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CN115023877A - 由电机隔离的集成充电器和电机控制系统 - Google Patents

由电机隔离的集成充电器和电机控制系统 Download PDF

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CN115023877A
CN115023877A CN201980102334.0A CN201980102334A CN115023877A CN 115023877 A CN115023877 A CN 115023877A CN 201980102334 A CN201980102334 A CN 201980102334A CN 115023877 A CN115023877 A CN 115023877A
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CN
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voltage
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mcu
motor
battery
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CN201980102334.0A
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朱辉斌
戴和平
梁永涛
刘卫平
苏逢
王少华
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Huawei Digital Power Technologies Co Ltd
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Abstract

根据本公开的一个方面，提供了一种装置，包括电池、连接到电池的直流(DC)总线以及连接到与DC总线并联的电池的DC‑DC转换器。电机控制单元(MCU)连接在DC‑DC转换器和电动机之间。交流(AC)端口连接到电动机。开关在驱动模式下将DC总线和DC‑DC转换器作为输入串联连接到MCU，并在充电模式下断开DC总线与MCU的连接。

Description

由电机隔离的集成充电器和电机控制系统
技术领域
本公开通常涉及电力电路领域，例如，电动车中使用的电力电路。
背景技术
电力电路包括AC-DC功率转换器以及DC-DC功率转换器。电力转换器具有广泛的用途，包括但不限于用于在车载充电器(OBC)中给电动车(EV)的电池充电。由于高压和电流，电力转换器具有潜在危险。隔离可以减少危险，而且可能是某些安全标准所要求的。
电动机(例如，EV的电机)可由电机控制单元(MCU)控制。例如，MCU可以控制从电池到EV的电动机的电流。
发明内容
根据本公开的一个方面，提供了一种装置，包括电池、连接到电池的直流(DC)总线以及连接到与DC总线并联的电池的DC-DC转换器。电机控制单元(MCU)连接在DC-DC转换器和电动机之间。交流(AC)端口连接到电动机。提供了多个开关，以在驱动模式下将该DC总线和该DC-DC转换器的输出作为输入串联连接到该MCU，并在充电模式下断开该DC总线与该MCU的连接。
可选地，在前述方面中，在驱动模式下，该MCU接收电压，该电压是该DC总线上的电压和来自该DC-DC转换器的可配置电压之和，该可配置电压选自电压范围。
可选地，在前述任一方面中，在该充电模式下，来自该AC端口的AC被该电动机和该MCU整流以产生第一DC电压，该第一DC电压被DC-DC转换器转换为第二DC电压，该第二DC电压被提供以给该电池充电。
可选地，在前述任一方面中，该DC-DC转换器包括连接到该电池的第一多电平功率转换器级、连接到该MCU的第二多电平功率转换器级以及连接到该第一多电平功率转换器级和该第二多电平功率转换器级的变压器。
可选地，在前述任一方面中，该DC-DC转换器是具有谐振频率的谐振转换器，该DC-DC转换器由处理器控制以在该谐振频率附近的狭窄范围内运行。
可选地，在前述任一方面中，该DC-DC转换器包括连接到桥的第一臂的第一变压器和连接到该桥的第二臂的第二变压器，该第一臂与该第二臂并联连接。
可选地，在前述任一方面中，该DC-DC转换器包括多个开关，以串联模式串联和并联模式并联连接该第一变压器和该第二变压器的输出。
可选地，在前述任一方面中，该MCU包括连接到该电动机的第一绕组的第一节点、连接到该电动机的第二绕组的第二节点以及连接到该电动机的第三绕组的第三节点，该第一、第二和第三节点中的每一个通过开关连接到第一端子和第二端子，该开关可运行以在该驱动模式下逆变在该第一和第二端子处接收的DC电压，并整流在该充电模式下该第一、第二和第三电机绕组接收到的AC电压。
可选地，在前述任一方面中，倍压器被连接在该第一端子和该第二端子之间。
可选地，在前述任一方面中，该倍压器包括连接在该第一端子和该第二端子之间的串联连接的二极管、在该第一端子和该第二端子之间与该串联连接的二极管并联连接的串联连接的电容器、在连接到该AC端口的中性端的该串联连接的二极管之间的第一节点，在串联连接的电容器之间的第二节点，以及连接在该第一节点和该第二节点之间的开关，以选择性地启用倍压。
可选地，在前述任一方面中，附加MCU与该MCU并联连接，连接到该电动机的一组绕组的该MCU，连接到该电动机的绕组的附加组的该附加MCU，该AC端口的第一端子连接到该一组绕组的中性端，并且该AC端口的第二端子连接到该绕组的附加组的中性端。
可选地，在前述任一方面中，附加MCU与该MCU并联连接，连接到该电动机的绕组的第一端的该MCU，连接到该电动机的绕组的第二端的该附加MCU，连接到该电动机的第一绕组的中点的该AC端口的第一端子，连接到该电动机的第二绕组的中点的该AC端口的第二端子，以及连接到该电动机的第三绕组的中点的该AC端口的第三端。
根据本公开的另一方面，提供了一种方法，包括接收交流电(AC)，通过电动机和电机控制单元(MCU)将该AC转换为第一直流(DC)电压；在DC-DC转换器中将该第一DC电压转换为第二DC电压；将该第二DC电压提供给电池，以给该电池充电。该方法还包括将来自该电池的第三DC电压提供给该DC-DC转换器；在该DC-DC转换器中将该第三DC电压转换为第四DC电压；并且将与来自该DC-DC转换器的第四DC电压串联的来自该电池的第三DC电压提供给该MCU以为该电动机供电。
可选地，在前述任一方面中，该方法还包括在将该第一DC电压转换为该第二DC电压的同时，控制该DC-DC转换器将该第二DC电压维持在电池充电范围内；以及在将该第三DC电压转换为该第四DC电压的同时，根据该电动机的要求控制该DC-DC转换器。
可选地，在前述任一方面中，将该第一DC电压转换为该第二DC电压并且将该第三DC电压转换为该第四DC电压包括在具有谐振频率的谐振转换器中进行转换，该方法还包括在该谐振频率附近的频率范围内运行该谐振转换器。
可选地，在前述任一方面中，该方法还包括在接收到该AC时的充电模式和在为该电动机供电时的驱动模式之间使用多个开关重新配置，该多个开关连接该电池和该MCU之间的DC总线，以在该驱动模式下提供与来自该DC-DC转换器的该第四DC电压串联的来自该电池的该第三DC电压，并在该充电模式下断开该DC总线与该MCU的连接。
可选地，在前述任一方面中，通过该电动机和MCU将该AC转换为该第一DC电压包括使该AC的至少一个组件通过该电动机的一个或多个绕组以提供AC电源和该电池之间的隔离。
根据本公开的另一个其他方面，提供了一种电动车，包括电池，推动该电动车的电动机，连接到该电池的直流(DC)总线；连接到与该DC总线并联的该电池的DC-DC转换器。电机控制单元(MCU)连接在该DC-DC转换器和该电动机之间。交流(AC)端口通过该电动机的一个或多个绕组连接到该MCU。多个开关在驱动模式下串联连接该DC总线和该DC-DC转换器的输出，以将该DC总线和DC-DC转换器的组合电压作为输入提供给该MCU，将该DC总线从该MCU断开，并在充电模式下将该MCU的输出电压提供给该DC-DC转换器。
可选地，在前述任一方面中，处理器被配置为控制该DC-DC转换器中的开关，以调节该DC-DC转换器的输出，使得该DC总线和该DC-DC转换器的组合电压匹配该电动机的要求。
可选地，在前述任一方面中，该DC-DC转换器包括具有谐振频率的谐振转换器，该处理器被配置为在该谐振频率附近的频率范围内控制该DC-DC转换器中的开关。
提供本概述以便以简化的形式介绍以下在详细描述中进一步描述的一些概念。本概述并非旨在标识出要求保护的主题的关键特征或必要特征，亦非旨在用作辅助确定要求保护的主题的范围。所要求保护的主题不限于解决背景技术中提及的任何或所有缺点的实施方式。
附图说明
通过示例的方式说明本公开的各方面，并且本发明的各方面不受附图的限制，附图中相同的附图标记指示元件。
图1A示出了充电站的输出电压和电流。
图1B示出了二级快速充电器的示例。
图2A是电动车(EV)的一个实施例的图。
图2B是具有OBC/MCU电路的EV的实施例的图。
图2C示出了EV中电动机的运行范围。
图2D示出了MCU的示例。
图2E示出了MCU的另一个示例。
图3A-D示出了包括连接到与DC总线并联的电池的DC-DC转换器的电路及其运行的示例。
图4A-E示出了DC-DC转换器电路的示例。
图5示出具有倍压器的MCU的示例。
图6示出了连接到三相AC输入的开式绕组电动机的示例。
图7示出了具有连接到单相AC输入的双绕组的电动机的示例。
图8示出了具有各自的MCU和到DC总线和转换器总线的不同耦合的两个电动机的示例。
具体实施方式
下现在将参考附图描述本公开，附图通常涉及例如可以在电动车中使用的电力电路。例如，本文描述的电路可用于从外部电源给电池充电以及用于控制从电池到电动机的电力。使用共享电路来执行这些不同的功能是有效的，并且可以节省成本。
在电动车(EV)中，在充电模式下(例如，当EV停放并且电池正在充电时)，例如，可以从家用插座接收电力作为交流电(AC)。可以通过EV中的电动机连接AC，其中电机绕组和电机控制单元(MCU)可用于整流AC以提供第一直流(DC)电压，并在AC电源和EV组件之间提供隔离。DC-DC转换器可以将第一DC电压转换为提供给电池以给电池充电的第二DC电压。通过控制DC-DC转换器，第二电压可以保持在适当的电平，以在宽范围的条件下(例如，对于AC输入电压的范围和/或不同的电池充电条件)有效地给电池充电。
在驱动模式下(例如，当EV被驱动并由电动机推动时)，DC总线可以连接到与DC-DC转换器并联的电池(例如，两者都接收电池输出电压)。DC总线和DC-DC转换器的输出串联连接以产生组合电压，其是DC总线电压(例如，直接来自电池的第三电压)和DC-DC转换器输出电压(例如，第四电压)之和。组合电压被提供给MCU，其使用组合电压为电动机供电。可以通过控制DC-DC转换器来控制组合电压。这种安排将DC总线提供的直接电池连接的效率与DC-DC转换器提供的电压控制相结合。
开关可以在充电模式和驱动模式之间改变配置。例如，开关可以在驱动模式下串联连接DC总线和DC-DC转换器输出。在充电模式下，开关可以断开DC总线，并直接将DC-DC转换器连接到MCU。因此，虽然在驱动模式下只有一部分功率通过DC-DC转换器到达电机(其余部分直接通过DC总线)，但在充电模式下，电池的所有功率都可以通过DC-DC转换器(这通常低于驱动模式下使用的功率)。这有助于向电机提供高功率，而不需要大小适合的DC-DC转换器以处理如此高功率。可以由处理器控制用于模式配置的开关，该处理器还可以控制如DC-DC转换器、MCU和/或其他组件之类的组件。处理器可以接收与电池条件、电机条件和要求以及AC功率有关的输入。
DC-DC转换器可以包括多电平功率转换器级，其可配置，以从给定的输入电压提供两个或多个不同输出电压。使用这种多电平功率转换器级提供了功率转换的灵活性，例如，允许在不同电压范围内提供功率的外部电源的兼容性(例如，电动车可能能够适应输出不同电压的不同充电站和/或不同国家的家用电源插座)，并允许在不同电池条件范围内运行。
应理解，本公开的实施例可以以许多不同的形式实现，并且权利要求范围不应解释为限于本文中所述的实施例。相反，提供这些实施例是为了使本公开透彻和完整，并且将本发明实施例构思充分地传达给本领域技术人员。事实上，本公开旨在涵盖落在所附权利要求所限定的本公开的范围和精神内的所有实施例的修改、替代方案以及等价物。另外，在下面对本公开的实施例详细描述中，提出了大量的具体细节，其目的是提供彻底的理解。然而，对于本领域的普通技术人员显而易见的是，本公开的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。
电动车(EV)和混合EV(EV/HEV)市场是一个快速发展的细分市场，面临许多挑战，需要广泛部署快速充电器，其中最先进的充电器设计通常涉及常见做法和相关缺点的以下示例：
1.具有隔离的通用EV电压兼容性：如图1A所示，EV快速充电器需要能够使用较宽的DC电压范围给EV电池充电，例如，如图所示的200V-1000V DC(输出电压(V)沿x轴，输出电流(A)在y轴上)。出于资本投资的原因，充电站所有者可能要求相同充电器可以与客户的各种EV/HEV的充电器一起运行。然而，设计电源输出电压范围(例如，1:4或1:5比率)是非常具有挑战性的。
2.低输出电压电平下的全电力能力：在低电池电压下充电时，充电器需要提供相同的电力能力以减少车辆充电时间。快速充电器的额定功率可能高达100kW，在某些情况下甚至更高。然而，由于组件的电流额定值，典型的充电器转换器电力能力可能会在较低的输出电压下下降。否则，可能需要显著的组件余量，从而导致成本增加、封装尺寸变大。
3.低负载功率条件下的高效率：当电池充电周期处于后期并且充电电流相应减小时，EV充电器可以在低负载功率电平下运行。然而，典型的AC-DC功率转换器的效率在低负载功率下显著下降。因此，为满足充电站运行经济性，通常需要改进充电器运行效率(例如，>96％或更高)。
4.模块化设计和经济规模：从成本的角度来看，需要将高功率快速充电器构建为模块化设计作为构建块，这样可以很容易地并行配置多个模块并扩大额定功率。这也要求充电器模块能够处理不同的AC输入电压电平以应对全球市场。然而，这是非常具有挑战性的，主要供应商必须为世界不同地区提供不同的模块设计。这意味着成本处罚。
5.高可靠性和低维护：商用充电器单元可能需要较少的维修或更换关键组件，例如，冷却风扇、机械接触器或继电器等。固态开关组件通常更可靠，使用寿命更长。
市场上的一些充电器必须使用DC接触器，以在串联和并联运行之间切换模块。虽然该解决方案有效实现通用充电电压范围，但DC接触器体积大、成本高，且使用寿命有限。技术改进可能会提供比DC接触器更好的选择。
图1B示出了2级快速充电器100的示例，其中升压功率因数校正(PFC)转换器102接收功率(在该示例中作为3相AC输入)，调节跨DC总线104的可变电压，其向提供DC输出的高频(HF)隔离LLC转换器106(或PSFB转换器)馈电。通常，LLC转换器调制只能有效地提供小范围的输出电压和负载功率电平；否则，其效率会显著下降(例如，超出限制范围，效率会显著下降)。因此，在该安排中，重要的是将DC总线电压上下控制到期望的运行设定点，以帮助LLC转换器106跨宽范围的输出电压和负载功率电平提供更好的效率。
有源PFC转换器可能具有峰值效率(例如，大约98％或更低)，这可能会导致总充电器效率的重大损失。此外，即使使用PFC主动控制总线电压设定点，由于效率下降问题，LLC转换器106仍可能无法为EV负载应用提供足够宽的调节范围。此外，全功率额定脉宽调制(PWM)开关升压PFC会因为快速开关MOSFET/IGBT和磁性组件等项目而产生主要成本。
鉴于图1B的安排的局限性，需要技术改进以在包括规格范围、效率性能和成本节约在内的领域提供一系列好处。
通常，EV应该能够从至少两种不同的电源给其电池充电，例如，来自充电站的DC功率和来自公用AC电网的AC功率。因此，除了在驱动模式(或“牵引模式”)期间运行EV电机的MCU电路之外，EV车载电力系统还可以包括DC和AC充电电路。
EV电力系统对组件尺寸、重量和转换器效率很敏感。功率开关设备，例如，氮化镓(GaN)和碳化硅(SiC)设备，可用于提高效率、尺寸和重量。集成还可以在成本和尺寸方面提供进一步的收益。
EV电池的充电可包括使用车载充电(OBC)电路。来自电池的电力可用于为一个或多个电动机供电，以在电机控制单元(MCU)电路的控制下推动电动车。在某些情况下，这些电路可以共享某些组件，这可以降低成本并提高效率。OBC和MCU电路的集成使用先进的高频电路拓扑，并在OBC&MCU之间使用公共功率转换器级(例如，功率桥)，可以降低整体EV电力系统的成本、尺寸和重量。这些解决方案可以通过OBC和MCU集成解决这些技术挑战，即，具有不同的额定功率、隔离要求和宽电压范围。
图2A示出了连接到充电站212来给EV 210的电池214再充电的EV 210的示例。电缆216从充电站212延伸并以连接器218结束，其与EV 210的相应连接器220连接。OBC222连接到连接器220，以从外部电源(在该示例中为充电站212)接收电力并且使用电力给电池214充电(例如，将AC转换为DC并控制提供给电池214的电压和电流)。连接电池214，以向MCU224提供电力，其控制提供给电动机226的电力(例如，将来自电池214的DC转换为AC并控制提供给电动机226的电压和电流)。
图2B示出了通过电缆216和连接器218连接到充电站212的另一EV 230的示例，其连接到连接器220(EV 210、230的相应组件使用相似的附图标记)。将OBC/MCU电路232连接到连接器220，以从外部电源(该示例中的充电站212)接收电力，并使用电力给电池214充电(例如，类似于OBC 222，将AC转换为DC并控制提供给电池214的电压和电流)。连接电池214，以向OBC/MCU电路232提供电力，其控制提供给电动机226的电力(例如，类似于MCU 224，将来自电池214的DC转换为AC并控制提供给电动机226的电压和电流)。因此，EV 230的OBC/MCU电路232结合了EV 210的OBC 222和MCU 224的功能。这种组合电路节省了部分成本、重量和空间，并且可以提高效率。本技术的方面适用于这种组合电路(但不仅限于这样的电路)。尽管图2A-B的示例示出了从充电站212充电，但是应当理解，可以使用其他电源进行充电，包括家用AC电源、太阳能电池板或发电机(包括HEV的发电机)。
在EV的运行范围内有效地运行其中的电动机可能具有挑战性。图2C示出了电动机在其整个运行范围(从速度＝0到最大速度)上的力曲线的示例，其中速度(角速度)在x轴上，力沿y轴。范围可分为如图所示的区域，包括恒力区域(其中速度ω在范围内：0<ω<ωb)和恒定功率区域。恒功率区域包括弱磁区I或“部分弱磁区”(其中速度ω处于以下范围内：ωb<ω<ωc)和弱磁区II，或“全弱磁区”(其中速度ω在范围内：ωc<ω)。每个区域的电机特性可能不同，因此很难在整个范围内有效地控制电机。
图2D示出了连接在电池238和电机240之间(例如，在EV中)的MCU 236的第一示例。一对开关242、243将电池238连接到MCU 236。在MCU 236内，开关244、245串联连接在电池238的端子之间，端子246(或“节点”)在开关244和245之间。端子246连接到电机240的第一绕组248。开关250、251串联连接在电池238的端子之间，端子252在开关250和251之间。端子252连接到电机240的第二绕组254。开关258、259串联连接在电池238的端子之间，端子260在开关258和259之间。端子260连接到电机240的第三绕组262。开关244、245、250、251、258、259可以以任何合适的方式形成，例如，使用具有连接在集电极和发射极端子之间的二极管的晶体管。可以控制这种开关，以向电机240的绕组提供适当的电压(例如，通过开关，以将来自电池238的DC电压转换为提供给电机240的AC电压)。因此，MCU 236在该示例中用作逆变器，并且也可称为逆变器236。
图2E示出了连接在电池238和电机240之间的MCU的另一个示例。类似的组件具有与图2D类似的参考编号。除了图2D中所示的逆变器236之外，图2E的MCU 270包括升压转换器272，其从电池238接收电压并向逆变器236提供升压电压。升压转换器272包括电感器274，其在一端通过开关276连接到电池238并在另一端连接到节点278。节点278在开关280和开关281之间，其跨逆变器236的输入端子串联连接，以向逆变器236提供升压的输出电压。开关280、281和/或逆变器236的开关244、245、250、251、258、259可以以任何合适的方式形成，例如，使用具有连接在源极端子和漏极端子之间的二极管的晶体管(例如，MOSFET晶体管)。
图3A示出了一个电路示例，其可以通过在充电模式和驱动模式之间重新配置以高效的方式执行OBC和MCU的功能，以便在两种模式下都使用某些组件，例如，使用电机绕组和MCU组件来整流AC并在充电模式下提供隔离，并使用公共DC-DC转换器在充电模式下提供电池充电电压，并在驱动模式下提升提供给MCU的电池电压。
电池302连接到DC总线304和DC-DC转换器306，其与DC总线304并联。电容器308跨电池302的端子连接，电容器310跨DC-DC转换器306的第一端子连接，并且电容器312跨DC-DC转换器306的第二端子连接以提供滤波。二极管314与电容器312并联连接。开关316、317、320用于配置DC总线304和DC-DC转换器306的耦合。开关316和317可以作为组合开关318一起运行以连接/断开DC总线304。当DC总线304断开时，开关320可以将DC转换器306的端子直接连接到MCU 322，并且可以在DC总线304连接时打开，使得DC总线304(例如，开关320可以与组合开关318相反地切换，从而使一个打开而另一个闭合)。DC端口326连接到转换器总线324。DC端口326可以从外部电源接收DC电压以给电池302充电。
MCU 322通过高压总线346连接到DC-DC转换器306。MCU 322还连接到电动机328。DC-DC转换器306、DC总线304和MCU 322的耦合由组合开关318、320控制，组合开关318、320由处理器330控制。处理器330还可以控制附加组件，例如，处理器330可以控制DC-DC转换器306和/或MCU 322中的开关的切换。处理器可以接收来自一个或多个组件的输入(例如，关于不同点处的电压的输入，例如电池302的输出电压、DC端口326处的DC输入电压、AC输入电压等)。
MCU 322连接到电动机328的绕组332、333、334。电动机328的中性端子336通过电磁干扰(EMI)滤波器338连接到AC端口340，其从外部电源接收AC输入342。AC端口340还通过EMI滤波器338连接到MCU 322(例如，中性连接绕过电动机328并连接到MCU 322)。例如，AC端口340可以包括EV中的一个或多个连接器(如连接器220)，并且AC输入342可以来自充电站、家用AC电源或其他电源。
图3A中所示的电路可以在两种或多种模式下运行，在两种模式下都使用至少一些组件以降低组件成本和复杂性，节省空间并提供高效率。模式可以包括使用来自外部电源(例如，AC输入342)的电力给电池302充电的充电模式和电动机328从电池302接收电力的驱动模式。
图3B示出了图3A的电路在充电模式下的运行示例，其中电力通常从右向左流动，以使用AC输入342给电池302充电。为了清楚起见，省略了在该模式下不活动的组件(例如，DC总线304和DC端口326)。通过AC端口340和EMI滤波器338到电动机328的绕组332-334将AC输入342提供给MCU 322。绕组332-334(在该模式下充当整流器电路的电感器)和MCU 322的开关整流AC，使得在高压总线346处提供第一DC电压，并且在高压总线346和AC输入342之间提供隔离(在某些标准下可能需要一些隔离)。
打开组合开关318，使得DC总线304断开(因此未在该视图中示出)。闭合开关320，使得高压总线346连接到转换器总线324。因此，将由MCU 322产生的第一DC电压作为输入提供给DC-DC转换器306，其将第一DC电压转换为第二DC电压。将第二DC电压提供给电池302以给电池302充电。第二DC电压可以是用于给电池302充电的合适电压(例如，可以在取决于电池的物理结构和电池条件的电池充电范围内)。处理器330可以通过根据电池302、AC输入342和/或其他因素适当地配置DC-DC转换器306和/或MCU322，来确保第二DC电压保留在电池充电范围内。
图3B示出了通过通道348连接到AC端口340的处理器330。例如，处理器330可以通过通道348接收关于AC输入342的信息(例如，AC输入342的AC电压可以从AC端口340中的一个或多个电压传感器获得)。处理器330还通过通道350连接到电池302。处理器330可以通过通道350接收电池条件信息(例如，关于电池302的充电水平的信息)。处理器330还通过通道352连接到DC-DC转换器306，并且通过通道354连接到MCU 322。处理器330可以通过通道352、354控制DC-DC转换器306和MCU 332中的组件(例如，开关)。例如，处理器330可以根据通过通道350接收的电池条件信息确定合适的电池充电电压，并且可以基于通过通道348接收的电池充电电压和AC电压信息为DC-DC转换器306和MCU 322选择合适的配置。可以通过经由通道352和354发送的信号实现选定的配置。在电池302被充电时，可以在充电过程期间更新配置。可以以任何合适的方式实现通道348、350、352和354，例如，使用合适的布线和逻辑接口。附加通道可以将处理器330连接到附加组件。例如，处理器330可以连接到电动机328和/或用户输入装置，以接收电机信息和/或用户输入(例如，加速命令)，使得可以在驱动模式下相应地调整提供给电动机328的电压。
图3C示出了图3A的电路在驱动模式下的运行示例，其中电力通常从左向右流动以为电动电机328供电，其可用于在该模式下推动EV。为了清楚起见，省略了在该模式下不活动的组件(例如，AC端口340、EMI滤波器338和DC端口326)。电池302在DC总线304上产生DC电池输出电压(第三DC电压)，其由如图所示的组合开关318连接(闭合开关316、317以连接DC总线304)。因为DC-DC转换器306连接到与DC总线304并联的电池302，DC-DC转换器306接收第三DC电压，该第三DC电压将其转换为在转换器总线324上提供的第四DC电压。如图所示，在组合开关318闭合且开关320打开的情况下，将DC总线304和转换器总线324(DC-DC转换器306的输出)作为输入串联连接到MCU 322(即，串联连接到高压总线346)。MCU 322可以逆变从高压总线346接收的输入，并且向电动机328的绕组332-334提供相应的AC组件，以为电动机328供电并因此推动EV。
在该配置中，DC电压供应的高压总线346具有两个组件，第一组件沿着DC总线304从电池302直接供应(即，在电池电压下)，第二组件通过DC-DC转换器306供应，并且可以通过控制DC-DC转换器306来相应地控制。在某些时候，第二组件可能是不必要的，并且DC-DC转换器306可能不活动(并且二极管314可以提供DC总线304和高压总线346之间的连接)。在其他时候，来自DC-DC转换器306的输出电压可用于将提供给高压总线346的电压升压至高于电池电压。例如，当电动机328需要高压时，可以通过DC-DC转换器306的配置来增加转换器总线324上的电压来增加高压总线346上的电压(为了清楚起见，省略了通道352、354，但是要理解这些通道用于控制组件)。因此，可将大量电力直接从电池302传输到MCU 322(通过DC总线304)，可以以灵活的方式通过DC-DC转换器306提供附加电力。这种堆叠安排利用了直接连接的高效率和通过DC-DC转换器连接的灵活性。可以相应地确定DC-DC转换器306的尺寸，例如，以适应电动机328的最大功率的一小部分而不是适应电动机328的全部最大功率而确定尺寸。
可以看出，在充电模式(图3B)和驱动模式(图3C)下的不同时间使用许多相同的组件。模式之间的重新配置可以包括切换一个或多个开关(例如，开关316、317、320)。可以通过检测输入来触发重新配置。例如，当EV停放时，可以通过在AC端口340处检测到AC输入来触发充电模式。可由用户输入触发驱动模式(例如，在用户输入设备处选择“驱动”)。
图3D示出了包括充电模式和驱动模式步骤的方法示例。该方法包括接收交流电(AC)360，通过电动机和电机控制单元(MCU)362(例如，通过电动机328和MCU 322)将AC转换为第一直流(DC)电压，在DC-DC转换器364中(例如，在DC-DC转换器306中)将第一DC电压转换为第二DC电压，并且将第二DC电压提供给电池以给电池366充电。这些步骤可以在充电模式下执行，以在连接到AC功率时给电池充电。随后，可以断开AC功率，并且可以将配置改变为驱动模式，其中将电力从电池提供给电动机。该方法包括将来自电池的第三DC电压提供给DC-DC转换器368，在DC-DC转换器370中将第三DC电压转换为第四DC电压，并且将与来自DC-DC转换器的第四DC电压串联的来自电池的第三DC电压提供给MCU以为电动机372供电。例如，可以在DC总线304上提供第三DC电压，其与转换器总线324上的来自DC-DC转换器306的第四电压串联连接。
可以使用各种电路来实现DC-DC转换器306。图4A中示出了DC-DC转换器306的实现的示例。在该实施例中，DC-DC转换器306包括第一多电平功率转换器级476、变压器478和第二多电平功率转换器级480。电力可以通过这种DC-DC转换器以任一方向流动。
例如，在充电模式下，在图4A中电力可以从右向左流动。例如，可以由MCU 322在转换器总线324上提供第一DC电压。第二多电平功率转换器级480被配置为相应地产生AC信号(第一高频信号)并将其提供给变压器478。变压器478从第一高频信号产生第二高频信号，并将第二高频信号提供给第一多电平功率转换器级476。根据变压器478的绕组比，第一和第二高频信号可以处于不同电压。随后，第一多电平功率转换器级476从第二高频信号产生第二DC电压，并且在端子482上提供第二DC电压，其可以连接到电池302的电池端子。可以控制第二DC电压为适当的电压，以有效地给电池302充电。
在驱动模式下，第一端子482可以连接到电池(例如，电池302)，并且可以被供给来自电池的第三DC电压(电池电压)。第一多电平功率转换器级476被配置为产生来自第三DC电压的第三高频信号，并将第三高频信号提供给变压器478，其相应地产生第四高频信号。根据变压器478的绕组比，第三和第四高频信号可以处于不同电压。将第四高频信号提供给第二多电平功率转换器级480，其根据第四高频信号在转换器总线324上产生第四DC电压。由一个(或多个)变压器连接的多电平功率转换器级的组合提供了一个宽电压范围，使得这种DC-DC转换器可以适应各种电源并且可以在各种电池条件下运行。使用各种电路以形成多电平功率转换器级，并且使用一个或多个变压器，可以实现DC-DC转换器306的组件。
图4B示出了DC-DC转换器306的示例实施方式，其中第一多电平功率转换器级476(在该实施例中为三电平桥)包括串联连接在端子482之间的第一电容器484和第二电容器486。开关488、489、490、491也串联连接在端子482之间。电容器484、486连接到开关489、490。通过电容器494(谐振电容器)和电感器496(谐振电感器)，开关488和489连接到变压器478的第一绕组498。开关490和491也连接到变压器478的第一绕组498。变压器478包括与第一绕组498并联的电感器402(励磁电感器)。第二绕组404耦合到第一绕组498(例如，缠绕在公共磁芯上)。
电感器496、电感器402和电容器494代表LLC串联谐振转换器中的谐振电感、激励电感和谐振电容。在一个实施例中，在谐振频率附近运行LLC串联谐振转换器，这是非常有效的。在一个实施例中，通过在谐振频率附近运行获得零电压开关(ZVS)。ZVS是软开关技术的一个示例。软开关技术可以通过减少开关损耗来提高功率效率。
第二多电平功率转换器级480(在该实施例中为三电平桥)包括跨转换器总线324串联连接的第一电容器406和第二电容器408，其可以连接到MCU 322。开关410、411、412、413也跨转换器总线324串联连接。电容器406、408连接到开关411、412。开关410、411通过电容器416(谐振电容器)连接到变压器478的第二绕组404。开关412、413也连接到第二绕组404。
可以由任何合适的一个或多个设备来实现开关488-491和410-413。图4C提供了可用于开关488-491和410-413的开关420的示例实施方式。开关420包括晶体管422，具有跨其端子(集电极和发射极端子之间)连接的二极管424。晶体管422的基极端子可用于控制开关420，例如，可由处理器330控制。因此，串联连接的开关488-491和410-413可以包括一个开关的晶体管的集电极和相邻开关的晶体管的发射极之间的连接。
在宽电压范围内，控制开关488-491和410-413的切换提供有效的DC-DC转换。图4B示出了包括电感器496、402和电容器494、形成LLC转换器的DC-DC转换器306，这是具有谐振频率的谐振转换器的示例。处理器330可以以处于或接近谐振频率的频率切换开关488-491和410-413，从而提高效率。通常，多电平功率转换器级允许在不改变频率的情况下进行宽范围的电压转换，从而使频率可以保持在谐振频率附近的范围内(例如，在窄范围内，窄范围定义为谐振频率的1％、3％、5％或10％之内)。例如，当电池显著放电时，电池电压可能比标称电池电压低三分之一左右，例如，根据电池条件在270V-475V或240V-490V的DC电压范围内。转换器上的电压可以在50V-200V的DC电压范围内。
另一个问题是电池电压和DC输出电压可能具有宽范围，这可能导致转换器效率低于期望值(例如，以远离其谐振频率的频率运行谐振转换器)。针对谐振转换器的高压侧和低压侧使用多电平开关桥(例如，3电平开关桥)可以允许在宽电压范围内有效地运行这种转换器。在某些情况下，碳化硅(SiC)设备可用于功率转换器级(HF桥)，以提高效率并降低尺寸和重量。
图4D示出了使用双有源桥(DAB)拓扑(不同于图4B的LLC拓扑)的DC-DC转换器306的替代实施方式。图4B的实现中通用的组件使用相同的编号。第一多电平功率转换器级476(在该示例中为三电平桥)包括串联连接在端子482之间的第一电容器484和第二电容器486。开关488、489、490、491也串联连接在端子482之间。电容器484、486连接到开关489、490。开关488和489通过电感器430连接到变压器478的第一绕组498。开关490和491也连接到变压器478的第一绕组498。变压器478包括与第一绕组498并联的电感器402。第二绕组404耦合到第一绕组498(例如，缠绕在公共磁芯上)。
第二多电平功率转换器级480(三电平桥)包括跨转换器总线324串联连接的第一电容器406和第二电容器408，其可以连接到MCU 322。开关410、411、412、413也跨转换器总线324串联连接。电容器406、408连接到开关411、412。开关410、411连接到变压器478的第二绕组404。开关412、413也连接到第二绕组404。
可以由任何合适的一个或多个设备来实现开关488-491和410-413，例如，如图4C所示。在宽电压范围内，控制开关488-491和410-413的切换提供有效的DC-DC转换。图4D使出了作为双有源桥式转换器的DC-DC转换器306(包括第一多电平功率转换器级476中的第一桥和第二多电平功率转换器级480中的第二桥)，这是具有谐振频率的谐振转换器的示例。处理器330可以以处于或接近谐振频率的频率切换开关488-491和410-413，从而提高效率。通常，多电平功率转换器级允许在不改变频率的情况下进行宽范围的电压转换，从而使频率可以保持在谐振频率附近的范围内(例如，在窄范围内，窄范围定义为谐振频率的1％、3％、5％或10％之内)。
图4E示出了替代实施例，其在第一多电平功率转换器级476(三电平功率转换器级)中包括附加变压器和附加组件，并且具有用于中性点钳位(NPC)功率流控制(NPC)的第二功率转换器级436(PFC)。在该示例中，DC-DC转换器306被配置为LLC功率转换器(具有两个LLC电路)。以这种方式使用两个变压器有利于高功率(例如，超过20kW)的设计。
第一多电平功率转换器级476(在该实施例中为三电平桥)包括串联连接在端子482之间的第一电容器484和第二电容器486。开关488、489、490、491也串联连接，以在端子482之间形成第一臂，并且电容器484、486连接到开关489、490，如图4B所示。此外，开关440、441、442、443串联连接，以在端子482之间形成第二臂(即，与开关488-491和电容器484、486并联)，并且类似地连接到电容器484和486。
开关488和489通过电容器494和电感器496连接到变压器478(第一变压器)，并且开关490和491也连接到变压器478(在图4B中更详细地示出变压器478，包括连接到第一多电平功率转换器级476)。开关442和443通过电容器446和电感器448连接到变压器450(第二变压器或附加变压器)，并且开关444和441也连接到变压器450。因此，第一多电平功率转换器级476的每个臂连接到对应的变压器。变压器478和变压器450可以相同或基本相同，并且与第一多电平功率转换器级476的组件的耦合可以是相似的，从而形成两个相似的LLC电路。因此，两个LLC电路可以具有相同的谐振频率，并且可以并行运行以产生可以同相或异相(例如，偏移90度、180度或任何其他偏移)的高频AC输出。变压器478和变压器450的端子连接到第二功率转换器级436，其可以并联或串联连接变压器478和450。
第二功率转换器级436包括串联连接在转换器总线324的端子之间的开关452和453，具有通过它们之间的电容器416连接的变压器478的端子，以允许它们连接到转换器总线324的任一端子。第二功率转换器级436还包括串联连接在转换器总线324的端子之间的开关454和455，具有连接在它们之间的变压器478的另一个端子，以允许连接到转换器总线324的任一端子。变压器450的一个端子也(通过电容器460)连接在开关454和455之间。第二功率转换器级436还包括串联连接在转换器总线324的端子之间的开关456和457，并且具有连接在它们之间的变压器450的端子，以允许连接到转换器总线324的任一端子。电容器462也连接在转换器总线324的端子之间。第二功率转换器级436可以连接变压器478、450，从而串联或并联添加脉冲，以根据给定的输入电压产生不同的输出电压。
可以由任何合适的一个或多个设备来实现开关488-491、440-443和452-457(例如，如图4C所示)。在宽电压范围内，控制开关488-491、440-443和452-457的切换可以提供有效的DC-DC转换。例如，在端子482处提供的DC电压可以被开关488-491和440-443转换为两个高频信号。将这些高频信号提供(根据切换时序具有任何期望的相位差)到产生另外两个高频信号(例如，在不同电压下)的变压器478和450。这些高频信号可由开关452-457组合，以在转换器总线324上以不同电压电平的范围产生DC电压。高频信号可以并联或串联连接，以产生期望电压的DC输出。处理器330可以以处于或接近DC-DC转换器306的LLC电路的谐振频率的频率应用开关，从而提高效率。
可以以多种方式实现MCU。本技术的方面可以用包括图2D(其包括逆变器)和图2E(其包括逆变器和升压电路)的MCU设计的范围来实现。
图5示出了连接到电动机328的MCU 322的示例实施方式，其可以在上述任何示例中使用。MCU 322包括上述图2D所示的逆变器236和倍压器570。逆变器236包括跨高压总线346串联连接的开关244、245，并且具有在开关244和245之间的端子246。端子246连接到电动机328的第一绕组333。开关250、251跨高压总线346串联连接，具有位于开关250和251之间的端子252。端子252连接到电动机328的第二绕组332。开关258、259跨高压总线346串联连接，具有位于开关258和259之间的端子260。端子260连接到电动机328的第三绕组334。开关244、245、250、251、258、259可以以任何合适的方式形成，例如，使用具有连接在集电极和发射极端子之间的二极管的晶体管，如图4C所示。可以控制这类开关，以向电动机328的绕组提供适当的电压(例如，通过切换以将DC电压转换为提供给电动机328的AC电压)，并且还可与绕组332、333、334结合使用，以将在AC端口340处接收的AC电压转换为DC电压，其在高压总线346上输出，同时在高压总线346和AC端口340之间提供隔离。
倍压器570包括跨高压总线346串联连接的二极管572和573。电容器574和575也跨高压总线346串联连接。AC端口340(通过EMI滤波器338)连接到二极管572和573之间的节点578。例如，AC端口340的中性端子可以连接到节点578。开关580选择性地将节点578连接到节点582，其在电容器574和电容器575之间。通过选择性地闭合开关580(例如，在处理器330的控制下)，可以启用倍压器570的倍压(即，当开关580闭合时，启用倍压，而当开关580打开时，禁用倍压)。这为适应宽电压范围提供了附加的灵活性。例如，当在AC端口340处接收到较低的AC电压(例如，110伏)时，可以启用倍压器570，并且当在AC端口340处接收到较高的AC电压(例如，220伏)时，可以禁用倍压器570。在此使用倍压器570的效果是在两种情况下在高压总线346上提供相同的电压。在驱动模式下可以禁用倍压器570。
本技术的方面可以应用于各种布置的宽范围电动机(例如，EV中的多个电机)。此处示出了一些示例，但应当理解，这些示例并非限制性的，并且本技术适用于更多配置中的更多类型的电动机。
图6示出了连接到三相AC输入686的开式绕组电动机684的示例，其可以与本技术一起使用(例如，替换图3A的MCU 322和电动机328)。来自充电站等外部电源的三相AC输入686通过AC端口340和EMI滤波器338，并且三相连接到电动机684的绕组688、689、690的中点处的端子。MCU 692连接到绕组688、689、670的第一端(终止于图6的左侧)，同时MCU 694连接到绕组688、689、670的第二端(终止于图6的右侧)。MCU 692和MCU 694可以各自类似于MCU 322，其中两个MCU都并联连接到高压总线346。电容器696、698分别跨MCU 692、694的端子连接，与高压总线346连接。在运行中，绕组688-690和MCU 692、694整流三相AC输入686，以在高压总线346上提供DC电压，并且具有在高压总线346和三相AC输入686之间提供隔离的绕组688-690。
图7示出了电动机704的另一个示例，其在该实施例中是包括第一绕组706和第二绕组708的双绕组电动机。AC端口340(例如，来自家用AC插座)接收单相AC输入710，并且通过EMI滤波器338提供给第一绕组706和第二绕组708的中性节点。第一绕组706连接到MCU712，第二绕组708连接到MCU 714。MCU 712连接到高压总线346，具有跨其输出连接的电容器716。MCU 714与MCU 712并联连接到高压总线346，并且具有跨其输出连接的电容器718。在运行中，第一绕组706、第二绕组708和MCU 712、714整流单相AC输入710，以在高压总线346上提供DC电压，并且具有在高压总线346和AC输入710之间提供隔离的绕组706、708。
图8示出了包括电动机820和电动机822的两个电动机的实施例。电动机822连接到MCU 824，其可以连接到DC总线304和转换器总线324，类似于图3A的电动机328(即，组合开关318闭合且开关320打开，DC总线304和转换器总线324串联连接，使得MCU824接收DC总线304和转换器总线324上的电压之和)。通过AC端口340和EMI滤波器338，将单相AC输入342提供给电动机822的节点和电容器826、827之间的节点，其跨MCU 824的端子串联延伸。在该配置中，可由电动机822和MCU 824整流AC输入342，并且在组合开关318打开且开关320闭合的情况下，所得DC电压可提供在转换器总线324上，具有提供隔离的电动机822的绕组。
电动机820连接到MCU 830，其被示为通过组合开关318直接连接到DC总线304。因此，在驱动模式下，MCU 830可以从DC总线304接收电压(例如，电池电压)，同时MCU 824可以接收DC总线304和转换器总线324的电压之和的电压。这样，一个电动机可以利用直接连接的效率，同时另一个电动机具有通过堆叠DC总线304和转换器总线324提供的灵活性，以提供可变电压。在该实施例中，电动机820不用于充电模式。MCU 824提供足够的用于充电目的的功率(例如，20-40kW)。由于在充电模式下不需要MCU 830，因此在一些情况下可以通过MCU 830的开关在MCU 830内部实现开关320。开关320及其与DC总线304和处理器330的连接由虚线示出，以指示这些组件是可选的。在驱动模式下，MCU 830和MCU 824都用于提供更大的功率(例如，超过120kW或150kW)。因此，虽然使用了两个电动机，但它们的配置不同，并且在充电模式期间仅使用一个用于隔离。在其他示例中，可以以相同或不同的配置连接两个以上的电机。在某些情况下，可能由一个以上的电动机提供隔离。
本技术的方面不限于任何单一类型的电动机并且可以与不同的电动机设计一起使用，包括单绕组电机、双绕组电机和开式绕组电机以及任何数量的电机(相同类型或不同类型)。
出于本文档的目的，应当注意，附图中描绘的各特征的维度可能未必是按比例绘制的。
出于本文档的目的，说明书中提及的“实施例”、“一个实施例”、“一些实施例”或“另一实施例”可被用于描述不同实施例或相同实施例。
出于本文档的目的，连接可以是直接连接或间接连接(例如，通过一个或多个其它部分)。在一些情况下，当元件被称为被连接或耦合到另一元件时，该元件可以直接连接到该另一元件，或通过中间元件间接地连接到该另一元件。当元件被称为被直接连接到另一元件时，则在该元件与该另一元件之间不存在中间元件。如果两个设备直接或间接连接，以便它们可以在它们之间传输电子信号，那么它们就是“通信”。
出于本文档的目的，术语“基于”可读作“至少部分地基于”。
出于本文档的目的，在没有附加上下文的情况下，使用诸如“第一”对象、“第二”对象和“第三”对象之类的数值项可能不暗示对象排序，但可改为用于标识目的以标识不同的对象。
出于本文档的目的，对象术语的“集合”可以指一个或多个对象的“集合”。
虽然已经参考特定的特征和实施例对本公开进行了描述，但显然的是，可以在不脱离本公开的范围的前提之下，对本公开进行各种修改和组合。相应地，应当简单地将本说明书和附图认为是对所附权利要求所限定的本公开的示意，并且意在覆盖落入本公开的范围内的任何和所有修改、变型、组合或等同替换。
前述详细描述是出于说明和描述目的而呈现的。这并不旨在穷举或限制所要求保护的主题所公开的精确形式。鉴于上述教导，许多修改和变型都是可能的。选择所描述的实施方案以便最好地解释所公开的技术的原理和它的实际应用，进而使本领域的其他技术人员能够在各种实施方案中最好地使用所述技术，并且可以根据预期的特定用途而做出各种修改。范围由所附的权利要求进行定义。

Claims (20)

1.一种装置，包括：
电池；
连接到所述电池的直流(DC)总线；
连接到与所述DC总线并联的所述电池的DC-DC转换器；
连接在所述DC-DC转换器和电动机之间的电机控制单元(MCU)；
连接到所述电动机的交流(AC)端口；和
多个开关，以在驱动模式下将所述DC总线和所述DC-DC转换器的输出作为输入串联连接到所述MCU，并在充电模式下断开所述DC总线与所述MCU的连接。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，在驱动模式下，所述MCU接收电压，所述电压是所述DC总线上的电压和来自所述DC-DC转换器的可配置电压之和，所述可配置电压选自电压范围。
3.根据权利要求1-2中任一项所述的装置，其中，在所述充电模式下，来自所述AC端口的AC被所述电动机和所述MCU整流以产生第一DC电压，所述第一DC电压被DC-DC转换器转换为第二DC电压，所述第二DC电压被提供以给所述电池充电。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的装置，其中，所述DC-DC转换器包括连接到所述电池的第一多电平功率转换器级、连接到所述MCU的第二多电平功率转换器级以及连接到所述第一多电平功率转换器级和所述第二多电平功率转换器级的变压器。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的装置，其中，所述DC-DC转换器是具有谐振频率的谐振转换器，所述DC-DC转换器由处理器控制以在所述谐振频率附近的狭窄范围内运行。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的装置，其中，所述DC-DC转换器包括连接到桥的第一臂的第一变压器和连接到所述桥的第二臂的第二变压器，所述第一臂与所述第二臂并联连接。
7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述DC-DC转换器包括多个开关，以串联模式串联和并联模式并联连接所述第一变压器和所述第二变压器的输出。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的装置，其中，所述MCU包括连接到所述电动机的第一绕组的第一节点、连接到所述电动机的第二绕组的第二节点以及连接到所述电动机的第三绕组的第三节点，所述第一、第二和第三节点中的每一个通过开关连接到第一端子和第二端子，所述开关可操作以在所述驱动模式下逆变在所述第一和第二端子处接收的DC电压，并整流在所述充电模式下所述第一、第二和第三电机绕组接收到的AC电压。
9.根据权利要求8所述的装置，还包括连接在所述第一端子和所述第二端子之间的倍压器。
10.根据权利要求9所述的装置，其中，所述倍压器包括连接在所述第一端子和所述第二端子之间的串联连接的二极管、在所述第一端子和所述第二端子之间与所述串联连接的二极管并联连接的串联连接的电容器、在连接到所述AC端口的中性端的所述串联连接的二极管之间的第一节点，在串联连接的电容器之间的第二节点，以及连接在所述第一节点和所述第二节点之间的开关，以选择性地启用倍压。
11.根据权利要求1-10中任一项所述的装置，还包括与所述MCU并联连接的附加MCU，连接到所述电动机的一组绕组的所述MCU，连接到所述电动机的绕组的附加组的所述附加MCU，所述AC端口的第一端子连接到所述一组绕组的中性端，并且所述AC端口的第二端子连接到所述绕组的附加组的中性端。
12.根据权利要求1-10中任一项所述的装置，还包括与所述MCU并联连接的附加MCU，连接到所述电动机的绕组的第一端的所述MCU，连接到所述电动机的绕组的第二端的所述附加MCU，连接到所述电动机的第一绕组的中点的所述AC端口的第一端子，连接到所述电动机的第二绕组的中点的所述AC端口的第二端子，以及连接到所述电动机的第三绕组的中点的所述AC端口的第三端。
13.一种方法，包括：
接收交流电(AC)；
通过电动机和电机控制单元(MCU)将所述AC转换为第一直流(DC)电压；
在DC-DC转换器中将所述第一DC电压转换为第二DC电压；
将所述第二DC电压提供给电池，以给所述电池充电；
将来自所述电池的第三DC电压提供给所述DC-DC转换器；
在所述DC-DC转换器中将所述第三DC电压转换为第四DC电压；并且
将与来自所述DC-DC转换器的第四DC电压串联的来自所述电池的第三DC电压提供给所述MCU以为所述电动机供电。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括：
在将所述第一DC电压转换为所述第二DC电压的同时，控制所述DC-DC转换器将所述第二DC电压维持在电池充电范围内；以及
在将所述第三DC电压转换为所述第四DC电压的同时，根据所述电动机的要求控制所述DC-DC转换器。
15.根据权利要求13-14中任一项所述的方法，其中，将所述第一DC电压转换为所述第二DC电压并且将所述第三DC电压转换为所述第四DC电压包括在具有谐振频率的谐振转换器中进行转换，所述方法还包括在所述谐振频率附近的频率范围内运行所述谐振转换器。
16.根据权利要求13-15中任一项所述的方法，还包括在接收到所述AC时的充电模式和在为所述电动机供电时的驱动模式之间使用多个开关重新配置，所述多个开关连接所述电池和所述MCU之间的DC总线，以在所述驱动模式下提供与来自所述DC-DC转换器的所述第四DC电压串联的来自所述电池的所述第三DC电压，并在所述充电模式下断开所述DC总线与所述MCU的连接。
17.根据权利要求13-16中任一项所述的方法，其中，通过所述电动机和MCU将所述AC转换为所述第一DC电压包括使所述AC的至少一个组件通过所述电动机的一个或多个绕组以提供AC电源和所述电池之间的隔离。
18.一种电动车，包括：
电池；
推动所述电动车的电动机；
连接到所述电池的直流(DC)总线；
连接到与所述DC总线并联的所述电池的DC-DC转换器；
连接在所述DC-DC转换器和所述电动机之间的电机控制单元(MCU)；
通过所述电动机的一个或多个绕组连接到所述MCU的交流(AC)端口；以及
多个开关，以在驱动模式下串联连接所述DC总线和所述DC-DC转换器的输出，以将所述DC总线和DC-DC转换器的组合电压作为输入提供给所述MCU，将所述DC总线从所述MCU断开，并在充电模式下将所述MCU的输出电压提供给所述DC-DC转换器。
19.根据权利要求18所述的电动车，还包括处理器，所述处理器被配置为控制所述DC-DC转换器中的开关，以调节所述DC-DC转换器的输出，使得所述DC总线和所述DC-DC转换器的组合电压匹配所述电动机的要求。
20.根据权利要求19所述的电动车，其中，所述DC-DC转换器包括具有谐振频率的谐振转换器，所述处理器被配置为在所述谐振频率附近的频率范围内控制所述DC-DC转换器中的开关。
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