CN214112341U - 电池能量处理装置及车辆 - Google Patents

Abstract

本申请提出了一种电池能量处理装置，包括：变换装置，变换装置的第一汇流端与电池的正极连接，变换装置的第二汇流端与电池的负极连接；电机绕组，包括N相绕组，N相绕组的第一端连接变换装置的中点端；串联连接的第一电容和第一开关，串联的第一电容和第一开关的第一端连接N相绕组中的M相绕组的第二端，串联的第一电容和第一开关的第二端连接变换装置的第二汇流端，电池能量处理装置引出第一电容的第一端作为充电正端子，电池能量处理装置引出第一电容的第二端作为充电负端子；第二开关，第二开关的第一端连接N相绕组中的M相绕组的第二端，第二开关的第二端连接N相绕组中的P相绕组的第二端；其中，M+P≤N，可用较低的成本实现不同的功能。

Description

电池能量处理装置及车辆

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。

实用新型内容

本申请的目的在于提供一种能够在低温环境下给电池加热的新型的电池能量处理装置。

本申请第一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，包括N相绕组，所述N相绕组的第一端连接所述变换装置的中点端；

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+P≤N。

优选的，所述第一开关的第一端与所述N相绕组中的M相绕组的第二端连接，所述第一开关的第二端与所述第一电容的第一端连接，所述第一电容的第二端与所述变换装置的第二汇流端连接。

优选的，所述的电池能量处理装置还包括串联连接的第二电容和第三开关，所述串联的第二电容和第三开关的第一端连接所述N相绕组中的P相绕组的第二端，所述串联的第二电容和第三开关的第二端连接所述变换装置的第二汇流端。

优选的，所述第二开关设置在所述电机绕组对应的电机的壳体外。

优选的，所述第二开关设置在所述电机绕组对应的电机的壳体内，所述第一开关和所述第三开关设置在所述电机绕组对应的电机的壳体外。

优选的，所述第三开关的第一端与所述N相绕组中的P相绕组的第二端连接，所述第三开关的第二端与所述第二电容的第一端连接，所述第二电容的第二端与所述变换装置的第二汇流端连接。

优选的，所述变换装置的母线电容的容值大于所述第一电容的容值和所述第二电容的容值中的至少一者。

优选的，所述电机绕组包括第一相电机绕组、第二相电机绕组和第三相电机绕组；所述变换装置包括第一相桥臂、第二相桥臂和第三相桥臂，所述第一相桥臂的第一端、所述第二相桥臂的第一端和所述第三相桥臂的第一端共接形成所述变换装置的第一汇流端，所述第一相桥臂的第二端、所述第二相桥臂的第二端和所述第三相桥臂的第二端共接形成所述变换装置的第二汇流端；所述第一相电机绕组的第一端与所述第一相桥臂的中点连接，所述第二相电机绕组的第一端与所述第二相桥臂的中点连接，所述第三相电机绕组的第一端与所述第三相桥臂的中点连接，所述第一相桥臂的中点、所述第二相桥臂的中点和所述第三相桥臂的中点共同形成所述变换装置的中点端，所述第一相电机绕组的第一端、所述第二相电机绕组的第一端与所述第三相电机绕组的第一端形成所述电机绕组的第一端，所述第一相电机绕组的第二端为所述N相绕组中的M相绕组的第二端，所述第二相电机绕组的第二端和所述第三相电机绕组的第二端共接形成所述N相绕组中的P相绕组的第二端。

本申请第二方面提供一种车辆，所述车辆包括电池及本申请第一方面所述的电池能量处理装置。

优选的，所述电机绕组为所述车辆中驱动电机中的电机绕组。

本申请电池能量处理装置通过第二开关将电机绕组进行分立与一体，在可控元件变换装置、第一开关和第二开关在被控制时，会使电池、电机绕组、第一电容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，实现变功率充电以及变功率电池自加热，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。

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是本申请电池能量处理装置一实施例的结构示意图；

图2是本申请电池能量处理装置另一实施例的结构示意图；

图3是本申请车辆的结构示意图。

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。

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电池能量处理装置，用于基于该电池能量处理装置，通过控制该电池能量处理装置中的可控元件，一方面使振荡电流流经电池形成电池放电以及电池充电，电池在放电和充电过程中，电池的内阻会产生热量，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；再一方面电池给电机绕组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110、外部充电设备120连接，该电池能量处理装置100包括变换装置1、电机绕组2、串联连接的第一电容5和第一开关4以及第二开关3。

其中，变换装置1为可控元件，具有第一汇流端、第二汇流端和中点端，第一汇流端与电池110的正极连接、第二汇流端与电池110的负极连接以将变换装置1和电池110连接在一起，中点端与电机绕组2的第一端连接以将变换装置1与电机绕组2连接；

电机绕组2包括N相绕组，该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2的第一端；M相绕组的第二端与串联连接的第一电容5和第一开关4的第一端连接，P相绕组的第二端与第二开关3的第二端连接。

第二开关3的第一端连接M相绕组的第二端，也即第二开关3的第一端、M相绕组的第二端和串联连接的第一电容5和第一开关4的第一端连接在一起。

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2和第二开关3之间的电磁干扰，第二开关3布置在电机绕组2对应的电机的壳体外，具体的第二开关3可以布置在配电箱体中。

在具体实施例中，为了节省线缆，降低成本，第二开关3布置在电机绕组2对应的电机的壳体内，同时，第一开关4布置在电机绕组2对应的电机的壳体外，具体的第一开关4可以布置在配电箱体中。

在其他实施例中，电机绕组2的N相绕组可以被分为三组或更多组，电机绕组2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2的第一端；该电池能量处理装置还包括第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5和第一开关4的第一端与M相绕组的第二端连接，串联连接的第一电容5和第一开关4的第二端与变换装置1的第二汇流端连接，其中第一电容5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。

串联连接的第一电容5和第一开关4中第一电容5和第一开关4的位置，第一种情况，如图1所示，第一开关4的第一端形成串联连接的第一开关4和第一电容5的第一端，第一电容5的第二端形成串联连接的第一开关4和第一电容5的第二端，即第一开关4的第一端与M相绕组的第二端连接，第一开关4的第二端与第一电容5的第一端连接，第一电容5的第二端与变换装置1的第二汇流端连接。第一开关4的这种设置位置可以确保电机绕组2与第一电容5的稳定断开。

第二种情况，第一电容5的第一端形成串联连接的第一开关4和第一电容5的第一端，第一开关4的第二端形成串联连接的第一开关4和第一电容5的第二端，即第一电容5的第一端与M相绕组的第二端连接，第一电容5的第二端与第一开关4的第一端连接，第一开关4的第二端与变换装置1的第二汇流端连接。第一开关4的这种设置位置对第一开关4的耐压等级要求低。

本申请的电池能量处理装置可实现电池自加热的功能，具体的，第一种控制方式：第一开关4和第二开关3均被控制闭合，电池与变换装置1的母线、变换装置1、N相绕组、第一开关4、第二开关3和第一电容5形成电池自加热电路(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)。第二种控制方式：第一开关4被控制闭合，第二开关3被控制断开，电池与变换装置1的母线、与M相绕组连接的变换装置1的桥臂、M相绕组、第一开关4和第一电容5形成电池自加热电路。第三种控制方式：第一开关4被控制断开，第二开关3被控制闭合，电池与变换装置1的母线、变换装置1的桥臂、N相绕组形成电池自加热电路。第四种控制方式：第一开关4和第二开关3均被控制断开，电池与变换装置1的母线、与P相绕组连接的变换装置1的桥臂、P相绕组形成电池自加热电路。除此之外，第二种控制方式还可以与第四种控制方式进行组合。

电池能量处理装置实现电池自加热的功能的第一种控制方式(第一开关4和第二开关3均被控制闭合，以N＝3为例进行阐述，N＝3时的拓扑可以详细参考后面实施例，这里直接使用后面实施例中的术语进行具体阐述)，具体的电流流向及可控元件的控制过程如下：

第一回路状态：第一相桥臂、第二相桥臂和第三相桥臂的第一开关管导通，第一相桥臂、第二相桥臂和第三相桥臂的第二开关管关断，电池通过第一相桥臂、第二相桥臂和第三相桥臂的第一开关管给第一相电机绕组21、第二相电机绕组22和第三相电机绕组23和第一电容5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第一开关管关断，第一相桥臂、第二相桥臂和第三相桥臂的第二开关管导通，第一相电机绕组21、第二相电机绕组22和第三相电机绕组23给第一电容5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第一开关管关断，第一相桥臂、第二相桥臂和第三相桥臂的第二开关管导通，第一电容5通过第一相桥臂、第二相桥臂和第三相桥臂的第二开关管给第一相电机绕组21、第二相电机绕组22和第三相电机绕组23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第一开关管导通或关断，第一相桥臂、第二相桥臂和第三相桥臂的第二开关管关断，第一相电机绕组21、第二相电机绕组22和第三相电机绕组23、第一电容5通过第一相桥臂、第二相桥臂和第三相桥臂的第一开关管给电池充电。

通过第一回路状态与第二回路状态的交替，电池110给第一电容5充电；通过第三回路状态与第四回路状态的交替，第一电容5给电池110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)在电池与第一电容之间循环充放，完成对电池包的振荡加热。

电池能量处理装置实现电池自加热的功能的第二种控制方式(第一开关4被控制闭合，第二开关3被控制断开，以N＝3为例进行阐述，N＝3时的拓扑可以详细参考后面实施例，这里直接使用后面实施例中的术语进行具体阐述)，具体的电流流向及可控元件的控制过程如下：

第一回路状态：第一相桥臂的第一开关管导通，第一相桥臂的第二开关管关断，电池通过第一相桥臂的第一开关管给第一相电机绕组21和第一电容5储能。

第二回路状态：第一相桥臂的第一开关管关断，第一相桥臂的第二开关管导通，第一相电机绕组21和第一电容5储能。

第三回路状态：第一相桥臂的第一开关管关断，第一相桥臂的第二开关管导通，第一电容5通过第一相桥臂的第二开关管给第一相电机绕组21储能。

第四回路状态：第一相桥臂的第一开关管导通或关断，第一相桥臂的第二开关管关断，第一相电机绕组21、第一电容5通过第一相桥臂的第一开关管给电池充电。

通过第一回路状态与第二回路状态的交替，电池110给第一电容5充电；通过第三回路状态与第四回路状态的交替，第一电容5给电池110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)在电池与第一电容5之间循环充放，完成对电池包的振荡加热。

电池能量处理装置实现电池自加热的功能的第三种控制方式(第一开关4被控制断开，第二开关3被控制闭合，以N＝3为例进行阐述，N＝3时的拓扑可以详细参考后面实施例，这里直接使用后面实施例中的术语进行具体阐述)，具体的电流流向及可控元件的控制过程如下：

第一回路状态：第一相桥臂的第一开关管导通，第二相桥臂和第三相桥臂的第二开关管导通，电池110给第一相电机绕组21、第二相电机绕组22和第三相电机绕组23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第一开关管关断，第一相桥臂、第二相桥臂和第三相桥臂的第二开关管关断，由于第一相电机绕组21、第二相电机绕组22和第三相电机绕组23上的电流不能突变，第一相电机绕组21、第二相电机绕组22和第三相电机绕组23在续流的同时，释放能量给电池充电。

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电机绕组21、第二相电机绕组22和第三相电机绕组23与电池110之间循环充放，完成对电池包的震荡加热。

为了均衡第一相桥臂、第二相桥臂和第三相桥臂的第一开关管和第二开关管的寿命，在优选实施例中，电池能量处理装置实现电池自加热的功能的第三种控制方式还包括：

第三回路状态：第二相桥臂和第三相桥臂的第一开关管导通，第一相桥臂的第二开关管导通，电池110给第一相电机绕组21、第二相电机绕组22和第三相电机绕组23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第一开关管和第二开关管关断，由于第一相电机绕组21、第二相电机绕组22和第三相电机绕组23上的电流不能突变，第一相电机绕组21、第二相电机绕组22和第三相电机绕组23在续流的同时，释放能量给电池充电。

电池能量处理装置实现电池自加热的功能的第四种控制方式(第一开关4和第二开关3均被控制断开，以N＝3为例进行阐述，N＝3时的拓扑可以详细参考后面实施例，这里直接使用后面实施例中的术语进行具体阐述)，具体的电流流向及可控元件的控制过程如下：

第一回路状态：第二相桥臂和第三相桥臂中的一个第一开关管导通，第二相桥臂和第三相桥臂中的另一个的第二开关管导通(第一开关管导通的桥臂和第二开关管导通的桥臂为不同桥臂)，电池110给第二相电机绕组22和第三相电机绕组23储能。

第二回路状态：第二相桥臂和第三相桥臂的第一开关管关断，第二相桥臂和第三相桥臂的第二开关管关断，由于第二相电机绕组22和第三相电机绕组23上的电流不能突变，第二相电机绕组22和第三相电机绕组23在续流的同时，释放能量给电池充电。

通过第一回路状态与第二回路状态的交替，实现加热电流在第二相电机绕组22和第三相电机绕组23与电池110之间循环充放，完成对电池包的震荡加热。

为了均衡第二相桥臂和第三相桥臂的第一开关管和第二开关管的寿命，在优选实施例中，电池能量处理装置实现电池自加热的功能的第四种控制方式还包括：

第三回路状态：第三相桥臂和第二相桥臂的第一开关管和第二开关管导通状态与第一回路状态相反，电池110给第二相电机绕组22和第三相电机绕组23储能。

第四回路状态：第二相桥臂和第三相桥臂的第一开关管关断，第二相桥臂和第三相桥臂的第二开关管关断，由于第二相电机绕组22和第三相电机绕组23上的电流不能突变，第二相电机绕组22和第三相电机绕组23在续流的同时，释放能量给电池充电。

本申请的电池能量处理装置可实现电机驱动的功能，具体的，第二开关3和第一开关4均被控制断开，电池与变换装置1的母线、变换装置1、N相绕组形成电机驱动电路。

本申请的电池能量处理装置可实现充电的功能，具体的，第一种控制方式：第二开关3和第一开关4均被控制闭合，外部充电设备经过一些器件连接到第一电容5的两端，外部充电设备的电能通过第一开关4、N相绕组以及变换装置1流入到电池110实现充电功能。第二种控制方式：第二开关3被控制断开，第一开关4被控制闭合，外部充电设备经过一些器件连接到第一电容5的两端，外部充电设备的电能通过第一开关4、M相绕组以及与M相绕组连接的变换装置1的桥臂流入到电池110实现充电功能。

电池能量处理装置实现充电的功能的第一种控制方式(第二开关3和第一开关4均被控制闭合，以N＝3为例进行阐述，N＝3时的拓扑可以详细参考后面实施例，这里直接使用后面实施例中的术语进行具体阐述)，具体的电流流向及可控元件的控制过程如下：

第一回路状态：第一相桥臂、第二相桥臂和第三相桥臂的第一开关管关断，第一相桥臂、第二相桥臂和第三相桥臂的第二开关管导通，充电电流通过第一相桥臂、第二相桥臂和第三相桥臂的第二开关管给第一相电机绕组21、第二相电机绕组22和第三相电机绕组23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第一开关管导通或关断，第一相桥臂、第二相桥臂和第三相桥臂的第二开关管关断，第一相电机绕组21、第二相电机绕组22和第三相电机绕组23释放能量，充电电流通过第一相电机绕组21、第二相电机绕组22和第三相电机绕组23和第一相桥臂、第二相桥臂和第三相桥臂的第一开关管给动力电池充电；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。

电池能量处理装置实现充电的功能的第二种控制方式(第二开关3被控制断开，第一开关4被控制闭合，以N＝3为例进行阐述，N＝3时的拓扑可以详细参考后面实施例，这里直接使用后面实施例中的术语进行具体阐述)，具体的电流流向及可控元件的控制过程如下：

第一回路状态：第一相桥臂的第一开关管关断，第一相桥臂的第二开关管导通，充电电流通过第一相桥臂的第二开关管给第一相电机绕组21储能，第一相桥臂中点电位不断抬升。

第二回路状态：第一相桥臂的第一开关管导通或关断，第一相桥臂的第二开关管关断，第一相电机绕组21释放能量，充电电流通过第一相电机绕组21和第一相桥臂的第一开关管给动力电池充电；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。

本申请的电池能量处理装置可实现边充电边加热的功能，具体的：第二开关3被控制断开，第一开关4被控制闭合，外部充电设备经过一些器件连接到第一电容5的两端，外部充电设备的电能通过第一开关4、M相绕组以及与M相绕组连接的变换装置1的桥臂流入到电池110实现充电功能；同时，电池与变换装置1的母线、与P相绕组连接的变换装置1的桥臂、P相绕组形成电池自加热电路(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)。

电池能量处理装置实现边充电边加热的功能的第一种控制方式(第二开关3被控制断开，第一开关4被控制闭合，以N＝3为例进行阐述，N＝3时的拓扑可以详细参考后面实施例，这里直接使用后面实施例中的术语进行具体阐述)，具体的电流流向及可控元件的控制过程如下：

第一回路状态：第一相桥臂的第一开关管关断，第一相桥臂的第二开关管导通，充电电流通过第一相桥臂的第二开关管给第一相电机绕组21储能，第一相桥臂中点电位不断抬升。

第二回路状态：第一相桥臂的第一开关管导通或关断，第一相桥臂的第二开关管关断，第一相电机绕组21释放能量，充电电流通过第一相电机绕组21和第一相桥臂的第一开关管给动力电池充电；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。

第三回路状态：第二相桥臂和第三相桥臂中的一个第一开关管导通，第二相桥臂和第三相桥臂中的另一个的第二开关管导通(第一开关管导通的桥臂和第二开关管导通的桥臂为不同桥臂)，电池110给第二相电机绕组22和第三相电机绕组23储能。

第四回路状态：第二相桥臂和第三相桥臂的第一开关管关断，第二相桥臂和第三相桥臂的第二开关管关断，由于第二相电机绕组22和第三相电机绕组23上的电流不能突变，第二相电机绕组22和第三相电机绕组23在续流的同时，释放能量给电池充电。

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电机绕组22和第三相电机绕组23与电池110之间循环充放，完成对电池包的震荡加热。

为了均衡第二相桥臂和第三相桥臂的第一开关管和第二开关管的寿命，在优选实施例中，电池能量处理装置实现边充电边加热的功能的第一种控制方式还包括：

第五回路状态：第三相桥臂和第二相桥臂的第一开关管和第二开关管导通状态与第一回路状态相反，电池110给第二相电机绕组22和第三相电机绕组23储能。

第六回路状态：第二相桥臂和第三相桥臂的第一开关管关断，第二相桥臂和第三相桥臂的第二开关管关断，由于第二相电机绕组22和第三相电机绕组23上的电流不能突变，第二相电机绕组22和第三相电机绕组23在续流的同时，释放能量给电池充电。

另外，第一回路状态、第二回路状态的运行，与第三回路状态、第四回路状态、第五回路状态与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。

本申请电池能量处理装置100通过第二开关3将电机绕组2进行分立与一体，在可控元件变换装置1、第一开关4和第二开关3在被控制时，会使电池110、电机绕组2、第一电容5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，实现变功率充电以及变功率电池自加热，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。

如图2所示，该电池能量处理装置还包括串联连接的第二电容7和第三开关6，串联的第二电容7和第三开关6的第一端连接N相绕组中的P相绕组的第二端，串联的第二电容7和第三开关6的第二端连接变换装置1的第二汇流端。

本实施例的电池能量处理装置可实现电池自加热的功能，具体的，第一种控制方式：第一开关4和第二开关3均被控制闭合，第三开关6被控制断开，电池与变换装置1的母线、变换装置1、N相绕组、第一开关4、第二开关3和第一电容5形成电池自加热电路(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)，具体过程请参照第一实施例中的阐述。第二种控制方式：第一开关4被控制闭合，第二开关3和第三开关6被控制断开，电池与变换装置1的母线、与M相绕组连接的变换装置1的桥臂、M相绕组、第一开关4、第一电容5形成电池自加热电路，具体过程请参照第一实施例中的阐述。第三种控制方式：第二开关3被控制闭合，第一开关4和第三开关6被控制断开，电池与变换装置1的母线、变换装置1的桥臂、N相绕组形成电池自加热电路，具体过程请参照第一实施例中的阐述。第四种控制方式：第二开关3、第一开关4和第三开关6均被控制断开，电池与变换装置1的母线、与P相绕组连接的变换装置1的桥臂、P相绕组形成电池自加热电路，具体过程请参照第一实施例中的阐述。除此之外，第二种控制方式还可以与第四种控制方式进行组合。在上述实施例的基础上，新增第五种控制方式：第二开关3、第一开关4被控制断开，第三开关6被控制闭合，电池与变换装置1的母线、与P相绕组连接的变换装置1的桥臂、P相绕组、第三开关6和第二电容7形成电池自加热电路。新增第六种控制方式：第二开关3被控制断开，第三开关6、第一开关4被控制闭合，一方面电池与变换装置1的母线、与P相绕组连接的变换装置1的桥臂、P相绕组、第三开关6和第二电容7形成电池自加热电路，另一方面电池与变换装置1的母线、与M相绕组连接的变换装置1的桥臂、M相绕组、第一开关80和第一电容5形成电池自加热电路。

电池能量处理装置实现电池自加热的功能的第五种控制方式(第二开关3被控制断开，第一开关4和第三开关6被控制闭合，以N＝3为例进行阐述，N＝3时的拓扑可以详细参考后面实施例，这里直接使用后面实施例中的术语进行具体阐述)，具体的电流流向及可控元件的控制过程如下：

第一回路状态：第二相桥臂和第三相桥臂的至少一个第一开关管导通，第二相桥臂和第三相桥臂的第二开关管关断，电池通过第二相桥臂和第三相桥臂的第一开关管给第二相电机绕组22、第三相电机绕组23和第二电容7储能。

第二回路状态：第二相桥臂和第三相桥臂的第一开关管关断，第二相桥臂和第三相桥臂的至少一个第二开关管导通，第二相电机绕组22、第三相电机绕组23给第二电容7储能。

第三回路状态：第二相桥臂和第三相桥臂的第一开关管关断，第二相桥臂和第三相桥臂的至少一个第二开关管导通，第二电容7通过第二相桥臂和第三相桥臂的第二开关管给第二相电机绕组22、第三相电机绕组23储能。

第四回路状态：第二相桥臂和第三相桥臂的第一开关管导通或关断，第二相桥臂和第三相桥臂的第二开关管关断，第二相电机绕组22、第三相电机绕组23释放能量，第二电容7通过第二相桥臂和第三相桥臂的第一开关管给电池充电。

通过第一回路状态与第二回路状态的交替，电池110给第二电容7充电；通过第三回路状态与第四回路状态的交替，第二电容7给电池110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)在电池与电容之间循环充放，完成对电池包的振荡加热。

电池能量处理装置实现电池自加热的功能的第六种控制方式(第二开关3被控制断开，第三开关6、第一开关4被控制闭合，以N＝3为例进行阐述，N＝3时的拓扑可以详细参考后面实施例，这里直接使用后面实施例中的术语进行具体阐述)，具体的电流流向及可控元件的控制过程如下：

第一回路状态：第一相桥臂的第一开关管导通，第二相桥臂和第三相桥臂的至少一个第一开关管导通，第一相桥臂、第二相桥臂和第三相桥臂的第二开关管关断，电池通过第一相桥臂的第一开关管给第一相电机绕组21和第一电容5储能，同时电池通过第二相桥臂和第三相桥臂的第一开关管给第二相电机绕组22、第三相电机绕组23和第二电容7储能。

第二回路状态：第一相桥臂的第一开关管关断，第二相桥臂和第三相桥臂的第一开关管关断，第一相桥臂的第二开关管关断，第二相桥臂和第三相桥臂的至少一个第二开关管导通，第一相电机绕组21给第一电容5储能。同时第二相电机绕组22、第三相电机绕组23给第二电容7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第一开关管关断，第一相桥臂的第二开关管导通，第二相桥臂和第三相桥臂的至少一个第二开关管导通，第一电容5通过第一相桥臂的第二开关给第一相电机绕组21储能，同时，第二电容7通过第二相桥臂和第三相桥臂的第二开关管给第二相电机绕组22、第三相电机绕组23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第一开关管导通或关断，第一相桥臂、第二相桥臂和第三相桥臂的第二开关管关断，第一相电机绕组21释放能量，第一电容5通过第一相桥臂的第一开关管给电池充电，同时，第二相电机绕组22、第三相电机绕组23释放能量，第二电容7通过第二相桥臂和第三相桥臂的第一开关管给电池充电。

通过第一回路状态与第二回路状态的交替，电池110给第二电容7、第一电容5充电；通过第三回路状态与第四回路状态的交替，第二电容7、第一电容5给电池110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)在电池与电容之间循环充放，完成对电池包的振荡加热。

本实施例的电池能量处理装置可实现电机驱动的功能，具体的，第二开关3和第一开关4均被控制断开，电池与变换装置1的母线、变换装置1、N相绕组形成电机驱动电路。

本实施例的电池能量处理装置可实现充电的功能，具体的，第一种控制方式：第二开关3、第一开关4均被控制闭合，外部充电设备经过一些器件连接到第一电容5的两端，外部充电设备的电能通过第一开关4、N相绕组以及变换装置1流入到电池110实现充电功能，具体过程请参照第一实施例中的阐述。第二种控制方式：第二开关3被控制断开，第一开关4被控制闭合，外部充电设备经过一些器件连接到第一电容5的两端，外部充电设备的电能通过第一开关4、M相绕组以及与M相绕组连接的变换装置1的桥臂流入到电池110实现充电功能，具体过程请参照第一实施例中的阐述。

本实施例的电池能量处理装置可实现边充电边加热的功能，具体的：第一种控制方式：第二开关3和第三开关6被控制断开，第一开关4被控制闭合，外部充电设备经过一些器件连接到第一电容5的两端，外部充电设备的电能通过第一开关4、M相绕组以及与M相绕组连接的变换装置1的桥臂流入到电池110实现充电功能；同时，电池与变换装置1的母线、与M相绕组连接的变换装置1的桥臂、M相绕组形成电池自加热电路(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)，具体过程请参照第一实施例中的阐述。第二种控制方式：第二开关3被控制断开，第一开关4和第三开关6被控制闭合，外部充电设备经过一些器件连接到第一电容5的两端，外部充电设备的电能通过第一开关4、M相绕组以及与M相绕组连接的变换装置1的桥臂流入到电池110实现充电功能；同时，电池与变换装置1的母线、与P相绕组连接的变换装置1的桥臂、P相绕组、第三开关6和第二电容7形成电池自加热电路。

电池能量处理装置实现边充电边加热的功能的第二种控制方式(第二开关3、第一开关4被控制断开，第三开关6被控制闭合，以N＝3为例进行阐述，N＝3时的拓扑可以详细参考后面实施例，这里直接使用后面实施例中的术语进行具体阐述)，具体的电流流向及可控元件的控制过程如下：

第一回路状态：第一相桥臂的第一开关管关断，第一相桥臂的第二开关管导通，充电电流通过第一相桥臂的第二开关管给第一相电机绕组21储能，第一相桥臂中点电位不断抬升。

第二回路状态：第一相桥臂的第一开关管导通或关断，第一相桥臂的第二开关管关断，第一相电机绕组21释放能量，充电电流通过第一相电机绕组21和第一相桥臂的第一开关管给动力电池充电；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。

第三回路状态：第二相桥臂和第三相桥臂的至少一个第一开关管导通，第二相桥臂和第三相桥臂的第二开关管关断，电池通过第二相桥臂和第三相桥臂的第一开关管给第二相电机绕组22、第三相电机绕组23和第二电容7储能。

第四回路状态：第二相桥臂和第三相桥臂的第一开关管关断，第二相桥臂和第三相桥臂的至少一个第二开关管导通，第二相电机绕组22和第三相电机绕组23给第二电容7储能。

第五回路状态：第二相桥臂和第三相桥臂的第一开关管关断，第二相桥臂和第三相桥臂的至少一个第二开关管导通，第二电容7通过第二相桥臂和第三相桥臂的第二开关管给第二相电机绕组22和第三相电机绕组23储能。

第六回路状态：第二相桥臂和第三相桥臂的第一开关管导通或关断，第二相桥臂和第三相桥臂的第二开关管关断，第二相电机绕组22和第三相电机绕组23释放能量，第二电容7通过第二相桥臂和第三相桥臂的第一开关管给电池充电。

通过第三回路状态与第四回路状态的交替，电池110给第二电容7充电；通过第五回路状态与第六回路状态的交替，第二电容7给电池110充电。通过第三回路状态、第四回路状态、第五回路状态与第六回路状态的周期切换，电流(或者能量)在电池与电容之间循环充放，完成对电池包的振荡加热。

另外，第一回路状态、第二回路状态的运行，与第三回路状态、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。

本实施例通过增设串联连接的第三开关6和第二电容7，除了具有上述实施例的所有有益效果外，电池自加热功能、电池充电功能、电池边充电边自加热功能还具有更多的路径，通过对电容(第一电容5和第二电容7)的有级调整，实现变功率充电以及变功率电池自加热，进一步提升充电以及自加热性能。

串联连接的第三开关6和第二电容7中第三开关6和第二电容7的位置，第一种情况，如图2所示，第三开关6的第一端形成串联连接的第三开关6和第二电容7的第一端，第二电容7的第二端形成串联连接的第三开关6和第二电容7的第二端，即第三开关6的第一端与M相绕组的第二端连接，第三开关6的第二端与第二电容7的第一端连接，第二电容7的第二端与变换装置1的第二汇流端连接。第三开关6的这种设置位置可以确保电机绕组2与第二电容7的稳定断开。

第二种情况，第二电容7的第一端形成串联连接的第三开关6和第二电容7的第一端，第三开关6的第二端形成串联连接的第三开关6和第二电容7的第二端，即第二电容7的第一端与M相绕组的第二端连接，第二电容7的第二端与第三开关6的第一端连接，第三开关6的第二端与变换装置1的第二汇流端连接。第三开关6的这种设置位置对第三开关6的耐压等级要求低。

在具体实施例中，为了节省线缆，降低成本，第二开关3布置在电机绕组2对应的电机的壳体内，同时，第一开关4和第三开关6布置在电机绕组2对应的电机的壳体外，具体的第一开关4和第三开关6可以布置在配电箱体中。

为了电池能量处理装置在充电及自加热过程中的器件安全，以及降低本申请电池能量处理装置的成本，变换装置的母线电容的容值大于第一电容5的容值，变换装置的母线电容的容值大于第二电容7的容值。

在一些具体实施例中，本申请的电机绕组包括三相绕组，电机绕组2包括第一相电机绕组、第二相电机绕组和第三相电机绕组；变换装置1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1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1的第二汇流端；第一相电机绕组的第一端与第一相桥臂的中点连接，第二相电机绕组的第一端与第二相桥臂的中点连接，第三相电机绕组的第一端与第三相桥臂的中点连接，第一相桥臂的中点、第二相桥臂的中点和第三相桥臂的中点共同形成变换装置1的中点端，第一相电机绕组的第一端、第二相电机绕组的第一端与第三相电机绕组的第一端形成电机绕组2的第一端，第一相电机绕组的第二端为M相绕组的第二端，第二相电机绕组的第二端和第三相电机绕组的第二端共接形成P相绕组的第二端。

本申请还提供一种车辆，包括电池110，还包括上述任一实施例中的电池能量处理装置100。

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。

此外，在本申请的一优选实施例中，上述的电机绕组2可以为车辆的驱动电机的电机绕组，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1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，其特征在于，包括：

变换装置，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，包括N相绕组，所述N相绕组的第一端连接所述变换装置的中点端；

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+P≤N。

2.如权利要求1所述的电池能量处理装置，其特征在于，所述第一开关的第一端与所述N相绕组中的M相绕组的第二端连接，所述第一开关的第二端与所述第一电容的第一端连接，所述第一电容的第二端与所述变换装置的第二汇流端连接。

3.如权利要求1所述的电池能量处理装置，其特征在于，还包括串联连接的第二电容和第三开关，所述串联的第二电容和第三开关的第一端连接所述N相绕组中的P相绕组的第二端，所述串联的第二电容和第三开关的第二端连接所述变换装置的第二汇流端。

4.如权利要求1或3所述的电池能量处理装置，其特征在于，所述第二开关设置在所述电机绕组对应的电机的壳体外。

5.如权利要求3所述的电池能量处理装置，其特征在于，所述第二开关设置在所述电机绕组对应的电机的壳体内，所述第一开关和所述第三开关设置在所述电机绕组对应的电机的壳体外。

6.如权利要求3所述的电池能量处理装置，其特征在于，所述第三开关的第一端与所述N相绕组中的P相绕组的第二端连接，所述第三开关的第二端与所述第二电容的第一端连接，所述第二电容的第二端与所述变换装置的第二汇流端连接。

7.如权利要求3所述的电池能量处理装置，其特征在于，所述变换装置的母线电容的容值大于所述第一电容的容值和所述第二电容的容值中的至少一者。

8.如权利要求1所述的电池能量处理装置，其特征在于，所述电机绕组包括第一相电机绕组、第二相电机绕组和第三相电机绕组；所述变换装置包括第一相桥臂、第二相桥臂和第三相桥臂，所述第一相桥臂的第一端、所述第二相桥臂的第一端和所述第三相桥臂的第一端共接形成所述变换装置的第一汇流端，所述第一相桥臂的第二端、所述第二相桥臂的第二端和所述第三相桥臂的第二端共接形成所述变换装置的第二汇流端；所述第一相电机绕组的第一端与所述第一相桥臂的中点连接，所述第二相电机绕组的第一端与所述第二相桥臂的中点连接，所述第三相电机绕组的第一端与所述第三相桥臂的中点连接，所述第一相桥臂的中点、所述第二相桥臂的中点和所述第三相桥臂的中点共同形成所述变换装置的中点端，所述第一相电机绕组的第一端、所述第二相电机绕组的第一端与所述第三相电机绕组的第一端形成所述电机绕组的第一端，所述第一相电机绕组的第二端为所述N相绕组中的M相绕组的第二端，所述第二相电机绕组的第二端和所述第三相电机绕组的第二端共接形成所述N相绕组中的P相绕组的第二端。

9.一种车辆，包括电池，其特征在于，还包括权利要求1至8任一项所述的电池能量处理装置。

10.如权利要求9所述的车辆，其特征在于，所述电机绕组为所述车辆中驱动电机中的电机绕组。

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