CN114074561B - 能量转换装置及其运行方法、电动汽车 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种能量转换装置及其运行方法、电动汽车，包括：电机模块，电机模块中的电机逆变器与电池连接，电机绕组的第一端连接电机逆变器的交流输出端，电机绕组的第二端与第一开关的第一端连接，第一开关的第二端连接第一桥臂的中点，母线电容的第一端、第一桥臂的第一端以及直流充电口的正极共接，母线电容的第二端、第一桥臂的第二端、直流充电口的负极以及逆变器的负极汇流端共接；控制器，控制器用于根据工作模式的运行指令控制电机模块以使能量转换装置运行对应的工作模式，工作模式包括电机驱动模式、电池充电模式和电池自加热模式。本申请提供的能量转换装置及其运行方法、电动汽车，降低了电动汽车高压配电系统的复杂度。

Description

能量转换装置及其运行方法、电动汽车

技术领域

本发明一般涉及车辆技术领域，具体涉及新能源汽车技术领域，尤其涉及能量转换装置及其运行方法、电动汽车。

背景技术

现有的电动汽车具有与电池模块相连的多个功能模块，多个功能模块例如但不限于直流充电模块、动力驱动模块以及电池加热模块等。其中，上述的多个功能模块均分别独立并联在电池模块的高压回路上，不仅增加了高压配电系统的复杂度，且还由于多个功能模块所具有元器件的数量多导致多个功能模块在汽车上的布置难度大，进而使得汽车的制造成本高。此外，电池加热模块是通过外加热的方式对车载电池进行加热，例如但不限于风热或水热等方式，如此还会导致车载电池加热装置的制造成本高，且加热效果较差以使得车载电池在加热作业中需要消耗较大的电量。

发明内容

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种能量转换装置及其运行方法、电动汽车。

第一方面，本申请提供一种能量转换装置，包括：

电机模块，电机模块包括电机逆变器、电机绕组、第一开关、第一桥臂、母线电容和直流充电口，电机逆变器的正极汇流端与电池的正极连接，电机逆变器的负极汇流端与电池的负极连接，电机绕组的第一端连接电机逆变器的交流输出端，电机绕组的第二端与第一开关的第一端连接，第一开关的第二端连接第一桥臂的中点，母线电容的第一端、第一桥臂的第一端以及直流充电口的正极共接，母线电容的第二端、第一桥臂的第二端、直流充电口的负极以及逆变器的负极汇流端共接；

控制器，控制器用于根据工作模式的运行指令控制电机模块以使能量转换装置运行对应的工作模式，工作模式包括用于使电机输出扭矩的电机驱动模式、用于使充电设备向电池进行充电的电池充电模式、用于使电池反复充放电的电池自加热模式。

进一步地，逆变器包括至少一相桥臂，桥臂包括上桥臂和下桥臂；

在能量转换装置运行电机驱动模式时，控制器控制第一开关关断，以使电池、电机逆变器和电机绕组形成电机驱动电路；

在能量转换装置运行电池充电模式时，控制器控制第一开关导通，以使充电设备、直流充电口、第一桥臂、第一开关、电机绕组、电机逆变器和电池形成供充电设备向电池进行充电的电池充电电路；

在能量转换装置运行电池自加热模式时，控制器控制第一开关导通，以使母线电容、第一桥臂、第一开关、电机绕组，电机逆变器和电池形成供电池进行加热的电池加热电路，并通过控制电机逆变器和第一桥臂使电池与母线电容进行充电和放电，以实现电池的自加热。

进一步地，电池自加热模式包括：

电池放电且母线电容充电阶段，控制器控制第一开关和电机逆变器的上桥臂导通且控制第一桥臂的下桥臂关断，以使电池、电机逆变器的上桥臂、电机绕组、第一开关、第一桥臂的上桥臂以及母线电容形成供电池进行放电且母线电容进行充电的第一电池加热回路；

电池充电且母线电容放电阶段，控制器控制第一开关和第一桥臂的上桥臂导通且控制电机逆变器的下桥臂关断，以使母线电容、第一桥臂的上桥臂、第一开关、电机绕组、电机逆变器的上桥臂以及电池形成供电池进行充电且母线电容进行放电的第二电池加热回路。

进一步地，电池自加热模式还包括：

电池放电且电机绕组充电阶段，控制器控制第一开关、逆变器的上桥臂和第一桥臂的下桥臂导通，以使电池、逆变器的上桥臂、电机绕组、第一开关以及第一桥臂的下桥臂形成供电池进行放电且电机绕组进行充电的第三电池加热回路。

进一步地，电池自加热模式还包括：

电机绕组放电且母线电容充电阶段，控制器控制第一开关导通且控制第一桥臂的下桥臂关断，以使电机绕组、第一开关、第一桥臂的上桥臂、母线电容以及电机逆变器的下桥臂形成供电机绕组进行放电且母线电容进行充电的第四电池加热回路。

进一步地，电池自加热模式还包括：

母线电容放电且电机绕组充电阶段，控制器控制第一开关、第一桥臂的上桥臂和电机逆变器的下桥臂导通，以使母线电容、第一桥臂的上桥臂、第一开关、电机绕组以及电机逆变器的下桥臂形成供母线电容进行放电且电机绕组进行充电的第五电池加热回路。

进一步地，电池充电模式包括：

充电设备放电且电池充电阶段，控制器控制第一开关和第一桥臂的上桥臂导通且控制电机逆变器的下桥臂关断，以使直流充电口、第一桥臂的上桥臂、第一开关、电机绕组、电机逆变器的上桥臂以及电池形成供充电设备放电且电池充电的第一电池充电回路。

进一步地，电池充电模式还包括：

充电设备放电且电机绕组充电阶段，控制器控制第一开关、第一桥臂的上桥臂和电机逆变器的下桥臂导通，以使直流充电口、第一桥臂的上桥臂、第一开关、电机绕组以及电机逆变器的下桥臂形成供充电设备放电且电机绕组充电的第二电池充电回路。

进一步地，第一电容的第一端与直流充电口的正极之间和/或第一电容的第二端与直流充电口的负极之间串联有第二开关；

其中，在能量转换装置运行电机驱动模式或电池自加热模式时，控制器控制第二开关关断，在能量转换装置运行电池充电模式时，控制器控制第二开关导通。

进一步地，还包括：

温度检测模块，温度检测模块用于检测电池的温度值；

充电检测模块，充电检测模块用于检测直流充电口是否接有充电设备；

控制器还用于判断温度值是否低于预设的温度阈值，且在温度值低于温度阈值时生成电池自加热模式的运行指令，直至温度值达到温度阈值，用于在温度值大于或等于温度阈值且直流充电口接有充电设备时生成电池充电模式的运行指令，用于在温度值大于或等于温度阈值且直流充电口未接有充电设备时生成电机驱动模式的运行指令。

第二方面，本申请还提供一种能量转换装置的运行方法，运行方法包括：

接收工作模式的运行指令；

根据工作模式的运行指令控制能量转换装置中的电机模块以使能量转换装置运行对应的工作模式，工作模式包括用于使电机输出扭矩的电机驱动模式、用于使充电设备向电池进行充电的电池充电模式或者用于使电池反复充放电的电池自加热模式。

进一步地，还包括：

S100：检测电池的温度值；

S200：判断温度值是否低于预设的温度阈值；

S300：若温度值低于温度阈值时生成电池自加热模式的运行指令，根据自加热模式的运行指令控制电机模块以使能量转换装置运行电池自加热模式，若温度值大于或等于温度阈值时则执行步骤S500；

S400：重复步骤S100-S300直至温度值达到温度阈值；

S500：检测能量转换装置中的直流充电口是否接有充电设备；

S600：若直流充电口接有充电设备时生成电池充电模式的运行指令，根据电池充电模式的运行指令控制电机模块以使能量转换装置运行电池充电模式，若直流充电口未接有充电设备时则执行步骤S700；

S700：生成电机驱动模式的运行指令，根据电机驱动模式的运行指令控制电机模块以使能量转换装置运行电机驱动模式。

第三方面，本申请还提供一种电动汽车，包括能量转换装置。

本申请提供的能量转换装置及其运行方法、电动汽车，通过控制器控制电机模块中各开关的状态以实现能量转换装置运行于电机驱动模式、电池充电模式或者电池自加热模式，且电池通过反复充放电的自加热方式进行加热，实现了对电机驱动模块、电池加热模块以及电池充电模块的集成，不仅降低了电动汽车高压配电系统的复杂度以及电动汽车中元器件的数量，且节约了电动汽车上功能模块的安装空间，进而降低了电动汽车的制造成本，同时还能够提高电池的加热效果，且降低了电池加热过程中所消耗的电量。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本申请实施例提供的能量转换装置的结构框图；

图2为本申请实施例提供的能量转换装置的电路示意图；

图3为本申请实施例提供的第一电池加热回路的示意图；

图4为本申请实施例提供的第二电池加热回路的示意图；

图5为本申请实施例提供的第三电池加热回路的示意图

图6为本申请实施例提供的第四电池加热回路的示意图

图7为本申请实施例提供的第五电池加热回路的示意图

图8为本申请实施例提供的第一电池充电回路的示意图；

图9为本申请实施例提供的第二电池充电回路的示意图；

图10为本申请实施例提供的能量转换装置的运行方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

请参考附图1-2，本申请实施例提供一种能量转换装置，包括：

电机模块200，电机模块200包括电机逆变器210、电机绕组221、第一开关230、第一桥臂240、母线电容250和直流充电口270，电机逆变器210的正极汇流端与电池的正极连接，电机逆变器210的负极汇流端与电池的负极连接，电机绕组221的第一端连接电机逆变器210的交流输出端，电机绕组221的第二端与第一开关230的第一端连接，第一开关230的第二端连接第一桥臂240的中点，母线电容250的第一端、第一桥臂240的第一端以及直流充电口270的正极共接，母线电容250的第二端、第一桥臂240的第二端、直流充电口270的负极以及逆变器的负极汇流端共接；

控制器，控制器用于根据工作模式的运行指令控制电机模块200以使能量转换装置运行对应的工作模式，工作模式包括用于使电机220输出扭矩的电机220驱动模式、用于使充电设备向电池进行充电的电池充电模式、用于使电池反复充放电的电池自加热模式。

在本实施例中，能量转换装置包括电机模块200和控制器，电机模块200包括电机逆变器210、电机220、第一开关230、第一桥臂240、母线电容250以及直流充电口270，电机220包括电机绕组221，各个部件之间的连接关系具体为：电机逆变器210的交流输出端与电机绕组221的第一端连接，电机绕组221的第二端与第一开关230的第一端连接，第一开关230的第二端与第一桥臂240的中点连接，第一桥臂240的第一端、母线电容250的第一端以及直流充电口270的正极共接，母线电容250的第二端、第一桥臂240的第二端、直流充电口270的负极以及逆变器的负极汇流端共接。电机逆变器210的正极汇流端和负极汇流端用于分别与外部的电池的正负极连接，电机逆变器210可用于将电池输入的直流电转换为交流电，且交流电通过电机逆变器210的交流输出端输送至电机绕组221，以驱动电机220输出扭矩，以向电动汽车的运行提供动力。直流充电口270的正负极可用于与外部的充电设备的正负极连接，充电设备在接入直流充电口270后可通过电机模块200向电池进行充电。控制器可根据接收的工作模式的运行指令控制电机模块200中各个开关的状态以使得能量转换装置具有多个工作模式，多个工作模式包括电机220驱动模式、电池充电模式以及电池自加热模式。当能量转换装置运行于电机220驱动模式时，控制器控制电机模块200以使电机220输出扭矩；当能量转换装置运行于电池充电模式时，控制器控制电机模块200以使电池通过电机模块200向电池进行充电；当能量转换装置运行于电池自加热模式时，控制器控制电机模块200以使电池进行反复充放电，进而实现电池的自加热。

其中，由于电池自身具有一定的电阻，电池在反复充电时可通过电阻产生热量，进而实现电池的自加热。电池的自加热方式，不仅无需外置的加热装置以简化电动汽车的结构，且热量损失小以使加热效果好，进而降低了电池加热过程中所消耗的电量，提高了电动汽车的续航能力。

在本实施例中，通过控制器控制电机模块200中各开关的状态以实现能量转换装置运行于电机220驱动模式、电池充电模式或者电池自加热模式，且电池通过反复充放电的自加热方式进行加热，实现了对电机220驱动模块、电池加热模块以及电池充电模块的集成，不仅降低了电动汽车高压配电系统的复杂度以及电动汽车中元器件的数量，且节约了电动汽车上功能模块的安装空间，进而降低了电动汽车的制造成本，同时还能够提高电池的加热效果，且降低了电池加热过程中所消耗的电量。

电机逆变器210中各相桥臂的中点共同形成电机逆变器210的交流输出端。各相桥臂均包括上桥臂和下桥臂，上桥臂和下桥臂均设有功率开关。第一桥臂240包括上桥臂和下桥臂，上桥臂和下桥臂均设有功率开关。桥臂的中点为上桥臂中的功率开关和下桥臂中的功率开关相连的公共端。

电机逆变器210可具有一相或以上的桥臂，电机220可以一相或以上的电机绕组221，例如图2所示的电机逆变器210具有三相桥臂，电机220具有三相电机绕组221，三相桥臂的中点分别与三相电机绕组221的第一端连接，三相电机绕组221的第二端和第一开关230的第一端共接。

第一桥臂240中的功率开关和电机逆变器210的各相桥臂中的功率开关均可为IGBT。由于在电池自加热模式下，逆变器中的功率开关的开关频率高，采用IGBT不仅能够满足开关频率高的需求，且驱动控制电路简单、使用寿命长。在第一桥臂240和电机逆变器210的各相桥臂中，上桥臂中的IGBT的E极和下桥臂中的IGBT的C极共接以形成桥臂的中点。在电机逆变器210的各相桥臂中，上桥臂中的IGBT的C极共接以形成电机逆变器210的正极汇流端，下桥臂中的IGBT的E极共接以形成电机逆变器210的负极汇流端。此外，由于IGBT具有反向并联的二极管，使得上述桥臂中的上下桥臂在导通方向上均具有可逆性。以电机逆变器210为例，当功率开关为IGBT，电机逆变器210具有将外部的电池输入的直流电转化为交流电的电流转换功能，且还具有通过反向并联的二极管向外部的电池进行直流充电的反向通直流功能。由此，电机逆变器210的交流输出端并不限于输出交流电，还可以用于向电机逆变器210输入直流电。当然，功率开关并不限于为IGBT，只要能够实现IGBT功能的功率开关均可用于本申请。

为做区别，下文将电机逆变器210中的桥臂称之为第二桥臂211，且桥臂的上下桥臂分别称之为第二上桥臂212和第二下桥臂213，第一桥臂240的上下桥臂分别称之为第一上桥臂241和第一下桥臂242。第一上桥臂241中的IGBT称之为第一IGBT243，第一下桥臂242中的IGBT称之为第二IGBT244，第二上桥臂212中的IGBT称之为第三IGBT214，第二下桥臂213中的IGBT称之为第四IGBT215。第一IGBT243中的反向并联的二极管为第一二极管2431，第一IGBT243中的反向并联的二极管为第一二极管2431，第三IGBT214中的反向并联的二极管为第三二极管2141，第四IGBT215中的反向并联的二极管为第四二极管2151。

在一些实施例中，逆变器包括至少一相第二桥臂211，第二桥臂211包括第二上桥臂212和第二下桥臂213；

在能量转换装置运行电机220驱动模式时，控制器控制第一开关230关断，以使电池、电机逆变器210和电机绕组221形成电机220驱动电路；

在能量转换装置运行电池充电模式时，控制器控制第一开关230导通，以使充电设备、直流充电口270、第一桥臂240、第一开关230、电机绕组221、电机逆变器210和电池形成供充电设备向电池进行充电的电池充电电路。

在能量转换装置运行电池自加热模式时，控制器控制第一开关230导通，以使母线电容250、第一桥臂240、第一开关230、电机绕组221，电机逆变器210和电池形成供电池进行加热的电池加热电路，并通过控制电机逆变器210和第一桥臂240使电池与母线电容250进行充电和放电，以实现电池的自加热。

本实施例给出了在实现能量转换装置在运行电机220驱动模式、电池充电模式以及电池自加热模式时控制器对电机模块200的一些控制方式，具体地：

在能量转换装置运行电机220驱动模式时，控制器控制第一开关230关断，以使电池、电机逆变器210和电机绕组221形成电机220驱动电路。此时电机220驱动电路与能量转换装置中的第一桥臂240、母线电容250、直流充电口270等元器件均处于断连状态。电池在接入电机逆变器210后，控制器可控制电机逆变器210以使电机220输出扭矩，为电动汽车提供动力。

在能量转换装置运行电池充电模式时，控制器控制第一开关230导通，以使充电设备、直流充电口270、第一桥臂240、第一开关230、电机绕组221、电机逆变器210和电池形成供充电设备向电池进行充电的电池充电电路。电池在接入电机逆变器210且充电设备接入直流充电口270后，充电设备可通过电池充电电路对电池进行直流充电。

在能量转换装置运行电池自加热模式时，控制器控制第一开关230导通，以使母线电容250、第一桥臂240、第一开关230、电机绕组221，电机逆变器210和电池形成供电池进行加热的电池加热电路，并通过控制电机逆变器210和第一桥臂240使电池与母线电容250进行充电和放电，以实现电池的自加热。电池在接入电机逆变器210后，控制器可控制电机逆变器210和第一桥臂240使得电池通过电池加热电路向母线电容250进行充电以及母线电容250通过电池加热电路向电池进行充电，以实现电池的自加热。

在本实施例中，能量转换装置在实现运行上述三种工作模式的控制过程简单。

请参考附图3-4，在一些实施例中，电池自加热模式包括：

电池放电且母线电容250充电阶段，控制器控制第一开关230和电机逆变器210的第二上桥臂212导通且控制第一桥臂240的第一下桥臂242关断，以使电池、电机逆变器210的第二上桥臂212、电机绕组221、第一开关230、第一桥臂240的第一上桥臂241以及母线电容250形成供电池进行放电且母线电容250进行充电的第一电池加热回路；

电池充电且母线电容250放电阶段，控制器控制第一开关230和第一桥臂240的第一上桥臂241导通且控制电机逆变器210的第二下桥臂213关断，以使母线电容250、第一桥臂240的第一上桥臂241、第一开关230、电机绕组221、电机逆变器210的第二上桥臂212以及电池形成供电池进行充电且母线电容250进行放电的第二电池加热回路。

在本实施例中，电池自加热模式至少包括电池放电且母线电容250充电阶段和电池充电且母线电容250放电阶段，控制器可通过控制上述两个阶段进行反复循环运行，以实现电池的持续自加热。

在电池放电且母线电容250充电阶段，控制器控制第一开关230和电机逆变器210的第二上桥臂212导通且控制第一桥臂240的第一下桥臂242关断，以使电池、电机逆变器210的第二上桥臂212、电机绕组221、第一开关230、第一桥臂240的第一上桥臂241以及母线电容250形成供电池进行放电且母线电容250进行充电的第一电池加热回路。电池通过第一电池加热回路对母线电容250进行充电。其中，由于第一下桥臂242关断，所以电池输出的电量在通过第一开关230后会通过第一上桥臂241中的第一IGBT243的第一二极管2431流向母线电容250，以实现电池向母线电容250充电。第一电池加热回路如附图3中的箭头所示，且箭头的指向方向为第一电池加热回路中的电流走向。

在电池充电且母线电容250放电阶段，控制器控制第一开关230和第一桥臂240的第一上桥臂241导通且控制电机逆变器210的第二下桥臂213关断，以使母线电容250、第一桥臂240的第一上桥臂241、第一开关230、电机绕组221、电机逆变器210的第二上桥臂212以及电池形成供电池进行充电且母线电容250进行放电的第二电池加热回路。母线电容250通过第二电池加热回路对电池进行充电。其中，由于第二下桥臂213关断，所以母线电容250输出的电量在通过电机绕组221后会通过第二上桥臂212中的第三IGBT214的第三二极管2141流向电池，以实现母线电容250向电池充电。第二电池加热回路如附图4中的箭头所示，且箭头的指向方向为第二电池加热回路中的电流走向。

应当理解的是，在电池放电且母线电容250充电阶段，电机绕组221中会充入一定的电量，且电机绕组221会向母线电容250进行续流以使得母线电容250的电压大于电池的充电电压，以实现在电池充电且母线电容250放电阶段母线电容250向充电电池进行充电。

此外，由于桥臂的特性，桥臂的上下桥臂同时仅能导通其中一个。例如，桥臂的上桥臂在处于导通状态时，则下桥臂处于关断状态。此外，本文中控制器控制第一上桥臂241、第一下桥臂242、第二上桥臂212以及第二下桥臂213的导通或关断，实质是控制上述上下桥臂中的功率开关的导通或关断。例如，控制器控制第一上桥臂241导通，实质为控制器控制第一IGBT243导通。

请参考附图5，在一些实施例中，电池自加热模式还包括：

电池放电且电机绕组221充电阶段，控制器控制第一开关230、逆变器的第二上桥臂212和第一桥臂240的第一下桥臂242导通，以使电池、逆变器的第二上桥臂212、电机绕组221、第一开关230以及第一桥臂240的第一下桥臂242形成供电池进行放电且电机绕组221进行充电的第三电池加热回路。

在本实施例中，电池放电且电机绕组221充电阶段能够用于实现电池单独向电机绕组221进行充电，以使电机绕组221预充有较大的电量。电机绕组221中的电量会向母线电容250中进行续流以提高母线电容250中的电量和电压，进而提高了母线电容250对电池的充电电流，提高了电池自加热的效果。

其中，第三电池加热回路如附图5中的箭头所示，且箭头的指向方向为第三电池加热回路中的电流走向。

应当理解的是，在本阶段中，相对电池同时向电机绕组221和母线电容250进行充电的方式，电机绕组221中能够充入更多的电量。如此，电机绕组221在后续阶段中对母线电容250中进行续流时，能够在电池充电且母线电容250放电阶段时提高母线电容250对电池的充电电流，提高了电池自加热的效果。

请参考附图6，在一些实施例中，电池自加热模式还包括：

电机绕组221放电且母线电容250充电阶段，控制器控制第一开关230导通且控制第一桥臂240的第一下桥臂242关断，以使电机绕组221、第一开关230、第一桥臂240的第一上桥臂241、母线电容250以及电机逆变器210的第二下桥臂213形成供电机绕组221进行放电且母线电容250进行充电的第四电池加热回路。

在本实施例中，电机绕组221可通过第四电池加热回路对母线电容250进行续流充电，能够在电池充电且母线电容250放电阶段时提高电容对电池的充电电流，提高了电池自加热的效果。

其中，由于第一下桥臂242关断，所以电机绕组221输出的电量在通过第一开关230后会经过第一上桥臂241中的第一IGBT243的第一二极管2431流向母线电容250，且在通过母线电容250后经过第二下桥臂213中的第四IGBT215的第四二极管2151流向电机绕组221，以实现电机绕组221向母线电容250充电。第四电池加热回路如附图6中的箭头所示，且箭头的指向方向为第四电池加热回路中的电流走向。

请参考附图7，在一些实施例中，电池自加热模式还包括：

母线电容250放电且电机绕组221充电阶段，控制器控制第一开关230、第一桥臂240的第一上桥臂241和电机逆变器210的第二下桥臂213导通，以使母线电容250、第一桥臂240的第一上桥臂241、第一开关230、电机绕组221以及电机逆变器210的第二下桥臂213形成供母线电容250进行放电且电机绕组221进行充电的第五电池加热回路。

在本实施例中，母线电容250通过第五电池加热回路对电机绕组221进行充电，能够改变电机绕组221中电流的方向(此阶段中电机绕组221中电流方向与电池放电且母线电容250充电阶段中的电流方向相反)，以实现电容向电池充电。

其中，第五电池加热回路如附图7中的箭头所示，且箭头的指向方向为第五电池加热回路中的电流走向。

在电池自加热模式包括电池放电且电机绕组221充电阶段、电池放电且母线电容250充电阶段、电机绕组221放电且母线电容250充电阶段、母线电容250放电且电机绕组221充电阶段以及电池充电且母线电容250放电阶段时，控制器可控制上述5个阶段按照上述顺序在一定的频率下进行反复循环运行，以实现电池的持续自加热。其中，在电池放电且电机绕组221充电阶段，当电机绕组221的电压达到预设电压值时切换至电池放电且母线电容250充电阶段。在电池放电且母线电容250充电阶段，当母线电容250的电压值达到预设电压值时切换至电机绕组221放电且母线电容250充电阶段。在电机绕组221放电且母线电容250充电阶段，当电机绕组221中的电量放电结束时切换至母线电容250放电且电机绕组221充电阶段。在母线电容250放电且电机绕组221充电阶段，当电机绕组221的电压达到预设电压值时切换至电池充电且母线电容250放电阶段。

请参考附图8，在一些实施例中，电池充电模式包括：

充电设备放电且电池充电阶段，控制器控制第一开关230和第一桥臂240的第一上桥臂241导通且控制电机逆变器210的第二下桥臂213关断，以使直流充电口270、第一桥臂240的第一上桥臂241、第一开关230、电机绕组221、电机逆变器210的第二上桥臂212以及电池形成供充电设备放电且电池充电的第一电池充电回路。

在本实施例中，充电设备可通过第一电池充电回路向电池进行充电。其中，由于第二下桥臂213关断，所以充电设备输出的电量在通过电机绕组221后会通过第二上桥臂212中的第三IGBT214的反向并联二极管流向电池，以实现充电设备向电池的充电。

其中，第一电池充电回路如附图8中的箭头所示，且箭头的指向方向为第一电池充电回路中的电流走向。

请参考附图9，在一些实施例中，电池充电模式还包括：

充电设备放电且电机绕组221充电阶段，控制器控制第一开关230、第一桥臂240的第一上桥臂241和电机逆变器210的第二下桥臂213导通，以使直流充电口270、第一桥臂240的第一上桥臂241、第一开关230、电机绕组221以及电机逆变器210的第二下桥臂213形成供充电设备放电且电机绕组221充电的第二电池充电回路。

在本实施例中，充电设备通过第二电池充电回路对电机绕组221进行预充电，能够提高在在充电设备放电且电池充电阶段时对电池的充电电压和电流，提高充电设备对电池的充电效率。

其中，第二电池充电回路如附图9中的箭头所示，且箭头的指向方向为第二电池充电回路中的电流走向。

在充电设备放电且电机绕组221充电阶段，当电机绕组221的电压达到预设电压值时切换至充电设备放电且电池充电阶段。

在一些实施例中，第一电容的第一端与直流充电口270的正极之间和/或第一电容的第二端与直流充电口270的负极之间串联有第二开关260；

其中，在能量转换装置运行电机220驱动模式或电池自加热模式时，控制器控制第二开关260关断，在能量转换装置运行电池充电模式时，控制器控制第二开关260导通。

在本实施例中，通过在第一电容的第一端与直流充电口270的正极之间和/或第一电容的第二端与直流充电口270的负极之间串联有第二开关260，不仅能够控制充电设备与电机模块200之间通断，且还可在充电设备未接入直流充电口270时通过断开第二开关260以避免出现触电的情况，提高了能量转换装置的安全性。

在能量转换装置运行电池充电模式时，控制器控制第二开关260导通，且在充电设备放电且电池充电阶段时，直流充电口270、第二开关260、第一桥臂240的第一上桥臂241、第一开关230、电机绕组221、电机逆变器210的第二上桥臂212以及电池形成供充电设备放电且电池充电的第一电池充电回路；在充电设备放电且电机绕组221充电阶段时，直流充电口270、第二开关260、第一桥臂240的第一上桥臂241、第一开关230、电机绕组221以及电机逆变器210的第二下桥臂213形成供充电设备放电且电机绕组221充电的第二电池充电回路。

如附图2所示的能量转换装置中，第一电容的第一端与直流充电口270的正极之间和第一电容的第二端与直流充电口270的负极之间均串联有第二开关260。

在一些实施例中，能量转换装置还包括：

温度检测模块，温度检测模块用于检测电池的温度值；

充电检测模块，充电检测模块用于检测直流充电口270是否接有充电设备；

控制器还用于判断温度值是否低于预设的温度阈值，且在温度值低于温度阈值时生成电池自加热模式的运行指令，直至温度值达到温度阈值，用于在温度值大于或等于温度阈值且直流充电口270接有充电设备时生成电池充电模式的运行指令，用于在温度值大于或等于温度阈值且直流充电口270未接有充电设备时生成电机220驱动模式的运行指令。

在本实施例中，当电池的温度值低于温度阈值时，则说明电池处于需要加热状态，此时控制器生成自加热模式的运行指令，控制器根据自加热模式的运行指令控制电机模块200以使能量转换装置运行电池自加热模式，直至温度值达到温度阈值。当电池的温度值大于或等于温度阈值时且直流充电口270接有充电设备时，此时控制器生成电池充电模式的运行指令，控制器根据电池充电模式的运行指令控制电机模块200以使能量转换装置运行电池充电模式。当温度值大于或等于温度阈值且直流充电口270未接有充电设备时，此时控制器生成电机220驱动模式的运行指令，控制器根据电机220驱动模式的运行指令控制电机模块200以使能量转换装置运行电机220驱动模式。如此设置，能够确保电池在达到合适的温度后进行电机220驱动模式或电池充电模式，进而对电池进行保护。

其中，电池可为车载的蓄电池，充电设备可为充电枪等。温度阈值例如但不限在-15℃以下。

此外，温度检测模块、充电检测模块可为现有车载的电池模块100中的温度检测模块和充电检测模块。控制器可为两个以上的子控制器共同构成，且其中一个子控制器可为电池模块100中的BMC。如此设置，通过结合利用车载的电池模块100中的部分结构，能够降低电动汽车的制造成本。

其中，BMC可用于判断温度值是否低于预设的温度阈值，且在温度值低于温度阈值时生成电池自加热模式的运行指令，直至温度值达到温度阈值，用于在温度值大于或等于温度阈值且直流充电口270接有充电设备时生成电池充电模式的运行指令，用于在温度值大于或等于温度阈值且直流充电口270未接有充电设备时生成电机220驱动模式的运行指令。

本申请实施例还提供一种能量转换装置的运行方法，运行方法包括：

接收工作模式的运行指令；

根据工作模式的运行指令控制能量转换装置中的电机模块200以使能量转换装置运行对应的工作模式，工作模式包括用于使电机220输出扭矩的电机220驱动模式、用于使充电设备向电池进行充电的电池充电模式或者用于使电池反复充放电的电池自加热模式。

请参考附图10，在一些实施例中，运行方法还包括：

S100：检测电池的温度值；

S200：判断温度值是否低于预设的温度阈值；

S300：若温度值低于温度阈值时生成电池自加热模式的运行指令，根据自加热模式的运行指令控制电机模块200以使能量转换装置运行电池自加热模式，若温度值大于或等于温度阈值时则执行步骤S500；

S400：重复步骤S100-S300直至温度值达到温度阈值；

S500：检测能量转换装置中的直流充电口270是否接有充电设备；

S600：若直流充电口270接有充电设备时生成电池充电模式的运行指令，根据电池充电模式的运行指令控制电机模块200以使能量转换装置运行电池充电模式，若直流充电口270未接有充电设备时则执行步骤S700；

S700：生成电机220驱动模式的运行指令，根据电机220驱动模式的运行指令控制电机模块200以使能量转换装置运行电机220驱动模式。

在一些实施例中，根据自加热模式的运行指令控制电机模块200以使能量转换装置运行电池自加热模式，包括：

S320：控制器控制第一开关230和电机逆变器210的第二上桥臂212导通且控制第一桥臂240的第一下桥臂242关断，以使电池、电机逆变器210的第二上桥臂212、电机绕组221、第一开关230、第一桥臂240的第一上桥臂241以及母线电容250形成供电池进行放电且母线电容250进行充电的第一电池加热回路；

S350：控制器控制第一开关230和第一桥臂240的第一上桥臂241导通且控制电机逆变器210的第二下桥臂213关断，以使母线电容250、第一桥臂240的第一上桥臂241、第一开关230、电机绕组221、电机逆变器210的第二上桥臂212以及电池形成供电池进行充电且母线电容250进行放电的第二电池加热回路。

进一步地，在S320之前，还包括：

S310：控制器控制第一开关230、逆变器的第二上桥臂212和第一桥臂240的第一下桥臂242导通，以使电池、电机逆变器210的第二上桥臂212、电机绕组221、第一开关230以及第一桥臂240的第一下桥臂242形成供电池进行放电且电机绕组221进行充电的第三电池加热回路。

进一步地，在S320之后和S350之前，还包括：

S330：控制器控制第一开关230导通且控制第一桥臂240的第一下桥臂242关断，以使电机绕组221、第一开关230、第一桥臂240的第一上桥臂241、母线电容250以及电机逆变器210的第二下桥臂213形成供电机绕组221进行放电且母线电容250进行充电的第四电池加热回路。

进一步地，在S330之后和S350之前，还包括：

S340：控制器控制第一开关230、第一桥臂240的第一上桥臂241和电机逆变器210的第二下桥臂213导通，以使母线电容250、第一桥臂240的第一上桥臂241、第一开关230、电机绕组221以及电机逆变器210的第二下桥臂213形成供母线电容250进行放电且电机绕组221进行充电的第五电池加热回路。

在一些实施例中，根据电池充电模式的运行指令控制电机模块200以使能量转换装置运行电池充电模式，包括：

S620：控制器控制第一开关230和第一桥臂240的第一上桥臂241导通且控制电机逆变器210的第二下桥臂213关断，以使直流充电口270、第一桥臂240的第一上桥臂241、第一开关230、电机绕组221、电机逆变器210的第二上桥臂212以及电池形成供充电设备放电且电池充电的第一电池充电回路。

进一步地，在S620之前，还包括：

S610：控制器控制第一开关230、第一桥臂240的第一上桥臂241和电机逆变器210的第二下桥臂213导通，以使直流充电口270、第一桥臂240的第一上桥臂241、第一开关230、电机绕组221以及电机逆变器210的第二下桥臂213形成供充电设备放电且电机绕组221充电的第二电池充电回路。

在一些实施例中，根据电机220驱动模式的运行指令控制电机模块200200以使能量转换装置运行电机220驱动模式，包括：

控制第一开关230关断，以使电池、电机逆变器210和电机绕组221形成电机220驱动电路。

本申请还提供一种电动汽车，包括能量转换装置。

应当注意，尽管在上文详细描述中提及了用于动作执行的设备的若干模块或者单元，但是这种划分并非强制性的。实际上，根据本公开的实施方式，上文描述的两个或更多模块或者单元的特征和功能可以在一个模块或者单元中具体化。反之，上文描述的一个模块或者单元的特征和功能可以进一步划分为由多个模块或者单元来具体化。此外，尽管在附图中以特定顺序描述了本公开中方法的各个步骤，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些步骤，或是必须执行全部所示的步骤才能实现期望的结果。附加的或备选地，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，以及/或者将一个步骤分解为多个步骤执行等。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员易于理解，这里描述的示例实施方式可以通过软件实现，也可以通过软件结合必要的硬件的方式来实现。

需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (13)

1.一种能量转换装置，其特征在于，包括：

电机模块，所述电机模块包括电机逆变器、电机绕组、第一开关、第一桥臂、母线电容和直流充电口，所述电机逆变器的正极汇流端与电池的正极连接，所述电机逆变器的负极汇流端与所述电池的负极连接，所述电机绕组的第一端连接所述电机逆变器的交流输出端，所述电机绕组的第二端与所述第一开关的第一端连接，所述第一开关的第二端连接所述第一桥臂的中点，所述母线电容的第一端、所述第一桥臂的第一端以及所述直流充电口的正极共接，所述母线电容的第二端、所述第一桥臂的第二端、所述直流充电口的负极以及所述逆变器的负极汇流端共接；

控制器，所述控制器用于根据工作模式的运行指令控制所述电机模块以使所述能量转换装置运行对应的工作模式，所述工作模式包括用于使电机输出扭矩的电机驱动模式、用于使充电设备向所述电池进行充电的电池充电模式、用于使所述电池反复充放电的电池自加热模式。

2.根据权利要求1所述的能量转换装置，其特征在于，所述逆变器包括至少一相桥臂，所述桥臂包括上桥臂和下桥臂；

在所述能量转换装置运行所述电机驱动模式时，所述控制器控制所述第一开关关断，以使所述电池、所述电机逆变器和所述电机绕组形成电机驱动电路；

在所述能量转换装置运行所述电池充电模式时，所述控制器控制所述第一开关导通，以使所述充电设备、所述直流充电口、所述第一桥臂、所述第一开关、所述电机绕组、所述电机逆变器和所述电池形成供所述充电设备向所述电池进行充电的电池充电电路；

在所述能量转换装置运行所述电池自加热模式时，所述控制器控制所述第一开关导通，以使所述母线电容、所述第一桥臂、所述第一开关、所述电机绕组，所述电机逆变器和所述电池形成供所述电池进行加热的电池加热电路，并通过控制所述电机逆变器和所述第一桥臂使所述电池与所述母线电容进行充电和放电，以实现所述电池的自加热。

3.根据权利要求2所述的能量转换装置，其特征在于，所述电池自加热模式包括：

所述电池放电且所述母线电容充电阶段，所述控制器控制所述第一开关和所述电机逆变器的上桥臂导通且控制所述第一桥臂的下桥臂关断，以使所述电池、所述电机逆变器的上桥臂、所述电机绕组、所述第一开关、所述第一桥臂的上桥臂以及所述母线电容形成供所述电池进行放电且所述母线电容进行充电的第一电池加热回路；

所述电池充电且所述母线电容放电阶段，所述控制器控制所述第一开关和所述第一桥臂的上桥臂导通且控制所述电机逆变器的下桥臂关断，以使所述母线电容、所述第一桥臂的上桥臂、所述第一开关、所述电机绕组、所述电机逆变器的上桥臂以及所述电池形成供所述电池进行充电且所述母线电容进行放电的第二电池加热回路。

4.根据权利要求2所述的能量转换装置，其特征在于，所述电池自加热模式还包括：

所述电池放电且所述电机绕组充电阶段，所述控制器控制所述第一开关、所述逆变器的上桥臂和所述第一桥臂的下桥臂导通，以使所述电池、所述逆变器的上桥臂、所述电机绕组、所述第一开关以及所述第一桥臂的下桥臂形成供所述电池进行放电且所述电机绕组进行充电的第三电池加热回路。

5.根据权利要求2所述的能量转换装置，其特征在于，所述电池自加热模式还包括：

所述电机绕组放电且所述母线电容充电阶段，所述控制器控制所述第一开关导通且控制所述第一桥臂的下桥臂关断，以使所述电机绕组、所述第一开关、所述第一桥臂的上桥臂、所述母线电容以及所述电机逆变器的下桥臂形成供所述电机绕组进行放电且所述母线电容进行充电的第四电池加热回路。

6.根据权利要求2所述的能量转换装置，其特征在于，所述电池自加热模式还包括：

所述母线电容放电且所述电机绕组充电阶段，所述控制器控制所述第一开关、所述第一桥臂的上桥臂和所述电机逆变器的下桥臂导通，以使所述母线电容、所述第一桥臂的上桥臂、所述第一开关、所述电机绕组以及所述电机逆变器的下桥臂形成供所述母线电容进行放电且所述电机绕组进行充电的第五电池加热回路。

7.根据权利要求2所述的能量转换装置，其特征在于，所述电池充电模式包括：

所述充电设备放电且所述电池充电阶段，所述控制器控制所述第一开关和所述第一桥臂的上桥臂导通且控制所述电机逆变器的下桥臂关断，以使所述直流充电口、所述第一桥臂的上桥臂、所述第一开关、所述电机绕组、所述电机逆变器的上桥臂以及所述电池形成供所述充电设备放电且所述电池充电的第一电池充电回路。

8.根据权利要求2所述的能量转换装置，其特征在于，所述电池充电模式还包括：

所述充电设备放电且所述电机绕组充电阶段，所述控制器控制所述第一开关、所述第一桥臂的上桥臂和所述电机逆变器的下桥臂导通，以使所述直流充电口、所述第一桥臂的上桥臂、所述第一开关、所述电机绕组以及所述电机逆变器的下桥臂形成供所述充电设备放电且所述电机绕组充电的第二电池充电回路。

9.根据权利要求2所述的能量转换装置，其特征在于，第一电容的第一端与所述直流充电口的正极之间和/或所述第一电容的第二端与所述直流充电口的负极之间串联有第二开关；

其中，在所述能量转换装置运行所述电机驱动模式或所述电池自加热模式时，所述控制器控制所述第二开关关断，在所述能量转换装置运行所述电池充电模式时，所述控制器控制所述第二开关导通。

10.根据权利要求1-9任意一项所述的能量转换装置，其特征在于，还包括：

温度检测模块，所述温度检测模块用于检测所述电池的温度值；

充电检测模块，所述充电检测模块用于检测所述直流充电口是否接有所述充电设备；

所述控制器还用于判断所述温度值是否低于预设的温度阈值，且在所述温度值低于所述温度阈值时生成电池自加热模式的运行指令，直至所述温度值达到所述温度阈值，用于在所述温度值大于或等于所述温度阈值且所述直流充电口接有所述充电设备时生成电池充电模式的运行指令，用于在所述温度值大于或等于所述温度阈值且所述直流充电口未接有所述充电设备时生成所述电机驱动模式的运行指令。

11.一种基于权利要求1-10任意一项所述的能量转换装置的运行方法，其特征在于，所述运行方法包括：

接收工作模式的运行指令；

根据所述工作模式的运行指令控制所述能量转换装置中的电机模块以使所述能量转换装置运行对应的工作模式，所述工作模式包括用于使所述电机输出扭矩的电机驱动模式、用于使所述充电设备向所述电池进行充电的电池充电模式或者用于使所述电池反复充放电的电池自加热模式。

12.根据权利要求11所述的能量转换装置的运行方法，其特征在于，还包括：

S100：检测电池的温度值；

S200：判断所述温度值是否低于预设的温度阈值；

S300：若所述温度值低于所述温度阈值时生成电池自加热模式的运行指令，根据所述自加热模式的运行指令控制所述电机模块以使所述能量转换装置运行所述电池自加热模式，若所述温度值大于或等于所述温度阈值时则执行步骤S500；

S400：重复步骤S100-S300直至所述温度值达到所述温度阈值；

S500：检测所述能量转换装置中的直流充电口是否接有充电设备；

S600：若所述直流充电口接有所述充电设备时生成电池充电模式的运行指令，根据所述电池充电模式的运行指令控制所述电机模块以使所述能量转换装置运行所述电池充电模式，若所述直流充电口未接有所述充电设备时则执行步骤S700；

S700：生成电机驱动模式的运行指令，根据所述电机驱动模式的运行指令控制所述电机模块以使所述能量转换装置运行所述电机驱动模式。

13.一种电动汽车，其特征在于，如权利要求1-10任意一项所述能量转换装置。

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