开关K4、开关K11、开关K9以及开关K10吸合，而其他开关元件K1、K2、K7以及K8断开，此时交流充电口102接收的交流电压一端通过电感L，从电机中性点引出的中性线进入到电机线圈11的三相绕组U、V、W，再到桥臂变换器102，而另一端通过双向桥臂Q1和Q2，进而通过由该桥臂Q1和Q2和桥臂变换器102形成全桥整流后输出电压U0，该电压U0通过电容C1滤波后通过由Q3至Q6组成的全桥进行整流后，再经过变压器T1逆变，进而通过由Q7至Q10组成的全桥整流后并通过电容C5滤波输出电压给电池200充电，以实现电池200的交流充电。

或者，当该能量转换装置工作在交流充电模式时，第三开关K3、第四开关K4、开关K11、开关K7以及开关K8吸合，而其他开关K1、K2、K9以及K10断开，此时交流充电口102接收的交流电压一端通过电感L，从电机中性点引出的中性线进入到电机线圈11的三相绕组U、V、W，再到桥臂变换器12，而另一端通过桥臂Q1和Q2，进而通过由该桥臂Q1和Q2和桥臂变换器12形成全桥整流后输出电压U0，该电压U0通过电容C1滤波后输出电压给电池200充电，以实现电池200的交流充电。

或者如图7所示，当该能量转换装置工作在交流充电模式时，第三开关K3、第四开关K4、开关K11、开关K9以及开关K10吸合，而其他开关元件K1、K2、K7以及K8断开，此时交流充电口102接收的交流电压一端从电机中性点引出的中性线进入到电机线圈11的三相绕组U、V、W，再到桥臂变换器102，而另一端通过第一桥臂Q1和Q2，进而通过由该桥臂Q1和Q2和桥臂变换器102形成全桥整流后输出电压U0，该电压U0通过电容C1滤波后通过由Q3至Q6组成的全桥进行整流后，再经过变压器T1逆变，进而通过由Q7至Q10组成的全桥整流后并通过电容C5滤波输出电压给电池200充电，以实现电池200的交流充电；

或者第三开关K3、第四开关K4、开关K11、开关K7以及开关K8吸合，而其他开关K1、K2、K9以及K10断开，此时交流充电口102接收的交流电压一端从电机中性点引出的中性线进入到电机线圈11的三相绕组U、V、W，再到桥臂变换器12，而另一端通过桥臂Q1和Q2，进而通过由该桥臂Q1和Q2和桥臂变换器12形成全桥整流后输出电压U0，该电压U0通过电容C1滤波后输出电压给电池200充电，以实现电池200的交流充电。

在本实施例中，本申请提供的能量转换装置通过控制各个开关的通断，以使交流充电口102接收的交流电经过电感L、电机线圈11、桥臂变换器12以及双向桥臂13后向电池200进行交流充电，并且交流充电方式不局限于一种方式，即该能量转换装置的交流充电方式多方案冗余，并且工作电压可以自行调节，以此提高了充电效率的同时，且可使得能量转换装置的交流充电功能得到有效保障。

进一步地，如图7所示，当能量转换装置工作于电机驱动模式时，开关K11、开关K7以及开关K8吸合，而其他开关K1至K4以及K9至K10断开，此时电池200输出高压直流电，该高压直流电通过桥臂变换器12的三相电机驱动桥输出三相交流至电机线圈11的三相绕组，以此实现电机的驱动。

在本实施例中，本申请提供的能量转换装置通过将电机线圈11、桥臂变换器12、双向桥臂13以及双向DC模块15集成在一个电路中，使得该能量转换装置可进行车辆电机驱动，也可以进行车辆电池的交流充放电，提高了电路集成度的同时，降低了电路成本，减小了电路体积，并且电路结构简单。

承上述，针对图7或图8所示的电路而言，不管其工作在充电模式，或者是驱动模式，第一电容C1在其工作过程中与电源测之间会产生一定压差，为了降低该压差，需要在第一电容C1满足预设条件时，对第一电容C1两端的电容进行预充，具体预充过程描述如下。

具体的，整车上电时，该能量转换装置首先去检测整车档位，当整车档位处于OFF档位且检测到充电枪连接时的状态，或者车辆处于OK档位且车辆处于驱动时，检测第一电容C1与电源测之间的压差，若该压差大于预设阈值，对第一电容C1进行电压预充。

进一步地，请同时参考图10和图11，当对第一电容C1两端的电压进行预充时，此时首先蓄电池300向第三电容C3充电，其次能量转换装置中的开关元件Q5、开关元件Q4、开关元件Q11打开，此时第三电容C3两端的电压流经开关元件Q11、变压器，进而在变压器的主边感应出电动势，并通过开关元件Q4以及开关元件Q5整流后，向第一电容C1充电，即开关元件Q5、开关元件Q4、变压器、开关元件Q11、第三电容C3以及蓄电池300形成第一电压预充回路，以对第一电容C1两端的电压进行预充，具体电流路径图如图10所示。

当该能量转换装置的第一电压预充回路工作一定时间后，此时首先蓄电池300向第三电容C3充电，其次能量转换装置中的开关元件Q3、开关元件Q6、开关元件Q12打开，此时第三电容C3两端的电压流经开关元件Q12、变压器，进而在变压器的主边感应出电动势，并通过开关元件Q3以及开关元件Q6整流后，向第一电容C1充电，即开关元件Q3、开关元件Q6、变压器、开关元件Q12、第三电容C3以及蓄电池形成第二电压预充回路，以对第一电容C1两端的电压进行预充，具体电流路径图如图11所示。

承上述，能量转换装置可在第一电压预充电路和第二电压预充回路之间交替工作，以通过蓄电池300向第一电容C1持续充电的方式完成对第一电容C1两端电压的预充，此种方式相比现有的方式具有预充速度快、且无需增加额外的被动预充电阻，降低了成本的同时，可以减少产品的热损耗，可以提高能量利用率。

需要说明的是，在本实施方式中，能量转换装置在第三电压预充回路和第四电压预充回路之间的具体工作方式可参考前述第一电压预充回路和第二电压预充回路的相关说明，并且第三电压预充回路和第四电压预充回路的具体电流路径分别与第一电压预充回路和第二电压预充回路的电流路径相似，因此具体可参考图7和图8所示的电流路径示意，此处不再赘述。

在本实施例中，通过对开关元件Q11、Q12和开关元件Q13、Q14的交替使用，可以使得开关元件Q11、Q12和开关元件Q13、Q14中的任意一个开关元件无需长时间工作，以此可有效均衡开关元件Q11、开关元件Q12、开关元件Q13以及开关元件Q14的寿命。

进一步地，本申请还提供了一种动力系统，该动力系统包括能量转换装置和控制模块，在第一电容满足预充条件时，控制模块控制能量转换装置对第一电容两端的电压进行预充。

需要说明的是，由于本申请实施例所提供动力系统中包括的能量转换装置和图1至图11所示出的能量转换装置相同，因此，本申请实施例所提供的动力系统中的能量转换装置的具体工作原理，可参考前述关于图1至图11的详细描述，此处不再赘述

进一步地，本申请还提供了一种车辆，该车辆包括动力系统。需要说明的是，由于本申请实施例所提供车辆中包括的动力系统和前述的动力系统相同，因此，本申请实施例所提供的车辆中的动力系统的具体工作原理，可参考前述相关描述，此处不再赘述。

在本申请中，本申请提供的车辆通过采用包括电机线圈、桥臂变换器、双向桥臂、第一电容、以及双向DC模块的集驱动和充电功能的能量转换装置，使得该能量转换装置可工作于驱动模式、直流充电模式以及交流充电模式，进而实现采用同一系统进行车辆的电机驱动和电池充电的同时，达到电容复用的目的，元器件复用程度高，系统集成度高且结构简单，从而降低了系统成本，减小了系统体积，并且可对第一电容两端的电压进行预充，解决了现有的电机驱动与充电系统总体电路存在的结构复杂、集成度低、体积大、成本高以及电容预充时热损耗大的问题。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种能量转换装置，其特征在于，包括电机线圈、桥臂变换器、双向桥臂、第一电容以及双向DC模块；

所述桥臂变换器分别与所述电机线圈、所述双向桥臂连接；

所述电机线圈、所述桥臂变换器以及所述双向桥臂均与外部的充电口连接，所述桥臂变换器以及所述双向桥臂均与外部的电池连接；

所述第一电容C1与双向桥臂并联；

所述双向DC模块包括第一直流端和第二直流端，所述第一直流端与所述第一电容连接，所述第二直流端与外部的蓄电池连接；

所述电机线圈、所述桥臂变换器和所述第一电容与外部的充电口形成直流充电电路以对外部的电池充电；

所述电机线圈、所述桥臂变换器、所述双向桥臂和所述第一电容与外部的充电口形成交流充电电路以对外部的电池充电；

所述电机线圈、所述桥臂变换器和所述第一电容与外部的电池形成电机驱动电路；

所述第一电容、所述双向DC模块以及所述蓄电池形成电压预充回路，以在所述第一电容满足预充条件时，对所述第一电容两端的电压进行预充。

2.根据权利要求1所述的能量转换装置，其特征在于，所述双向DC模块包括第一变换器、第二变换器以及变压单元，所述变压单元的原边、副边分别与所述第一变换器、第二变换器连接，所述第一变换器与所述第一电容并联，所述第二变换器与所述蓄电池并联，并且所述第一电容、所述第一变换器、所述第二变换器、所述变压单元以及所述蓄电池形成所述电压预充回路。

3.根据权利要求2所述的能量转换装置，其特征在于，所述第二变换器包括第一子变换器和储能单元，所述第一子变换器和所述储能单元均与所述变压单元的副边以及所述蓄电池连接，所述第一电容、所述第一变换器、所述第一子变换器、所述变压单元、所述储能单元以及所述蓄电池形成所述电压预充回路，并且在所述电压预充回路中，所述第一变换器与所述第一子变换器在第一预充状态和第二预充状态之间交替工作，以对所述第一电容两端的电压进行预充。

4.根据权利要求3所述的能量转换装置，其特征在于，所述第一变换器包括第一开关元件、第二开关元件、第三开关元件、第四开关元件、第一电感以及第二电容；所述第一开关元件的第一端与所述第三开关元件的第一端以及所述第一电容的第一端连接，所述第一开关元件的第二端与所述第二开关元件的第一端以及所述第二电容的第一端连接，所述第三元件的第二端与所述第四开关元件的第一端以及所述第一电感的第一端连接，所述第一电感的第二端与所述第二电容的第二端均与所述变压单元的原边连接，所述第二开关元件的第二端与所述第四开关元件的第二端以及所述第一电容的第二端连接。

5.根据权利要求4所述的能量转换装置，其特征在于，所述第一子变换器包括第五开关元件与第六开关元件，所述储能单元包括第三电容，所述第五开元件的第一端、所述第六开关元件的第一端、所述第三电容的第一端以及所述蓄电池的正极均与所述变压单元的副边连接，所述第五开关元件的第二端以及所述第六开关元件的第二端以及所述第三电容的第二端均与所述蓄电池的负极连接。

6.根据权利要求5所述的能量转换装置，其特征在于，所述第一电容、所述第三开关元件、所述第二开关元件、所述变压单元、所述第五开关元件、所述第三电容以及所述蓄电池形成第一电压预充回路，所述第一电容、所述第一开关元件、所述第四开关元件、所述变压单元、所述第六开关元件、所述第三电容以及所述蓄电池形成第二电压预充回路，所述第一电压预充回路在第一预充状态下进行预充，所述第二电压预充回路在第二预充状态下进行预充，所述第一电压预充回路与所述第二电压预充回路交替工作，以对所述第一电容两端的电压进行预充。

7.根据权利要求6所述的能量转换装置，其特征在于，所述第二变换器包括第二子变换器，所述第二子变换器与所述变压单元的副边以及所述蓄电池连接，所述第一电容、所述第一变换器、所述第二子变换器、所述变压单元、所述储能单元以及所述蓄电池形成所述电压预充回路，并且在所述电压预充回路中，所述第一变换器与所述第二子变换器在第三预充状态和第四预充状态之间交替工作，以对所述第一电容两端的电压进行预充。

8.根据权利要求7所述的能量转换装置，其特征在于，所述第二子变换器包括第七开关元件与第八开关元件，所述第七开元件的第一端、所述第八开关元件的第一端以及所述蓄电池的正极均与所述变压单元的副边连接，所述第七开关元件的第二端以及所述第八开关元件的第二端均与所述蓄电池的负极连接。

9.根据权利要求8所述的能量转换装置，其特征在于，所述第一电容、所述第三开关元件、所述第二开关元件、所述变压单元、所述第七开关元件、所述第三电容以及所述蓄电池形成第三电压预充回路，所述第一电容、所述第一开关元件、所述第四开关元件、所述变压单元、所述第八开关元件、所述第三电容以及所述蓄电池形成第四电压预充回路，所述第三电压预充回路在第三预充状态下进行预充，所述第四电压预充回路在第四预充状态下进行预充，所述第三电压预充回路与所述第四电压预充回路交替工作，以对所述第一电容两端的电压进行预充。

10.根据权利要求1所述的能量转换装置，其特征在于，所述电机线圈包括三相绕组，每一相绕组包括N个线圈支路，每一相绕组中的N个线圈支路的第一端共接后与所述桥臂变换器连接，每一相绕组中的N个线圈支路的第二端与其他两相绕组中的N个线圈支路的第二端一一对应连接，以形成N个中性点，所述充电口与M个中性点连接；其中，N为大于1的整数，M为小于N的正整数。

11.根据权利要求10所述的能量转换装置，其特征在于，还包括中性点开关，所述中性点开关用于控制所述电机线圈的N个中性点中的M个中性点与所述充电口连接。

12.一种动力系统，其特征在于，其包括权利要求1-11任一项所述的能量转换装置和控制模块，在所述第一电容满足预充条件时，所述控制模块控制能量转换装置对所述第一电容两端的电压进行预充。

13.一种车辆，其特征在于，所述车辆包括权利要求12所述的动力系统。

Images