CN114590173A - 电池能量处理装置及其控制方法、车辆 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种电池能量处理装置、控制方法及车辆。装置包括：变换装置，其第一汇流端与电池的正极连接，第二汇流端与电池的负极连接；电机绕组，其第一端与变换装置的中点连接；以及串联连接在电机绕组的M相绕组的第二端和变换装置的第二汇流端之间的第一电容和第一开关；连接在M相绕组的第二端和P相绕组的第二端之间的第二开关。电池能量处理装置的控制方法包括：在第一预设状态下，控制第一开关闭合，第二开关断开，并控制M相绕组对应的M相桥臂，以使外部充电设备对电池充电，同时控制P相绕组对应的P相桥臂，使电池与P相绕组进行充电和放电以实现对电池的加热。由此，提高电机的利用效率，提升整车集成度。

Description

电池能量处理装置及其控制方法、车辆

技术领域

本申请涉及电池领域，具体地，涉及一种电池能量处理装置及其方法、车辆。

背景技术

电池的性能与电池的温度的有关，比如，在低温环境下的电池的性能较常温会产生较大程度的降低。例如，温度在零度时，电池的充放电容量会随温度的降低而降低，而在一些区域，温度处于零度及以下的时间很长，为了能够在低温环境下使用电池，也即在低温地域或季节能够推广新能源汽车，需要设计电池的加热装置。

发明内容

本申请的目的在于提供一种电池能量处理装置、控制方法及车辆。

为了实现上述目的，第一方面，本申请提供一种电池能量处理装置的控制方法，该电池能量处理装置包括：

变换装置，所述变换装置包括N相桥臂，所述N相桥臂的第一端共接形成所述变换装置的第一汇流端，所述N相桥臂的第二端共接形成所述变换装置的第二汇流端，所述变换装置的第一汇流端与所述电池的正极连接，所述变换装置的第二汇流端与所述电池的负极连接；

电机绕组，所述电机绕组包括N相绕组，所述N相绕组的第一端与所述变换装置的所述N相桥臂的中点一一对应连接；

串联连接的第一电容和第一开关，所述串联的第一电容和第一开关的第一端连接所述N相绕组中的M相绕组的第二端，所述串联的第一电容和第一开关的第二端连接所述变换装置的第二汇流端，所述电池能量处理装置引出所述第一电容的第一端作为充电正端子，所述电池能量处理装置引出所述第一电容的第二端作为充电负端子；

第二开关，所述第二开关的第一端连接所述N相绕组中的M相绕组的第二端，所述第二开关的第二端连接所述N相绕组中的P相绕组的第二端；其中，M≥1，P≥2，M+P≤N；

所述电池能量处理装置的控制方法包括：

在第一预设状态下，控制所述第一开关闭合，所述第二开关断开，并控制所述M相绕组对应的M相桥臂，以使所述电池能量处理装置接收所述外部充电设备的电能，并传输至所述电池，同时控制所述P相绕组对应的P相桥臂，使所述电池与所述P相绕组进行充电和放电以实现对所述电池的加热。

进一步地，所述方法还包括：

在第二预设状态下，控制所述第一开关闭合，所述第二开关断开，并控制所述M相绕组对应的M相桥臂，以使所述电池能量处理装置接收所述外部充电设备的电能，并传输至所述电池。

进一步地，所述方法还包括：

在第三预设状态下，控制所述第一开关断开，所述第二开关断开，并控制所述P相绕组对应的P相桥臂，使所述电池与所述P相绕组进行充电和放电以实现对所述电池的加热。

进一步地，所述方法还包括：

在第四预设状态下，控制所述第一开关断开以及所述第二开关闭合，使所述电池和所述电机绕组形成驱动电路；并控制所述变换装置的N相桥臂以使所述电池给所述电机绕组提供所需电流，所述电机绕组对应的电机处于驱动状态。

进一步地，所述方法还包括：

在第五预设状态下，控制所述第一开关断开以及所述第二开关闭合，并控制所述变换装置的N相桥臂以使所述N相电机绕组与所述电池进行充电和放电，以实现对所述电池的加热。

进一步地，所述方法还包括：

在第六预设状态下，控制所述第一开关闭合以及所述第二开关闭合，并控制所述变换装置的N相桥臂，以使所述电池能量处理装置接收所述外部充电设备的电能，并传输至所述电池。

进一步地，所述方法还包括：

在第七预设状态下，控制所述第一开关闭合以及所述第二开关断开，并控制所述变换装置的M相桥臂以使所述第一电容与所述电池进行充电和放电，以实现对所述电池的加热。

进一步地，所述方法还包括：

在第八预设状态下，控制所述第一开关闭合以及所述第二开关闭合，并控制所述变换装置的N相桥臂以使所述第一电容与所述电池进行充电和放电，以实现对所述电池的加热。

本申请第二方面提供一种电池能量处理装置，包括：

变换装置，所述变换装置包括N相桥臂，所述N相桥臂的第一端共接形成所述变换装置的第一汇流端，所述N相桥臂的第二端共接形成所述变换装置的第二汇流端，所述变换装置的第一汇流端与所述电池的正极连接，所述变换装置的第二汇流端与所述电池的负极连接；

电机绕组，所述电机绕组包括N相绕组，所述N相绕组的第一端与所述变换装置的所述N相桥臂的中点一一对应连接；

串联连接的第一电容和第一开关，所述串联的第一电容和第一开关的第一端连接所述N相绕组中的M相绕组的第二端，所述串联的第一电容和第一开关的第二端连接所述变换装置的第二汇流端，所述电池能量处理装置引出所述第一电容的第一端作为充电正端子，所述电池能量处理装置引出所述第一电容的第二端作为充电负端子；

第二开关，所述第二开关的第一端连接所述N相绕组中的M相绕组的第二端，所述第二开关的第二端连接所述N相绕组中的P相绕组的第二端；其中，M≥1，P≥2，M+P≤N：

控制器，控制所述变换装置、第一开关和第二开关，使所述电池能量处理装置：

接收所述电池的电能，使所述电机绕组对应的电机处于驱动状态；或者，

接收所述外部充电设备的电能，并传输至所述电池；或者，

与所述电池进行充电和放电以实现对所述电池的加热；或者，

在接收所述外部充电设备的电能，并传输至所述电池的同时，与所述电池进行充电和放电以实现对所述电池的加热。

本申请第三方面提供一种车辆，第二方面所述的电池能量处理装置以及第一方面所述的电池能量处理装置的控制方法。

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是根据一实施例示出的一种电池能量处理装置的结构示意图。

图2是根据一实施例示出的另一种电池能量处理装置的结构示意图。

图3a-图3b是根据一实施例示出的电池能量处理装置的一种工作模式的电流流径示意图。

图4a-图4d是根据一实施例示出的电池能量处理装置的另一种工作模式的电流流径示意图。

图5a-图5d是根据一实施例示出的电池能量处理装置的另一种工作模式的电流流径示意图。

图6a-图6b是根据一实施例示出的电池能量处理装置的另一种工作模式的电流流径示意图。

图7a-图7d是根据一实施例示出的电池能量处理装置的另一种工作模式的电流流径示意图。

图8a-图8d是根据一实施例示出的电池能量处理装置的另一种工作模式的电流流径示意图。

图9是根据一实施例示出的一种车辆的结构示意图。

附图标记：

1.电池；2.电机控制模块；3.电机绕组；4.控制器；5.直流充电口；

6.第二开关；7.第一相绕组；8.第二相绕组；9.第三相绕组；

10.第一开关；11.第三开关；12.第一电容；

100能量转换装置。

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，下面结合图1-图9，通过具体实施例来进行说明。

本申请实施例一提供一种电池能量处理装置100，通过控制该电池能量处理装置100中的可控元件，一方面使振荡电流流经电池1形成电池放电以及电池充电，电池1在放电和充电过程中，电池1的内阻会产生热量，这样就实现了电池的加热；另一方面使电池1接受外部充电设备的电能，可以理解的是上述电池加热和电池充电可以同时进行，也可以不同时进行，对此不作限定，具体可参照后续的实施例；再一方面电池1给电机绕组3对应的电机提供电能，使该电机处于驱动状态。

具体的，如图1所示，该电池能量处理装置100与电池1以及外部充电设备连接，该电池能量处理装置100包括变换装置、电机绕组3、串联连接的第一电容12和第一开关10、第二开关6以及控制器4。

其中，变换装置为可控元件，变换装置包括N相桥臂，N相桥臂的第一端共接形成变换装置的第一汇流端，N相桥臂的第二端共接形成变换装置的第二汇流端。第一汇流端与电池的正极连接，第二汇流端与电池1的负极连接以将变换装置和电池1连接在一起。

具体地，每一相桥臂分别包括上桥臂和下桥臂，上桥臂和下桥臂串联连接，桥臂的中点形成在上桥臂和下桥臂之间，例如，以图1中的变换装置包括三相桥臂为例，变换装置的中点为A点，B点和C点。每一相桥臂的上桥臂和下桥臂均包括一个功率开关单元，功率开关单元可以是晶体管、IGBT、MOS管等器件类型或其组合。

电机绕组3包括N相绕组，N相绕组的第一端与变换装置的N相桥臂的中点一一对应连接。电机绕组3的N相绕组被分为两组，包括M相绕组和P相绕组，M+P≤N。M相绕组的第一端和P相绕组的第一端共同构成电机绕组3的第一端；M相绕组的第二端与串联连接的第一电容12和第一开关10的第一端连接。

在一具体实施例中，电机绕组3包括第一相绕组7、第二相绕组8和第三相绕组9；变换装置包括第一相桥臂、第二相桥臂和第三相桥臂，第一相桥臂的第一端、第二相桥臂的第一端和第三相桥臂的第一端共接形成变换装置的第一汇流端，第一相桥臂的第二端、第二相桥臂的第二端和第三相桥臂的第二端共接形成变换装置的第二汇流端；第一相绕组7的第一端与第一相桥臂的中点连接，第二相绕组8的第一端与第二相桥臂的中点连接，第三相绕组9的第一端与第三相桥臂的中点连接。第一相绕组7的第一端、第二相绕组8的第一端与第三相绕组9的第一端形成电机绕组3的第一端，第一相绕组7的第二端为M相绕组的第二端，第二相绕组8的第二端和第三相绕组9的第二端共接形成P相绕组的第二端。

第二开关6的第一端连接N相绕组中的M相绕组的第二端，第二开关6的第二端连接N相绕组中的P相绕组的第二端；其中，M≥1，P≥2，M+P≤N。

第二开关6的第一端连接M相绕组的第二端，也即第二开关6的第一端、M相绕组的第二端以及串联连接的第一电容12和第一开关10的第一端连接在一起。第二开关6的第二端与P相绕组的第二端连接。

在具体实施例中，为了不大改现有电机的生产、制造等，以及避免电机绕组3和第二开关6之间的电磁干扰，第二开关6布置在电机绕组3对应的电机的壳体外，具体的第二开关6可以布置在配电箱体中。

在具体实施方式中，变换装置还包括母线电容，如图1中所示C1，用以完成变换装置控制过程中稳压滤波等辅助性功能，为后面的逆变器提供更平稳的直流电压，以减小逆变器输出的交流电压波形失真。母线电容是直流逆变电路里常规的电气元件，参与变换装置各种工作的过程，在此不再赘述。

优选地，在不使用辅助设备的情况下产生旋转磁场必须至少需要三相绕组，相数越多，越能产生更稳定的旋转磁场，但是也会增加电机成本。因此，一般选用三相绕组，最低成本的完成驱动整车行进。

在其他实施例中，电机绕组3的N相绕组可以被分为三组或更多组，电机绕组3的N相绕组被分为超过三组的更多组后，可以理解的是，该N也要大于3。以三组为例，包括M相绕组、P相绕组和K相绕组，此时M+P+K＝N，M相绕组的第一端、P相绕组的第一端和K相绕组的第一端共同构成电机绕组3的第一端；该电池能量处理装置100还包括第K开关，第K开关连接在P相绕组的第二端和K相绕组的第二端之间。

串联连接的第一电容12和第一开关10的第一端与M相绕组的第二端连接，串联连接的第一电容12和第一开关10的第二端与变换装置的第二汇流端连接，其中第一电容12的两端被引出作为给电池充电的、与外部充电设备连接的充电正端子和充电负端子，例如，图1中直流充电口5的充电正端子和充电负端子。

优选地，在直流充电口5的正端子与第一电容12的第一端之间，和/或直流充电口5的负端子与第一电容12的第二端之间，还设置有第三开关11，用于断开第一电容12与直流充电口5之间的连接，以保障直流充电口5的电气安全。示例性的，如图1所示，第三开关11设置在直流充电口5的负端子与第一电容12的第二端之间。

串联连接的第一电容12和第一开关10中第一电容12和第一开关10的位置，第一种情况，如图1所示，第一开关10的第一端形成串联连接的第一开关10和第一电容12的第一端，第一电容12的第二端形成串联连接的第一开关10和第一电容12的第二端，即第一开关10的第一端与M相绕组的第二端连接，第一开关10的第二端与第一电容12的第一端连接，第一电容12的第二端与变换装置的第二汇流端连接。第一开关10的这种设置位置可以确保电机绕组3与第一电容12的稳定断开。

第二种情况，如图2所示，第一电容12的第一端形成串联连接的第一开关10和第一电容12的第一端，第一开关10的第二端形成串联连接的第一开关10和第一电容12的第二端，即第一电容12的第一端与M相绕组的第二端连接，第一电容12的第二端与第一开关10的第一端连接，第一开关10的第二端与变换装置的第二汇流端连接。第一开关10的这种设置位置对第一开关10的耐压等级要求较低。

在具体实施例中，为了节省线缆，降低成本，第二开关6布置在电机绕组3对应的电机的壳体内，同时，第一开关10布置在电机绕组3对应的电机的壳体外，具体的第一开关10可以布置在配电箱体中。

在本申请实施例中，如图1所示，控制器4与变换装置、第一开关10以及第二开关6连接，用于控制变换装置、第一开关10和第二开关6，使本申请电池能量处理装置100接收电池1的电能，使电机绕组3对应的电机处于驱动状态，具体如何实现可参照后续实施例电池能量处理装置的控制方法中对应部分的阐述，为了简洁本申请的说明书，在此不再赘述；或者，使本申请电池能量处理装置100接收外部充电设备的电能，并传输至电池1，具体如何实现可参照后续实施例电池能量处理装置的控制方法中对应部分的阐述，为了简洁本申请的说明书，在此不再赘述；或者，使本申请电池能量处理装置100与电池进行充电和放电以实现对电池的加热，具体如何实现可参照后续实施例电池能量处理装置的控制方法中对应部分的阐述，为了简洁本申请的说明书，在此不再赘述；或者，使本申请电池能量处理装置100在接收外部充电设备的电能，并传输至电池1的同时，与电池进行充电和放电以实现对电池的加热，具体如何实现可参照后续实施例电池能量处理装置的控制方法中对应部分的阐述，为了简洁本申请的说明书，在此不再赘述。

本申请电池能量处理装置100通过第二开关6将电机绕组3进行分立与一体，并通过可控元件变换装置、第一开关10和第二开关6在被控制时，会使电池1、电机绕组3、第一电容12以及外部充电设备形成不同的回路，实现不同的功能，如驱动功能、电池自加热功能、电池充电功能、电池边充电边自加热功能，进一步提高电机的利用效率，提升整车集成度，用较低的成本实现了上述功能。同时，在实现电池自加热功能、电池充电功能时还可以有不同的路径，通过对电机功率的有级调整，实现变功率充电、变功率电池自加热以及边充电的同时不同功率的自加热，进一步提升充电以及自加热性能，还可以使得充电与自加热功能有冗余，提升系统可靠性。

基于上述实施例中的电池能量处理装置100，本申请提供的一种电池能量处理装置的控制方法，其包括：

在第一预设状态下，控制第一开关10闭合，第二开关6断开，并控制M相绕组对应的M相桥臂，以使电池能量处理装置100接收外部充电设备的电能，并传输至电池1，同时控制P相绕组对应的P相桥臂，使电池1与P相绕组进行充电和放电以实现对电池的加热。

其中，控制第一开关10闭合，第二开关6断开，外部充电设备经过一些器件连接到第一电容12的两端，外部充电设备、第一开关10、M相绕组、与M相绕组连接的M相桥臂以及电池1形成第一充电电路，同时，电池1和N相绕组中的P相绕组，以及与P相绕组对应的P相桥臂形成第一电池自加热电路。进而控制变换装置，通过控制变换装置中与M相绕组连接的M相桥臂的开闭及开闭状态的保持时间，以使外部充电设备的电能通过第一开关10、M相绕组以及与M相绕组连接的M相桥臂流入到电池1实现充电功能，同时，通过控制变换装置中与P相绕组连接的P相桥臂的开闭及开闭状态的保持时间，使得电池1的电能通过P相桥臂，与P相桥臂连接的P相绕组进行充电和放电实现对电池的加热。

具体地，基于本申请电池能量处理装置100，以N＝3为例，对通过控制第一相桥臂的开闭及开闭状态的保持时间，以使电池能量处理装置100接收外部充电设备的电能，并传输至电池实现充电功能，同时控制第二相桥臂和第三相桥臂，使电池1与第二相绕组8和第三相绕组9进行充电和放电以实现对电池的加热进行阐述。如图3a-图3b所示，电池的充电过程包括第一回路状态和第二回路状态，具体为：

第一回路状态：第一相桥臂的第三相绕组9关断，第一相桥臂的下桥臂导通，充电电流通过第一相桥臂的下桥臂给第一相绕组7储能，第一相桥臂中点电位不断抬升。

第二回路状态：第一相桥臂的第三相绕组9导通或关断，第一相桥臂的下桥臂关断，第一相绕组7释放能量，充电电流通过第一相绕组7和第一相桥臂的第三相绕组9给动力电池充电；第一相桥臂中点电位下降。

通过第一回路状态与第二回路状态的轮换交替，外部设备给电池包进行充电。

如图4a-图4d所示，控制第二相桥臂和第三相桥臂，使电池1与第二相绕组8和第三相绕组9进行充电和放电以实现对电池的加热的过程包括第三回路状态、第四回路状态、第五回路状态以及第六回路状态，具体为：

第三回路状态：第二相桥臂的上桥臂导通，下桥臂关断，第三相桥臂的上桥臂关断，下桥臂导通，电流从电池的正极流出，经过第二相桥臂的上桥臂，流向第二相绕组8和第三相绕组9，从第三相绕组9流出，然后经过第三相桥臂的下桥臂流回至电池1，在此阶段中，第二相绕组8和第三相绕组9作为储能元件存储能量，电池放电，给第二相绕组8和第三相绕组9储能。

第四回路状态：第二相桥臂的上桥臂关断，下桥臂导通，第三相桥臂的上桥臂导通，下桥臂关断，由于第二相绕组8和第三相绕组9上的电流不能突变，电流继续从第二相绕组8和第三相绕组9流出，经过第三相桥臂的上桥臂，流向电池的正极，再从电池的负极流出经过第二相相桥臂的下桥臂，流回第二相绕组8。在此阶段中，第二相绕组8和第三相绕组9作为储能元件释放能量，第二相绕组8和第三相绕组9给电池充电。

通过第三回路状态与第四回路状态的交替，实现加热电流在第二相绕组8和第三相绕组9与电池1之间循环充放，完成对电池包的震荡加热。第三回路状态、第四回路状态，通过桥臂的切换，进一步降低开关管损耗。

为了均衡第二相桥臂和第三相桥臂的开关管的寿命，在优选实施例中，电池能量处理装置100实现边充电边加热的功能的控制方式还包括：

第五回路状态：第二相桥臂的上桥臂关断，下桥臂导通，第三相桥臂的上桥臂导通，下桥臂关断，电流从电池的正极流出，经过第三相桥臂的上桥臂，流向第三相绕组9和第二相绕组8，从第二相绕组8流出，然后经过第二相桥臂的下桥臂流回至电池1，在此阶段中，第三相绕组9和第二相绕组8作为储能元件存储能量，电池放电，给第三相绕组9和第二相绕组8储能。

第六回路状态：第二相桥臂的上桥臂导通，下桥臂关断，第三相桥臂的上桥臂关断，下桥臂导通，由于第三相绕组9和第二相绕组8上的电流不能突变，电流继续从第二相绕组8和第三相绕组9流出，经过第二相桥臂的上桥臂，流向电池的正极，再从电池的负极流出经过第三相桥臂的下桥臂，流回第三相绕组9。在此阶段中，第三相绕组9和第二相绕组8作为储能元件释放能量，第三相绕组9和第二相绕组8给电池充电。

另外，第一回路状态、第二回路状态的运行，与第三回路状态和第四回路状态、第五回路状态和第六回路状态的运行，互不干扰。即第一回路状态进行时，可以同时对应着第三回路状态、第四回路状态、第五回路状态与第六回路状态；同理，第二回路状态进行时，可以对应着第三回路状态、第四回路状态、第五回路状态与第六回路状态。

在第一预设状态下，电池能量处理装置100利用M相桥臂和M相绕组实现电池充电的功能，同时利用P相桥臂和P相绕组实现电池自加热的功能。可以利用一个电机绕组3同时实现充电和电池自加热功能，极大的提升了电机的利用效率，更大限度提高器件的功率密度，减少体积及成本。

在本申请的实施例中，电池充电的同时实现电池的自加热，能够在电池充电的同时提升电池1的温度，提高电池的充电效率。众所周知的，动力电池1在低温下材料活性大大降低，导致阻抗急剧增大，大倍率充电能力大幅衰减，甚至会导致析锂，严重损害了电动汽车动力性能、寿命及安全性。在电池充电的同时，利用电机的一部分绕组与电池进行充电和放电，形成震荡电路，对低温电池包进行加热。由于电池1内阻的存在，导致电池1内部温度上升，电池1还不会因为激烈的极化反应而析锂，进一步延长电池1使用寿命，并且提升电池充电的效率。

进一步地，在第二预设状态下，控制第一开关10闭合，第二开关6断开，并控制M相绕组对应的M相桥臂，以使电池能量处理装置100接收外部充电设备的电能，并传输至电池1。

具体地，控制第一开关10闭合，第二开关6断开，外部充电设备经过一些器件连接到第一电容12的两端，外部充电设备的电能通过第一开关10、M相绕组以及与M相绕组连接的M相桥臂流入到电池1实现充电功能。在第二预设桩体下，能量处理装置100仅被控制用以实现电池充电功能。

第二预设状态下电池充电的过程与第一预设状态下电池的充电过程一致，具体如何实现可参照第一预设状态下，电池的充电过程中对应部分的阐述，如图3a-图3b所示，为了简洁本申请的说明书，在此不再赘述

在第二预设状态下，电池能量处理装置100仅利用M相桥臂和M相绕组实现电池充电的功能，转换装置其余的桥臂断开或者不进行控制，对于由开关管组成的桥臂来说，桥臂的开关次数直接影响其元器件的使用寿命，其开关次数越多越频繁，其损耗越严重，使用寿命越短，所以仅利用M相桥臂的控制即可以实现电池的充电，相对来说减少了对桥臂控制的开关控制，延长的使用寿命，一定程度上也节约了成本。

进一步地，在第三预设状态下，控制第一开关10断开，第二开关6断开，并控制P相绕组对应的P相桥臂，使电池与P相绕组进行充电和放电以实现对电池的加热。

具体地，控制第一开关10断开，第二开关6断开，电池1与变换装置的P相桥臂、P相绕组形成第一电池自加热电路(电池充放电电路，电池在充放电的过程中，内阻产热，实现电池温度升高，达到电池自加热的目的)，进而控制变换装置，通过控制P相桥臂的开闭及开闭状态的保持时间，以使电池1与P相绕组进行充电和放电实现对电池的加热。在第三预设桩体下，能量处理装置100仅被控制用以实现电池自加热功能。

第三预设状态下电池自加热的过程与第一预设状态下电池的自加热过程一致，具体如何实现可参照第一预设状态下，电池的自加热过程中对应部分的阐述，如图4a-图4d所示，为了简洁本申请的说明书，在此不再赘述。

在第三预设状态下，电池能量处理装置100仅利用P相桥臂和P相绕组实现电池加热的功能，可以满足相对较小的加热功率需求，转换装置其余的桥臂断开或者不进行控制，对于由开关管组成的桥臂来说，桥臂的开关次数直接影响其元器件的使用寿命，其开关次数越多越频繁，其损耗越严重，使用寿命越短，所以仅利用P相桥臂的控制即可以实现电池的充电，相对来说减少了对桥臂控制的开关控制，延长的使用寿命，一定程度上也节约了成本。

进一步地，在第四预设状态下，控制第一开关10断开以及第二开关6闭合，使电池1和电机绕组3形成驱动电路；并控制变换装置的N相桥臂以使电池1给电机绕组3提供所需电流，电机绕组3对应的电机处于驱动状态。

具体地，控制第一开关10断开以及第二开关6闭合，电池1与变换装置的N相桥臂、以及N相绕组形成电机驱动电路。进而控制该电机驱动电路中的变换装置，通过控制变换装置的开闭及开闭状态的保持时间，以使电池1给电机绕组3提供所需电流，电机绕组3对应的电机将处于驱动状态。

在第四预设状态下，电池能量处理装置100实现电机驱动功能，电池1经变换装置逆变整流为电机驱动提供动力源，通过控制变换装置的N相桥臂的通断，使得电流在桥臂中形成电流矢量，形成旋转磁场，以使得电机绕组3的转子转动输出扭矩。以三相电机为例，现有的电机矢量控制中，通常采用七段式空间电压矢量控制方法，通过开关触发顺序和脉宽大小的组合，实现电机三相电压逆变器的功率器件的控制，通过与基本的空间矢量对应的开关状态的组合，来获得定子的参考电压矢量，其在输出电压或电机绕组3线圈中的电流中会产生更少的谐波，提高扭矩品质，减少电机产生的脉动转矩，使机器振动更小，输出信号的谐波更少，波形质量清晰度更好，电源电压更稳定。

进一步地，在第五预设状态下，控制第一开关10断开以及第二开关6闭合，并控制变换装置的N相桥臂以使N相电机绕组3与电池进行充电和放电，以实现对电池的加热。

具体地，控制第一开关10断开，第二开关6闭合，电池1与变换装置的N相桥臂、N相绕组、第二开关6形成第二电池自加热电路(电池充放电电路，电池在充放电的过程中，内阻产热，实现电池温度升高，达到电池自加热的目的)，进而控制变换装置，通过控制变换装置的开闭及开闭状态的保持时间，以使电池进行充电和放电实现对电池的加热。

基于本申请电池能量处理装置100，以N＝3为例对通过控制变换装置的开闭及开闭状态的保持时间，以使电池1与N相绕组进行充电和放电实现对电池的加热进行阐述，如图5a-图5b所示：

第一回路状态：第一相桥臂的上桥臂导通，下桥臂关断，第二相桥臂和第三相桥臂的上桥臂关断，下桥臂导通，电流从电池的正极流出，经过第一相桥臂的上桥臂，流向第一相绕组7，从第二相绕组8和第三相绕组9流出，然后经过第二相桥臂和第三相桥臂的下桥臂流回至电池1，在此阶段中，第一相绕组7、第二相绕组8和第三相绕组9作为储能元件存储能量，电池放电，给第一相绕组7，第二相绕组8和第三相绕组9储能。

第二回路状态：第一相桥臂的上桥臂关断，下桥臂导通，第二相桥臂和第三相桥臂的上桥臂导通，下桥臂关断，由于第一相绕组7、第二相绕组8和第三相绕组9上的电流不能突变，电流继续从第一相绕组7流向第二相绕组8和第三相绕组9，从第二相绕组8和第三相绕组9流出，经过第二相桥臂和第三相桥臂的上桥臂，流向电池的正极，再从电池的负极流出经过第一相相桥臂的下桥臂，流回第一相绕组7。在此阶段中，第一相绕组7、第二相绕组8和第三相绕组9作为储能元件释放能量，第一相绕组7、第二相绕组8和第三相绕组9给电池充电。

通过第一回路状态与第二回路状态的交替，实现加热电流在第一相绕组7、第二相绕组8和第三相绕组9与电池1之间循环充放，完成对电池包的震荡加热。第一回路状态、第二回路状态通过桥臂的切换，进一步降低开关管损耗。

为了均衡第一相桥臂、第二相桥臂和第三相桥臂的上桥臂和下桥臂的寿命，在优选实施例中，电池能量处理装置100实现边充电边加热的功能的控制方式还包括：

第三回路状态：第一相桥臂的上桥臂关断，下桥臂导通，第二相桥臂和第三相桥臂的上桥臂导通，下桥臂关断，电流从电池的正极流出，经过第二相桥臂和第三相桥臂的上桥臂，从第二相绕组8和第三相绕组9流向第一相绕组7，从第一相绕组7流出，然后经过第一相桥臂的下桥臂流回至电池1，在此阶段中，第一相绕组7、第三相绕组9和第二相绕组8作为储能元件存储能量，电池放电，给第一相绕组7、第二相绕组8和第三相绕组9储能。

第四回路状态：第一相桥臂的上桥臂导通，下桥臂关断，第二相桥臂和第三相桥臂的上桥臂关断，下桥臂导通，由于第一相绕组7、第二相绕组8和第三相绕组9上的电流不能突变，电流继续从第二相绕组8和第三相绕组9流向第一相绕组7，然后从第一相绕组7流出，经过第一相桥臂的上桥臂，流向电池的正极，再从电池的负极流出经过第二相桥臂和第三相桥臂的下桥臂，流回第二相绕组8和第三相绕组9。在此阶段中，第一相绕组7、第二相绕组8和第三相绕组9作为储能元件释放能量，第一相绕组7、第二相绕组8和第三相绕组9给电池充电。

通过第三回路状态与第四回路状态的交替，实现加热电流在第一相绕组7、第二相绕组8和第三相绕组9与电池1之间循环充放，完成对电池包的震荡加热。

在第五预设状态下，电池能量处理装置100利用N相桥臂和N相绕组实现电池自加热的功能，N相桥臂和N相绕组均参与电池自加热的过程，桥臂和绕组的过流耐压能力大大提升，可以承受更大的充电电流，提升了加热功率。可以理解的，在有大的充电功率需求时，可以采用第五预设状态下，利用N相桥臂和N相绕组实现电池自加热的方式提升充电功率，以缩减电池的加热时间，提高加热效率。加热功率需求较小时，可以采用第三预设状态下，利用P相桥臂和P相绕组实现电池自加热的方式，仅一部分桥臂和绕组参与电池自加热的过程，减少了对桥臂控制的开关次数，减少桥臂的损耗。

进一步地，在第六预设状态下，控制第一开关10闭合以及第二开关6闭合，并控制变换装置的N相桥臂，以使电池能量处理装置100接收外部充电设备的电能，并传输至电池1。

具体地，控制第一开关10闭合以及第二开关6闭合，外部充电设备经过一些器件连接到第一电容12的两端，外部充电设备的电能通过第一开关10、第二开关6和N相绕组以及变换转置的N相桥臂流入到电池1实现充电功能。

基于本申请电池能量处理装置100，以N＝3为例对外部充电设备的电能通过第一开关10、第二开关6和N相绕组以及N相桥臂流入到电池1实现充电功能进行阐述，如图6a-图6b所示：

第一回路状态：第一相桥臂、第二相桥臂和第三相桥臂的上桥臂关断，第一相桥臂、第二相桥臂和第三相桥臂的下桥臂导通，充电电流通过第一相桥臂、第二相桥臂和第三相桥臂的下桥臂给第一相绕组7、第二相绕组8和第三相绕组9储能，第一相桥臂、第二相桥臂和第三相桥臂中点电位不断抬升。

第二回路状态：第一相桥臂、第二相桥臂和第三相桥臂的上桥臂导通或关断，第一相桥臂、第二相桥臂和第三相桥臂的下桥臂关断，第一相绕组7、第二相绕组8和第三相绕组9释放能量，充电电流通过第一相绕组7、第二相绕组8和第三相绕组9和第一相桥臂、第二相桥臂和第三相桥臂的上桥臂给动力电池充电；第一相桥臂、第二相桥臂和第三相桥臂中点电位下降。

通过第一回路状态与第二回路状态的轮换交替，外部设备给电池包进行充电。优选地，可以控制变换装置的N相桥臂，使得N相桥臂的上桥臂同时导通，或者，N相桥臂的下桥臂同时导通。由于N相桥臂的控制完全一样，使得电机绕组3的电流矢量为零，不会存在扭矩脉动，从而提高升压充电的电气安全。

在第六预设状态下，电池能量处理装置100利用N相桥臂和N相绕组实现电池1升压充电的功能。N相桥臂和N相绕组均参与电池1升压充电的过程，桥臂和绕组的过流耐压能力大大提升，可以承受更大的充电电流，提升了充电功率。可以理解的，在有大的充电功率需求时，可以采用第六预设状态下，利用N相桥臂和N相绕组实现电池1升压充电的方式提升充电功率，以缩减电池的充电时间，提高充电效率。充电功率需求较小时，可以采用第二预设状态下，利用M相桥臂和M相绕组实现电池1升压充电的方式，仅一部分桥臂和绕组参与电池充电的过程，减少了对桥臂控制的开关次数，减少桥臂的损耗。

进一步地，在第七预设状态下，控制所述第一开关10闭合以及所述第二开关6断开，并控制所述变换装置的M相桥臂以使所述第一电容12与所述电池进行充电和放电，以实现对所述电池的加热。

具体地，控制第一开关10闭合，第二开关6断开，电池1与变换装置的M相桥臂、M相绕组、第一开关10和第一电容12形成第三电池自加热电路(电池充放电电路，电池在充放电的过程中，内阻产热，实现电池温度升高，达到电池自加热的目的)，进而控制变换装置，通过控制变换装置的开闭及开闭状态的保持时间，以使电池1通过M相桥臂、M相绕组与第一电容12进行充电和放电实现对电池的加热。

基于本申请电池能量处理装置100，以N＝3为例对通过控制变换装置的开闭及开闭状态的保持时间，以使电池进行充电和放电实现对电池的加热进行阐述，如图7a-图7b所示：

第一回路状态：第一相桥臂的上桥臂导通，下桥臂关断，电池1通过第一相桥臂的上桥臂给第一相绕组7和第一电容12储能。

第二回路状态：第一相桥臂的上桥臂关断，下桥臂导通，由于第一相绕组7上的电流不能突变，电流继续从第一相绕组7流出，第一相绕组7给第一电容12储能。

第三回路状态：第一相桥臂的上桥臂关断，下桥臂导通，第一电容12通过第一相桥臂的下桥臂给第一相绕组7储能。

第四回路状态：第一相桥臂上桥臂导通，下桥臂关断，由于第一相绕组7上的电流不能突变，电流继续从第一相绕组7流出，第一相绕组7通过第一相桥臂的上桥臂给电池充电。

通过第一回路状态与第二回路状态的交替，电池放电，给第一电容12充电；通过第三回路状态与第四回路状态的交替，第一电容12给电池充电。通过第一回路状态、第二回路状态、第三回路状态与第四回路状态的周期切换，电流(或者能量)在电池1与第一电容12之间循环充放，完成对电池包的振荡加热。

在第七预设状态下，电池能量处理装置100实现电池自加热的功能，控制变换装置的M相桥臂的上桥臂同时导通，或者，M相桥臂的下桥臂同时导通。由于M相桥臂的控制完全一样，使得电机绕组3的电流矢量为零，不会存在扭矩脉动，从而提高电池自加热时的电气安全。

并且在第七预设状态下，电池能量处理装置100利用M相桥臂和M相绕组实现电池自加热的功能，其余的桥臂断开或者不进行控制，所以仅利用M相桥臂的控制即可以实现电池的充电，相对来说减少了对桥臂控制的开关控制，延长的使用寿命，一定程度上也节约了成本。

进一步地，在第八预设状态下，控制第一开关10闭合以及第二开关6闭合，并控制变换装置的N相桥臂以使第一电容12与电池进行充电和放电，以实现对电池的加热。

具体地，控制第一开关10和第二开关6闭合，电池1与变换装置的N相桥臂、N相绕组、第一开关10、第二开关6和第一电容12形成第四电池自加热电路(电池充放电电路，电池在充放电的过程中，内阻产热，实现电池温度升高，达到电池自加热的目的)，进而控制变换装置，通过控制变换装置的开闭及开闭状态的保持时间，以使电池1与第一电容12进行充电和放电实现对电池的加热。

基于本申请电池能量处理装置100，以N＝3为例对通过控制变换装置的开闭及开闭状态的保持时间，以使电池进行充电和放电实现对电池的加热进行阐述，如图8a-图8b：

第一回路状态：第一相桥臂、第二相桥臂和第三相桥臂的上桥臂导通，第一相桥臂、第二相桥臂和第三相桥臂的下桥臂关断，电池1通过第一相桥臂、第二相桥臂和第三相桥臂的上桥臂给第一相绕组7、第二相绕组8和第三相绕组9和第一电容12储能。

第二回路状态：第一相桥臂、第二相桥臂和第三相桥臂的上桥臂关断，第一相桥臂、第二相桥臂和第三相桥臂的下桥臂导通，由于第一相绕组7、第二相绕组8和第三相绕组9上的电流不能突变，电流继续从第一相绕组7、第二相绕组8和第三相绕组9流出，第一相绕组7、第二相绕组8和第三相绕组9给第一电容12储能。

第三回路状态：第一相桥臂、第二相桥臂和第三相桥臂的上桥臂关断，第一相桥臂、第二相桥臂和第三相桥臂的下桥臂导通，第一电容12通过第一相桥臂、第二相桥臂和第三相桥臂的下桥臂给第一相绕组7、第二相绕组8和第三相绕组9储能。

第四回路状态：第一相桥臂、第二相桥臂和第三相桥臂的上桥臂导通，第一相桥臂、第二相桥臂和第三相桥臂的下桥臂关断，由于第一相绕组7、第二相绕组8和第三相绕组9上的电流不能突变，电流继续从第一相绕组7、第二相绕组8和第三相绕组9流出，第一相绕组7、第二相绕组8和第三相绕组9、第一电容12通过第一相桥臂、第二相桥臂和第三相桥臂的上桥臂给电池充电。

通过第一回路状态与第二回路状态的交替，电池放电，给第一电容12充电；通过第三回路状态与第四回路状态的交替，第一电容12给电池充电。通过第一回路状态、第二回路状态、第三回路状态与第四回路状态的周期切换，电流(或者能量)在电池1与第一电容12之间循环充放，完成对电池包的振荡加热。

在第八预设状态下，电池能量处理装置100实现电池自加热的功能。为了避免因电机中不同相的绕组之间存在不同方向的电流，形成电流矢量并产生磁场，使得绕组单元产生脉动扭矩，对器件安全产生较大影响，因此，在本申请的优选实施方式中，控制变换装置的N相桥臂的上桥臂同时导通，或者，N相桥臂的下桥臂同时导通。由于N相桥臂的控制完全一样，使得电机绕组3的电流矢量为零，不会存在扭矩脉动，从而提高电池自加热时的电气安全。

并且在第八预设状态下，电池能量处理装置100利用N相桥臂和N相绕组实现电池自加热的功能。N相桥臂和N相绕组均参与电池自加热的过程，桥臂和绕组的过流耐压能力大大提升，可以承受更大的充电电流，提升了加热功率。可以理解的，在有大的加热功率需求时，可以采用第八预设状态下，利用N相桥臂和N相绕组实现电池自加热的方式提升充电功率，以缩减电池的加热时间，提高加热效率。加热功率需求较小时，可以采用第七预设状态下，利用M相桥臂和M相绕组实现电池1升压充电的方式，仅一部分桥臂和绕组参与电池充电的过程，减少了对桥臂控制的开关次数，减少桥臂的损耗。

在本申请的实施例中，控制变换装置、第一开关10和第二开关6，使电池能量处理装置100接收电池1的电能，使电机绕组3对应的电机处于驱动状态；或者，使本申请电池能量处理装置100接收外部充电设备的电能，并传输至电池1；或者，使本申请电池能量处理装置100与电池进行充电和放电以实现对电池的加热；或者，使本申请电池能量处理装置100在接收外部充电设备的电能，并传输至电池1的同时，与电池进行充电和放电以实现对电池的加热。

通过控制可控元件如变换装置、第一开关10和第二开关6，可以使得该能量处理装置100在不同的预设状态下形成不同的回路，实现不同的功能，如驱动功能、电池自加热功能、电池充电功能、电池边充电边自加热功能，进一步提高电机的利用效率，提升整车集成度。同时，还可以通过控制第一开关10和第二开关6，在实现电池自加热功能、电池充电功能时有不同的路径，以对电机功率的有级调整，实现变功率充电、变功率电池自加热以及边充电的同时不同功率的自加热，进一步提升充电以及自加热性能，还可以使得充电与自加热功能有冗余，提升系统可靠性。

本申请还提供一种车辆，包括电池1，还包括上述任一实施例中的电池能量处理装置100以及基于上述电池能量处理装置的控制方法。

在本申请提供的车辆中，包括上述任一实施例中的电池能量处理装置100，可以具有以上实施例中所描述的有益效果，同时包括上述任一实施例中的电池能量处理装置的控制方法，可以具有以上实施例中所描述的有益效果。

此外，在本申请的一优选实施例中，上述的电机绕组3可以为车辆的驱动电机的电机绕组3，即该驱动电机为车辆行驶提供驱动力，相应地，上述的变换装置可以为驱动电机的变换装置。也就是说，在本申请提供的电池能量处理装置100，复用了车辆的驱动电机来进行充电和电池自加热。由于驱动电机的功率较大，因此，在加热过程中，对应的加热功率也较大，从而可以提升加热速率，提高加热效率。另外，由于复用了车辆上现有的驱动电机，无需额外提供专用电机，从而可以提高车辆中器件的利用率，减少车辆空间的占用，并降低车辆重量，降低了整车成本，有利于新能源汽车推广。

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 (10)

1.一种电池能量处理装置的控制方法，其特征在于，所述电池能量处理装置包括：

变换装置，所述变换装置包括N相桥臂，所述N相桥臂的第一端共接形成所述变换装置的第一汇流端，所述N相桥臂的第二端共接形成所述变换装置的第二汇流端，所述变换装置的第一汇流端与所述电池的正极连接，所述变换装置的第二汇流端与所述电池的负极连接；

电机绕组，所述电机绕组包括N相绕组，所述N相绕组的第一端与所述变换装置的所述N相桥臂的中点一一对应连接；

串联连接的第一电容和第一开关，所述串联的第一电容和第一开关的第一端连接所述N相绕组中的M相绕组的第二端，所述串联的第一电容和第一开关的第二端连接所述变换装置的第二汇流端，所述电池能量处理装置引出所述第一电容的第一端作为充电正端子，所述电池能量处理装置引出所述第一电容的第二端作为充电负端子；

第二开关，所述第二开关的第一端连接所述N相绕组中的M相绕组的第二端，所述第二开关的第二端连接所述N相绕组中的P相绕组的第二端；其中，M≥1，P≥2，M+P≤N；

所述电池能量处理装置的控制方法包括：

在第一预设状态下，控制所述第一开关闭合，所述第二开关断开，并控制所述M相绕组对应的M相桥臂，以使所述电池能量处理装置接收所述外部充电设备的电能，并传输至所述电池，同时控制所述P相绕组对应的P相桥臂，使所述电池与所述P相绕组进行充电和放电以实现对所述电池的加热。

2.如权利要求1所述的电池能量处理装置的控制方法，其特征在于，还包括：

在第二预设状态下，控制所述第一开关闭合，所述第二开关断开，并控制所述M相绕组对应的M相桥臂，以使所述电池能量处理装置接收所述外部充电设备的电能，并传输至所述电池。

3.如权利要求1所述的电池能量处理装置的控制方法，其特征在于，还包括：

在第三预设状态下，控制所述第一开关断开，所述第二开关断开，并控制所述P相绕组对应的P相桥臂，使所述电池与所述P相绕组进行充电和放电以实现对所述电池的加热。

4.如权利要求1所述的电池能量处理装置的控制方法，其特征在于，还包括：

在第四预设状态下，控制所述第一开关断开以及所述第二开关闭合，使所述电池和所述电机绕组形成驱动电路；并控制所述变换装置的N相桥臂以使所述电池给所述电机绕组提供所需电流，所述电机绕组对应的电机处于驱动状态。

5.如权利要求1所述的电池能量处理装置的控制方法，其特征在于，还包括：

在第五预设状态下，控制所述第一开关断开以及所述第二开关闭合，并控制所述变换装置的N相桥臂以使所述N相电机绕组与所述电池进行充电和放电，以实现对所述电池的加热。

6.如权利要求1所述的电池能量处理装置的控制方法，其特征在于，还包括：

在第六预设状态下，控制所述第一开关闭合以及所述第二开关闭合，并控制所述变换装置的N相桥臂，以使所述电池能量处理装置接收所述外部充电设备的电能，并传输至所述电池。

7.如权利要求1所述的电池能量处理装置的控制方法，其特征在于，还包括：

在第七预设状态下，控制所述第一开关闭合以及所述第二开关断开，并控制所述变换装置的M相桥臂以使所述第一电容与所述电池进行充电和放电，以实现对所述电池的加热。

8.如权利要求1所述的电池能量处理装置的控制方法，其特征在于，还包括：

在第八预设状态下，控制所述第一开关闭合以及所述第二开关闭合，并控制所述变换装置的N相桥臂以使所述第一电容与所述电池进行充电和放电，以实现对所述电池的加热。

9.一种电池能量处理装置，其特征在于，包括：

变换装置，所述变换装置包括N相桥臂，所述N相桥臂的第一端共接形成所述变换装置的第一汇流端，所述N相桥臂的第二端共接形成所述变换装置的第二汇流端，所述变换装置的第一汇流端与所述电池的正极连接，所述变换装置的第二汇流端与所述电池的负极连接；

电机绕组，所述电机绕组包括N相绕组，所述N相绕组的第一端与所述变换装置的所述N相桥臂的中点一一对应连接；

串联连接的第一电容和第一开关，所述串联的第一电容和第一开关的第一端连接所述N相绕组中的M相绕组的第二端，所述串联的第一电容和第一开关的第二端连接所述变换装置的第二汇流端，所述电池能量处理装置引出所述第一电容的第一端作为充电正端子，所述电池能量处理装置引出所述第一电容的第二端作为充电负端子；

第二开关，所述第二开关的第一端连接所述N相绕组中的M相绕组的第二端，所述第二开关的第二端连接所述N相绕组中的P相绕组的第二端；其中，M≥1，P≥2，M+P≤N：

控制器，控制所述变换装置、第一开关和第二开关，使所述电池能量处理装置：

接收所述电池的电能，使所述电机绕组对应的电机处于驱动状态；或者，

接收所述外部充电设备的电能，并传输至所述电池；或者，

与所述电池进行充电和放电以实现对所述电池的加热；或者，

在接收所述外部充电设备的电能，并传输至所述电池的同时，与所述电池进行充电和放电以实现对所述电池的加热。

10.一种车辆，包括电池，其特征在于，还包括权利要求9所述的电池能量处理装置以及权利要求1至8任一项所述的基于权利要求9的电池能量处理装置的控制方法。

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