CN113119801A - 车辆、能量转换装置及其控制方法 - Google Patents

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，能量转换装置包括电机控制器、母线电容、第一开关模块、电机以及第二开关模块，通过控制第一开关模块以及第二开关模块的导通或者关断，可以使电池包、第一开关模块、母线电容、电机控制器、电机形成电机驱动电路，以及使电池包、第二开关模块、电机、电机控制器、母线电容形成充放电回路，通过电机控制器控制电机驱动电路工作时输出动力，通过电机控制器控制充放电回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，可以实现对电机驱动电路和充放电回路进行区分。

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，现有技术中包括电机控制器101、电机102、电池包103，电池包103处于放电过程时，触发电机控制器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 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102的两个定子电感、电机控制器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：由于电机控制器101、电机102、电池包103，电池包103即可以形成充放电回路，又可以形成电机驱动电路，由于两个电路合在一起，增加了电机控制器的控制难度，并且由于存在母线电容C1，在充放电回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。

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，可以实现对电机驱动电路和充放电回路进行区分，使电机控制器分别控制两个电路进行工作，还可以提升电池包的加热速度。

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：

电机控制器，所述电机控制器的各路桥臂的第一端共接形成第一汇流端，所述电机控制器的各路桥臂的第二端共接形成第二汇流端；

母线电容，所述母线电容的第一端与所述第一汇流端连接，所述母线电容的第二端与所述第二汇流端以及电池包的负极连接；

第一开关模块，所述第一开关模块连接在所述母线电容和所述电池包的正极之间；

电机，所述电机的线圈分别连接所述电机控制器的桥臂的中点；

第二开关模块，所述第二开关模块连接在所述电机的线圈的中性点与所述电池包的正极或者负极之间。

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关断以及所述第二开关模块导通，使所述电池包、所述第二开关模块、所述电机、所述电机控制器、所述母线电容形成所述电池包的充放电回路；

当接收到进入驱动模式的指令时，控制所述第一开关模块导通以及所述第二开关模块关断时，使所述电池包、所述第一开关模块、母线电容、所述电机控制器、所述电机形成电机驱动电路。

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，能量转换装置包括电机控制器、母线电容、第一开关模块、电机以及第二开关模块，通过控制第一开关模块以及第二开关模块的导通或者关断，可以使电池包、第一开关模块、母线电容、电机控制器、电机形成电机驱动电路，以及使电池包、第二开关模块、电机、电机控制器、母线电容形成充放电回路，通过电机控制器控制电机驱动电路工作时输出扭矩，通过电机控制器控制充放电回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，可以实现对电机驱动电路和充放电回路进行区分，并使电机控制器分别控制两个电路进行工作，并且通过在充放电回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。

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控制电路的电流流向图；

图2是现有技术提供的电机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控制方法的流程图；

图5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6是本申请实施例一提供的一种能量转换装置的电路图；

图7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。

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：

电机控制器101，电机控制器101的各路桥臂的第一端共接形成第一汇流端，电机控制器101的各路桥臂的第二端共接形成第二汇流端；

母线电容C1，母线电容C1的第一端与第一汇流端连接，母线电容C1的第二端与第二汇流端以及电池包103的负极连接；

第一开关模块104，第一开关模块104连接在母线电容C1和电池包103的正极之间；

电机，电机的线圈分别连接电机控制器101的桥臂的中点；

第二开关模块105，第二开关模块105连接在电机的线圈的中性点与电池包103的正极或者负极之间。

其中，电机控制器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电机控制器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电机控制器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，电机包括M相线圈，M相线圈中每相线圈的第一端与一组M路桥臂中每路桥臂的中点一一对应连接，M相线圈中的每相线圈的第二端共接形成中性线，中性线与第二开关模块105连接。

当M＝3时，电机控制器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电机控制器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电机控制器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，电机包括三相线圈，三相线圈中每相线圈的第一端与三路桥臂中每路桥臂的中点一一对应连接，三相线圈中的每相线圈的第二端共接形成。电机的第一相线圈连接第一路桥臂的中点，电机的第二相线圈连接第二路桥臂的中点，电机的第三相线圈连接第三路桥臂的中点。

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，电机是三相四线制，可以是永磁同步电机或异步电机，三相线圈连结于一点并连接第二开关模块105。

其中，第一开关模块104用于根据控制信号实现电池包103与母线电容C1 之间的的导通或者断开，使电池包103向母线电容C1进行充电或者停止充电；第二开关模块105用于根据控制信号实现电机与电池包103之间的导通或者断开，使电池包103向电机输出电能或者停止输出电能。

其中，第一开关模块104导通以及第二开关模块105关断时，电池包103、第一开关模块104、电机控制器101、母线电容C1、电机102形成电机驱动电路，此时，通过控制电机控制器101实现电机输出动力。

其中，第一开关模块104关断以及第二开关模块105导通时，电池包103、第二开关模块105、电机102、电机控制器101、母线电容C1形成充放电回路，充放电回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102 和电机控制器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102和电机控制器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通过电机和电机控制器101对电池包103进行充电，此时，电流由母线电容C1流出，电流经过电机控制器101和电机，流入电池包103，电池包103有电流流入，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。

本申请实施例一提供一种能量转换装置，能量转换装置包括电机控制器 101、母线电容C1、第一开关模块104、电机以及第二开关模块105，通过控制第一开关模块104以及第二开关模块105的导通或者关断，可以使电池包103、第一开关模块104、母线电容C1、电机控制器101、电机形成电机驱动电路，以及使电池包103、第二开关模块105、电机、电机控制器101、母线电容C1 形成充放电回路，通过电机控制器101控制电机驱动电路工作时输出扭矩，通过电机控制器101控制充放电回路工作时电池包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，可以实现对电机驱动电路和充放电回路进行区分，并使电机控制器101分别控制两个电路进行工作，并且通过在充放电回路中使母线电容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。

作为一种实施方式，当充放电回路工作时，电池包103、第二开关模块105、电机102、电机控制器101形成放电储能回路，电池包103、第二开关模块105、电机102、电机控制器101、母线电容C1形成放电释能回路；母线电容C1、电机控制器101、电机102、第二开关模块105、电池包103形成充电储能回路，电机102、第二开关模块105、电池包103、电机控制器101形成充电释能回路。

其中，放电回路包括放电储能回路和放电释能回路，充电回路包括充电储能回路和充电释能回路，通过电机控制器101控制放电储能回路工作时，电池包103输出电能使电机的线圈进行储能；通过电机控制器101控制放电释能回路工作时，电池包103放电和电机的线圈释能以对母线电容C1进行充电；通过电机控制器101控制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102的线圈进行储能；通过电机控制器101控制充电释能回路工作时，电机102的线圈释能以对电池包103进行充电。通过控制电机控制器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，通过控制电机控制器101 的PWM控制信号的占空比的大小调节流经充放电回路中的电流值，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，会使充放电回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、充电储能回路以及充电释能回路依次工作，通过控制电机控制器101的PWM控制信号的占空比的大小调节流经充放电回路中的电流值，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，再控制充电回路中充电储能回路以及充电释能回路交替导通进行放电，通过控制电机控制器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电机控制器101使充放电回路工作，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电机控制器101调整电池包103自加热回路中的电流，调整电池包103产生的加热功率。

本申请实施例二提供一种能量转换装置的控制方法，如图4所示，控制方法包括：

步骤S10.当接收到进入驱动模式的指令时，控制第一开关模块导通以及第二开关模块关断，使电池包、第一开关模块、母线电容、电机控制器、电机形成电机驱动电路。

其中，当车辆需要输出扭矩时，控制第一开关模块导通以及第二开关模块关断，通过控制电机控制器控制电机驱动电路进行工作，实现电机输出动力。

步骤S20.当接收到进入加热模式的指令时，控制第一开关模块关断以及第二开关模块导通，使电池包、第二开关模块、电机、电机控制器、母线电容形成电池包的充放电回路。

其中，当进入加热模式后，控制方法包括：在充放电回路工作时，控制电机控制器调节流经充放电回路中的电流值，以调节电池包的内阻产生的热量。

其中，电机可以是三相交流电机，电机控制器可以是三相逆变器，电池包、三相交流电机、电机控制器以及母线电容形成充放电回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充放电回路中，可以向三相逆变器输入不同的控制信号调节流经充放电回路中的电流值，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、三相逆变器以及母线电容形成充放电回路，通过三相逆变器控制充放电回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。

作为一种实施方式，控制方法处于低频控制模式时，如图5所示，控制电机控制器调节流经充放电回路中的电流值，之前还包括：

步骤S201.获取电池包的充放电周期和充放电回路的目标等效电流值。

其中，电池包的充放电周期和充放电回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充放电回路的充放电周期，根据充放电回路的目标等效电流值获取PWM控制信号的占空比。

其中，充放电回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，占空比是指向电机控制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，当在充放电回路工作的过程中，通过控制上桥臂或者下桥臂的导通时间变长或者缩短后，会使充放电回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充放电回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充放电回路的充放电周期，包括：

将电池包的充放电周期设置为充放电回路的充放电周期。

根据充放电回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充放电回路的充放电周期之间存在对应关系，在低频控制模式下，充放电回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充放电回路的充放电周期的PWM控制信号的占空比。

进一步的，控制电机控制器调节流经充放电回路中的电流值，以调节电池包的内阻产生的热量，包括：

根据充放电回路的充放电周期以及PWM控制信号的占空比控制电机控制器上下桥臂的开关，调节流经充放电回路中的电流值，以调节电池包的内阻产生的热量。

其中，充放电回路的充放电周期包括充电周期和放电周期，充电周期是指充放电回路中充电回路的工作周期，放电周期是指充放电回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，即充电时长包括充放电回路的一个充电周期，放电时长包括充放电回路的一个放电周期，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电机控制器上下桥臂的开关，控制充放电回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，调节流经充放电回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充放电回路的目标等效电流值，根据电池包的充放电周期获取充放电回路的充放电周期，根据充放电回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电机控制器上下桥臂的开关，调节流经充放电回路中的电流值为目标等效电流值，本实施方式控制简单，电机控制器发热少，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，软启动模式为向电机控制器输出极小的PWM控制信号的占空比，控制充放电回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，如果控制电机控制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线圈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6所示，能量转换装置包括电机102、电机控制器101、母线电容C1、开关K1、开关K2、开关K3、开关K4、电阻R，电机102的三相线圈的中性点连接开关K1的第一端，开关K1的第二端连接至电池包103的正极端、开关 K2的第一端、开关K3的第一端，开关K3的第二端连接电阻R的第一端，电机102的三相线圈分别连接电机控制器101的三相桥臂的中点，电机控制器101 的第一汇流端连接母线电容C1的第一端、开关K2的第二端以及电阻R的第二端，电机控制器101的第二汇流端连接母线电容C1的第二端和开关K4的第二端，开关K4的第一端连接电池包103的负极。

如图7所示，作为另一种电路结构，开关K1的第二端连接电池包103的负极。

其中，电机控制器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电机控制器的第一汇流端，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电机控制器的第二汇流端，电机102 的第一相线圈连接第一桥臂的中点，电机102的第二相线圈连接第二桥臂的中点，电机102的第三相线圈连接第三桥臂的中点。

电机控制器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三上桥臂VT5和第三上桥二极管VD5，第六功率开关单元包括第三下桥臂VT6和第三下桥二极管VD6，三相交流电机是三相四线制，可以是永磁同步电机或异步电机，在三相线圈连结中点引出中性线。

如图6所示，当能量转换装置不进行加热功能时，开关K1保持断开，开关K4闭合，进入加热模式后，闭合开关K3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，并断开K3进入加热状态，此时，图6的电路结构等效为图8所示。

当控制电机控制器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，电机控制器101的功率管全部处于关闭状态，电机102 的线圈里几乎没有电流，系统处于准备就绪的状态。

首先进入软启动模式，向电机控制器101输出一个极小的PWM控制信号的占空比使充放电回路工作，当充放电回路工作时，电池包103、开关K1、电机102、电机控制器101形成放电储能回路，电池包103、开关K1、电机102、电机控制器101、母线电容C1形成放电释能回路；母线电容C1、电机控制器 101、电机102、开关K1、电池包103形成充电储能回路，电机102、开关K1、电池包103、电机控制器101形成充电释能回路，通过向电机控制器101输出极小的PWM控制信号的占空比，控制充放电回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的充放电周期和充放电回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，根据充电时长获取充放电回路的充电周期，根据放电时长获取充放电回路的放电周期，根据充放电回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电机控制器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，电机控制器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102、电机控制器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，当电机控制器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102、电机控制器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102的线圈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，控制电机控制器101的下桥臂断开，上桥臂闭合，电机控制器101的上桥臂开通时，电流由母线电容C1 的正极出发，经过电机控制器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，电机控制器101的下桥臂开通时，电流由电池包103的负极流出，经过电机控制器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。

电机控制器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，所述控制所述电机控制器调节流经所述充放电回路中的电流值，之前还包括：

步骤S301.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所述充放电回路的目标电流波形，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充放电回路的多个充电周期，所述放电时长包括所述充放电回路的多个放电周期。

在本步骤中，电池包的充放电周期和充放电回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所述电机控制器调节流经所述充放电回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。

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，根据所述充放电回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。

其中，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为所述充放电回路的充电周期，N1为充电周期的个数，t2为所述充放电回路的放电周期，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，所述控制所述电机控制器调节流经所述充放电回路中的电流值，以调节所述电池包的内阻产生的热量，包括：

根据所述充放电回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电机控制器上下桥臂的开关，调节流经所述充放电回路中的电流值，以调节所述电池包的内阻产生的热量。

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电机控制器上下桥臂的开关，调节流经所述充放电回路中的电流值，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；

根据所述PWM控制信号的占空比控制所述电机控制器在每个充电周期和每个放电周期中上下桥臂的开关，调节流经所述充放电回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，使充放电回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电机控制器的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，根据所述PWM控制信号的占空比控制所述电机控制器在每个充电周期和每个放电周期中上下桥臂的开关，调节流经所述充放电回路中的电流值为目标等效电流值，之后还包括：

获取所述充放电回路中的实际电流值，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。

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充放电回路中的实际电流值，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，再对电机控制器进行控制。

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，使充放电回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6所示，当控制电机控制器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，电机控制器101的功率管全部处于关闭状态，电机102的线圈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，向电机控制器101输出一个极小的PWM控制信号的占空比使充放电回路工作，当充放电回路工作时，电池包103、开关K1、电机102、电机控制器101形成放电储能回路，电池包103、开关K1、电机102、电机控制器101、母线电容C1形成放电释能回路；母线电容C1、电机控制器 101、电机102、开关K1、电池包103形成充电储能回路，电机102、开关K1、电池包103、电机控制器101形成充电释能回路，通过向电机控制器101输出极小的PWM控制信号的占空比，控制充放电回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，开始前电机控制器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电机控制器使充放电回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，电机控制器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102、电机控制器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，当电机控制器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102、电机控制器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102的线圈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，控制电机控制器101的下桥臂断开，上桥臂闭合，电机控制器101的上桥臂开通时，电流由母线电容C1 的正极出发，经过电机控制器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，电机控制器101的下桥臂开通时，电流由电池包103的负极流出，经过电机控制器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。

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 (14)

1.一种能量转换装置，其特征在于，所述能量转换装置包括：

电机控制器，所述电机控制器的各路桥臂的第一端共接形成第一汇流端，所述电机控制器的各路桥臂的第二端共接形成第二汇流端；

母线电容，所述母线电容的第一端与所述第一汇流端连接，所述母线电容的第二端与所述第二汇流端以及电池包的负极连接；

第一开关模块，所述第一开关模块连接在所述母线电容和所述电池包的正极之间；

电机，所述电机的线圈分别连接所述电机控制器的桥臂的中点；

第二开关模块，所述第二开关模块连接在所述电机的线圈的中性点与所述电池包的正极或者负极之间。

2.如权利要求1所述的能量转换装置，其特征在于，所述第一开关模块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、母线电容、所述电机控制器、所述电机形成电机驱动电路；

所述第一开关模块关断以及所述第二开关模块导通时，所述电池包、所述第二开关模块、所述电机、所述电机控制器、所述母线电容形成充放电回路。

3.如权利要求2所述的能量转换装置，其特征在于，当所述充放电回路工作时，所述电池包、所述第二开关模块、所述电机、所述电机控制器形成放电储能回路，所述电池包、所述第二开关模块、所述电机、所述电机控制器、所述母线电容形成放电释能回路；所述母线电容、所述电机控制器、所述电机、所述第二开关模块、所述电池包形成充电储能回路，所述电机、所述第二开关模块、所述电池包、所述电机控制器形成充电释能回路。

4.一种基于权利要求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关断以及所述第二开关模块导通，使所述电池包、所述第二开关模块、所述电机、所述电机控制器、所述母线电容形成所述电池包的充放电回路；

当接收到进入驱动模式的指令时，控制所述第一开关模块导通以及所述第二开关模块关断，使所述电池包、所述第一开关模块、所述母线电容、所述电机控制器、所述电机形成电机驱动电路。

5.如权利要求4所述的控制方法，其特征在于，当进入加热模式后，所述控制方法包括：

控制所述电机控制器调节流经所述充放电回路中的电流值，以调节所述电池包的内阻产生的热量。

6.如权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述控制所述电机控制器调节流经所述充放电回路中的电流值，之前还包括：

获取所述电池包的充放电周期和所述充放电回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充放电回路的充放电周期，根据所述充放电回路的目标等效电流值获取PWM控制信号的占空比；

所述控制所述电机控制器调节流经所述充放电回路中的电流值，以调节所述电池包的内阻产生的热量，包括：

根据所述充放电回路的开关周期以及所述PWM控制信号的占空比控制所述电机控制器上下桥臂的开关，调节流经所述充放电回路中的电流值，以调节所述电池包的内阻产生的热量。

7.如权利要求6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充放电回路的开关周期，包括：

将所述电池包的充放电周期设置为所述充放电回路的充放电周期；

所述根据所述充放电回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。

8.如权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述控制所述电机控制器调节流经所述充放电回路中的电流值，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所述充放电回路的目标电流波形，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充放电回路的多个充电周期，所述放电时长包括所述充放电回路的多个放电周期；

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。

9.如权利要求8所述的控制方法，其特征在于，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为所述充放电回路的充电周期，N1为充电周期的个数，t2为所述充放电回路的放电周期，N2为放电周期的个数，N为目标等效电流值的数量。

10.如权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述充放电回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。

11.如权利要求10所述的控制方法，其特征在于，所述控制所述电机控制器调节流经所述充放电回路中的电流值，以调节所述电池包的内阻产生的热量，包括：

根据所述充放电回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电机控制器上下桥臂的开关，调节流经所述充放电回路中的电流值，以调节所述电池包的内阻产生的热量。

12.如权利要求11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电机控制器上下桥臂的开关，调节流经所述充放电回路中的电流值，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；

根据所述PWM控制信号的占空比控制所述电机控制器在每个充电周期和每个放电周期中上下桥臂的开关，调节流经所述充放电回路中的电流值为目标等效电流值。

13.如权利要求12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电机控制器在每个充电周期和每个放电周期中上下桥臂的开关，调节流经所述充放电回路中的电流值为目标等效电流值，之后还包括：

获取所述充放电回路中的实际电流值，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。

14.一种车辆，其特征在于，所述车辆包括权利要求1至3任意一项所述的能量转换装置。

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