能量转换装置和车辆的制作方法

本发明涉及车辆，特别涉及一种能量转换装置和车辆。

背景技术：

1、电动车在低温环境下使用时，会有充电时间长、低温续航里程衰减和低温情况车辆启动时动力不足的问题；而目前对电池进行加热的方式主要分为两种：外部加热和内部加热。外部加热主要是通过热传导或热对流的途径实现，通过液热板或加热膜等在外部对电池进行加热，但该方式加热效率较低，加热速度较慢。内部加热是指电芯自加热，直接在电池内部产生热量，故其加热效率更高，加热速度更快。

2、现有电池自加热方案，主要是通过控制电机控制器让电池与电机发生弱短路，电池在高压回路形成的脉冲电流作用下迅速加热，现有方案需要复用电机控制器和电机不断进行脉冲充放电，仅能用于充电前和行驶前的车辆静止工况，具有一定的局限性。

技术实现思路

1、本发明的主要目的是提出一种能量转换装置，旨在实现在多种工况下对电池组进行自加热。

2、为实现上述目的，本发明提出的能量转换装置包括：

3、电池连接电路，包括用于连接电池组的电池正极连接端、电池负极连接端、电池中间连接端以及中间开关、主正开关和主负开关，所述电池组包括串联连接的第一电池组和第二电池组，所述电池中间连接端与所述第一电池组和所述第二电池组的中间点连接，所述主正开关的第一端与所述电池正极连接端连接，所述主负开关的第一端与所述电池负极连接端连接，所述中间开关的第一端与所述电池中间连接端连接；

4、电机模块，包括逆变器和电机绕组，所述逆变器的第一汇流端与所述主正开关的第二端连接，所述逆变器的第二汇流端与所述主负开关的第二端连接，所述电机绕组包括三相绕组，三相绕组的第一端相互连接，三相绕组的第二端与逆变器的三相桥臂的中性点一一对应连接，所述中间开关的第二端与三相绕组中任意一相的第二端连接或与三相绕组的第一端连接；

5、充配电模块，具有用于连接外部设备的正极端和负极端，所述充配电模块的正极端与所述电池正极连接端或者与所述主正开关的第二端连接，所述充配电模块的负极端与所述电池负极连接端或所述主负开关的第二端连接，所述充配电模块的负极端还与三相绕组中任意一相的第二端连接或与三相绕组的第一端连接；

6、控制器，用于根据与工作模式对应的控制信号对所述充配电模块、电池连接电路和电机模块进行控制，以使所述能量转换装置运行对应的工作模式，并在每一个工作模式下对电池组进行加热；所述工作模式包括用于使电池向电机进行供电的电机驱动模式、用于使外部设备向电池进行充电的直接充电模式或升压充电模式、用于使电池向外部设备进行充电的降压放电模式以及用于使电池加热的电池脉冲充放电加热模式中的至少一个。

7、可选地，所述控制器用于在接收到所述电池脉冲充放电加热模式的控制信号时，控制所述电池连接电路所述充配电模块和所述电机模块对电池组进行加热。

8、可选地，所述第一电池组串联连接于所述电池正极连接端和所述电池中间连接端之间，所述第二电池组串联连接于所述电池负极连接端和所述电池中间连接端之间，所述充配电模块的负极端和所述中间开关的第二端与三相绕组中任意一相的第二端连接；

9、或者，所述充配电模块包括快充正开关、快充负开关和升压开关，所述快充正开关连接于所述充配电模块的正极端和外部设备之间，所述快充负开关连接于所述充配电模块的负极端和所述电池负极连接端之间，所述升压开关连接于所述充配电模块的负极端和三相绕组中任意一相的第二端或与三相绕组的第一端之间，所述控制器用于在接收到所述电池脉冲充放电加热模式的控制信号时，控制所述快充正开关、所述快充负开关和所述升压开关断开。

10、可选地，所述电池脉冲充放电加热模式包括：

11、第一储能阶段，所述控制器控制所述逆变器的第一上桥臂开关导通，控制所述逆变器其余的桥臂开关断开；以及控制所述主正开关和所述中间开关导通，控制所述主负开关断开；

12、所述第一上桥臂开关为未与所述中间开关的第二端连接的两相绕组对应的两个上桥臂开关中的任意一个或者两个；和/或，

13、第一放能阶段，所述控制器控制所述逆变器的第一下桥臂开关导通，控制所述逆变器其余的桥臂开关断开，或者控制所述逆变器所有的桥臂开关断开；以及控制所述主负开关和所述中间开关导通，控制所述主正开关断开；

14、所述第一下桥臂开关与所述第一上桥臂开关连接于同一相绕组；和/或，

15、第二储能阶段，所述控制器控制所述逆变器的第一下桥臂开关导通，控制所述逆变器其余的桥臂开关断开；以及控制所述主负开关和所述中间开关导通，控制所述主正开关断开；

16、所述第一下桥臂开关与所述第一上桥臂开关连接于同一相绕组；和/或，

17、第二放能阶段，所述控制器控制所述逆变器在第一储能阶段导通的上桥臂开关导通，控制所述逆变器其余的桥臂开关断开；以及控制所述主正开关和所述中间开关导通，控制所述主负开关断开。

18、可选地，所述第一电池组串联连接于所述电池正极连接端和所述电池中间连接端之间，所述第二电池组串联连接于所述电池负极连接端和所述电池中间连接端之间，所述充配电模块的负极端和所述中间开关的第二端与三相绕组的第一端连接；

19、或者，所述充配电模块包括快充正开关、快充负开关和升压开关，所述快充正开关连接于所述充配电模块的正极端和外部设备之间，所述快充负开关连接于所述充配电模块的负极端和所述电池负极连接端之间，所述升压开关连接于所述充配电模块的负极端和三相绕组中任意一相的第二端或与三相绕组的第一端之间，所述控制器用于在接收到所述电池脉冲充放电加热模式的控制信号时，控制所述快充正开关、所述快充负开关和所述升压开关断开。

20、可选地，所述电池脉冲充放电加热模式包括：

21、第一储能阶段，所述控制器控制所述逆变器的至少一个上桥臂开关导通，控制所述逆变器其余的桥臂开关断开；以及控制所述主正开关和所述中间开关导通，控制所述主负开关断开；和/或，

22、第一放能阶段，所述控制器控制与所述逆变器在第一储能阶段导通的上桥臂开关同一相绕组的下桥臂开关导通，控制所述逆变器其余的桥臂开关断开，或者控制所述逆变器所有的桥臂开关断开；以及控制所述主负开关和所述中间开关导通，控制所述主正开关断开；和/或，

23、第二储能阶段，所述控制器控制与所述逆变器在第一储能阶段导通的上桥臂开关同一相绕组的下桥臂开关导通，控制所述逆变器其余的桥臂开关断开；以及控制所述主负开关和所述中间开关导通，控制所述主正开关断开；和/或，

24、第二放能阶段，所述控制器控制所述逆变器在第一储能阶段导通的上桥臂开关导通，控制所述逆变器其余的桥臂开关断开，或者控制所述逆变器所有的桥臂开关断开；以及控制所述主正开关和所述中间开关导通，控制所述主负开关断开。

25、可选地，所述控制器还用于在接收到所述直接充电模式的控制信号时，控制所述充配电模块将外部设备的电源通过所述电池连接电路输出给电池组进行充电，并且对电池组进行加热。

26、可选地，所述第一电池组串联连接于所述电池正极连接端和所述电池中间连接端之间，所述第二电池组串联连接于所述电池负极连接端和所述电池中间连接端之间，所述充配电模块的负极端和中间开关的第二端与三相绕组中任意一相的第二端连接。

27、可选地，所述直接充电模式包括：

28、第三储能阶段，所述控制器控制所述逆变器的第一上桥臂开关导通，控制所述逆变器其余的桥臂开关断开；以及控制所述主正开关和所述中间开关分别导通，控制所述主负开关断开；

29、所述第一上桥臂开关为未与所述中间开关的第二端连接的两相绕组对应的两个上桥臂开关中的任意一个或者两个；和/或，

30、第三放能阶段，所述控制器控制所述逆变器的第一下桥臂开关导通，控制所述逆变器其余的桥臂开关断开，或者控制所述逆变器所有的桥臂开关断开；以及控制所述中间开关和所述主负开关导通，控制所述主正开关断开；

31、所述第一下桥臂开关与所述第一上桥臂开关连接于同一相绕组；和/或，

32、第四储能阶段，所述控制器控制所述逆变器的第一下桥臂开关导通，控制所述逆变器其余的桥臂开关断开；以及控制所述中间开关和所述主负开关导通，控制所述主正开关断开；

33、所述第一下桥臂开关与所述第一上桥臂开关连接于同一相绕组；和/或，

34、第四放能阶段，所述控制器控制所述逆变器在第三储能阶段导通的上桥臂开关导通，控制所述逆变器其余的桥臂开关断开，或者控制所述逆变器所有的桥臂开关断开；以及控制所述中间开关和所述主正开关导通，控制所述主负开关断开。

35、可选地，所述第一电池组串联连接于所述电池正极连接端和所述电池中间连接端之间，所述第二电池组串联连接于所述电池负极连接端和所述电池中间连接端之间，所述充配电模块的负极端和所述中间开关的第二端与三相绕组的第一端连接。

36、可选地，所述直接充电模式包括：

37、第三储能阶段，所述控制器控制所述逆变器的至少一个上桥臂开关导通，控制所述逆变器其余的桥臂开关断开；以及控制所述主正开关和所述中间开关分别导通，控制所述主负开关断开；和/或，

38、第三放能阶段，所述控制器控制与所述逆变器在第三储能阶段导通的上桥臂开关同一相绕组的下桥臂开关导通，控制所述逆变器其余的桥臂开关断开，或者控制所述逆变器所有的桥臂开关断开；以及控制所述中间开关和所述主负开关导通，控制所述主正开关断开；和/或，

39、第四储能阶段，所述控制器控制与所述逆变器在第三储能阶段导通的上桥臂开关同一相绕组的下桥臂开关导通，控制所述逆变器其余的桥臂开关断开；以及控制所述快充正开关、所述快充负开关、所述中间开关和所述主负开关导通，控制所述主正开关和所述电容开关断开；和/或，

40、第四放能阶段，所述控制器控制所述逆变器在第三储能阶段导通的上桥臂开关导通，控制所述逆变器其余的桥臂开关断开，或者控制所述逆变器所有的桥臂开关断开；以及控制所述快充正开关、所述快充负开关、所述中间开关和所述主正开关导通，控制所述主负开关和所述电容开关断开。

41、可选地，所述控制器用于在接收到所述电机驱动模式的控制信号时，控制所述充配电模块停止工作，以将电池组输出的电压通过所述电池连接电路输出给所述电机绕组，并且对电池组进行加热。

42、可选地，所述第一电池组串联连接于所述电池正极连接端和所述电池中间连接端之间，所述第二电池组串联连接于所述电池负极连接端和所述电池中间连接端之间，所述充配电模块的负极端和中间开关的第二端与三相绕组中任意一相的第二端连接；

43、或者，所述充配电模块还包括快充正开关、快充负开关和升压开关，所述快充正开关连接于所述充配电模块的正极端和外部设备之间，所述快充负开关连接于所述充配电模块的负极端和所述电池负极连接端之间，所述升压开关连接于所述充配电模块的负极端和三相绕组中任意一相的第二端或与三相绕组的第一端之间，所述控制器用于在接收到所述电机驱动模式的控制信号时，控制所述快充正开关、所述快充负开关和所述升压开关断开。

44、可选地，所述电机驱动模式包括：

45、第五储能阶段，所述控制器控制所述逆变器的第一上桥臂开关和第二下桥臂开关导通，控制所述逆变器其余的桥臂开关断开；以及控制所述中间开关、所述主正开关和所述主负开关分别导通；

46、所述第一上桥臂开关为未与所述中间开关的第二端连接的两相绕组对应的两个上桥臂开关中的任意一个，所述第二下桥臂开关为未与所述中间开关的第二端连接的两相绕组中与所述第一上桥臂开关不在同一相绕组的下桥臂开关；和/或，

47、第五放能阶段，所述控制器控制所述逆变器的第一下桥臂开关和第二下桥臂开关导通，控制所述逆变器其余的桥臂开关断开，或者控制第二下桥臂开关导通，控制所述逆变器其余的桥臂开关断开；以及控制所述中间开关和所述主负开关导通，控制所述主正开关断开；

48、所述第一下桥臂开关与所述第一上桥臂开关连接于同一相绕组，所述第二下桥臂开关为第五储能阶段中的第二下桥臂开关；和/或，

49、第六储能阶段，所述控制器控制所述逆变器的第一下桥臂开关和第二上桥臂开关导通，控制所述逆变器其余的桥臂开关断开；以及控制所述中间开关、所述主正开关和所述主负开关分别导通；

50、所述第一下桥臂开关与所述第一上桥臂开关连接于同一相绕组，所述第二上桥臂开关与第五储能阶段中的第二下桥臂开关连接于同一相绕组；和/或，

51、第六放能阶段，所述控制器控制所述逆变器的第一上桥臂开关和第二上桥臂开关导通，控制所述逆变器其余的桥臂开关断开，或者控制第二上桥臂开关导通，控制所述逆变器其余的桥臂开关断开；以及控制所述中间开关和所述主正开关导通，控制所述主正开关断开；

52、所述第一上桥臂开关为第五储能阶段导通的第一上桥臂开关，第二上桥臂为第五储能阶段导通的第二上桥臂开关。

53、可选地，所述第一电池组串联连接于所述电池正极连接端和所述电池中间连接端之间，所述第二电池组串联连接于所述电池负极连接端和所述电池中间连接端之间，所述充配电模块的负极端和所述中间开关的第二端与三相绕组的第一端连接；

54、或者，所述充配电模块还包括快充正开关、快充负开关和升压开关，所述快充正开关连接于所述充配电模块的正极端和外部设备之间，所述快充负开关连接于所述充配电模块的负极端和所述电池负极连接端之间，所述升压开关连接于所述充配电模块的负极端和三相绕组中任意一相的第二端或与三相绕组的第一端之间，所述控制器用于在接收到所述电机驱动模式的控制信号时，控制所述快充正开关、所述快充负开关和所述升压开关断开。

55、可选地，所述电机驱动模式包括：

56、第五储能阶段，所述控制器控制所述逆变器的第一上桥臂开关和第二下桥臂开关导通，控制所述逆变器其余的桥臂开关断开；以及控制所述中间开关、所述主正开关和所述主负开关分别导通；

57、所述第一上桥臂开关为三相绕组对应的三个上桥臂开关中的任意一个，所述第二下桥臂开关为与所述第一上桥臂开关不在同一相绕组的两个下桥臂开关中的至少一个；和/或，

58、第五放能阶段，所述控制器控制所述逆变器的第一下桥臂开关和第二下桥臂开关导通，控制所述逆变器其余的桥臂开关断开，或者控制第二下桥臂开关导通，控制所述逆变器其余的桥臂开关断开；以及控制所述中间开关和所述主负开关导通，控制所述主正开关断开；

59、所述第一下桥臂开关与所述第一上桥臂开关连接于同一相绕组，所述第二下桥臂开关为与所述第一上桥臂开关不在同一相绕组的两个下桥臂开关中的至少一个；和/或，

60、第六储能阶段，所述控制器控制所述逆变器的第一下桥臂开关和第二上桥臂开关导通，控制所述逆变器其余的桥臂开关断开；以及控制所述中间开关、所述主正开关和所述主负开关分别导通

61、所述第二上桥臂开关为与所述第一上桥臂开关不在同一相绕组的两个上桥臂开关中的至少一个，所述第一下桥臂开关与所述第一上桥臂开关连接于同一相绕组；和/或，

62、第六放能阶段，所述控制器控制所述逆变器的第一上桥臂开关和第二上桥臂开关导通，控制所述逆变器其余的桥臂开关断开，或者控制第二上桥臂开关导通，控制所述逆变器其余的桥臂开关断开；以及控制所述中间开关和所述主正开关导通，控制所述主正开关断开；

63、所述第一上桥臂开关为第五储能阶段中的第一上桥臂开关，所述第二上桥臂开关为与所述第一上桥臂开关不在同一相绕组的两个上桥臂开关中的至少一个。

64、可选地，所述控制器用于在接收到所述升压充电模式的控制信号时，控制所述充配电模块将外部设备的电源通过所述电池连接电路输出给电池组进行充电，并且对电池组进行加热。

65、可选地，所述控制器用于在接收到所述降压放电模式的控制信号时，控制所述充配电模块将电池组的电源输出给外部设备进行充电，并且对电池组进行加热。

66、可选地，所述第一电池组串联连接于所述电池正极连接端和所述电池中间连接端之间，所述第二电池组串联连接于所述电池负极连接端和所述电池中间连接端之间，所述充配电模块包括快充正开关、快充负开关、升压开关、第一电容和电容开关，所述快充正开关连接于所述充配电模块的正极端和外部设备之间，所述快充负开关连接于所述充配电模块的负极端和所述电池负极连接端之间，所述升压开关连接于所述充配电模块的负极端和三相绕组中任意一相的第二端或与三相绕组的第一端之间，所述电容开关和所述第一电容依次串联连接于所述快充正开关和所述快充负开关之间，所述充配电模块的负极端和中间开关的第二端与三相绕组中任意一相的第二端连接。

67、可选地，所述升压充电模式和所述降压放电模式包括：

68、第七储能阶段，所述控制器控制所述逆变器的第一上桥臂开关导通，控制所述逆变器其余的桥臂开关断开；以及控制所述中间开关、所述快充正开关所述升压开关和所述主正开关导通，控制所述快充负开关、所述电容开关、和所述主负开关断开；

69、所述第一上桥臂开关为未与所述中间开关的第二端连接的两相绕组对应的两个上桥臂开关中的任意一个或者两个；和/或，

70、第七放能阶段，所述控制器控制所述逆变器的第一下桥臂开关导通，控制所述逆变器其余的桥臂开关断开，或者控制所述逆变器所有的桥臂开关断开；以及控制所述中间开关、所述快充正开关、所述升压开关和所述主负开关导通，控制所述快充负开关、所述电容开关和所述主正开关断开；

71、所述第一下桥臂开关与所述第一上桥臂开关连接于同一相绕组；和/或，

72、第八储能阶段，所述控制器控制所述逆变器的第一下桥臂开关导通，控制所述逆变器其余的桥臂开关断开；以及控制所述中间开关、所述快充正开关、所述升压开关和所述主负开关导通，控制所述快充负开关、所述电容开关和所述主正开关断开；

73、所述第一下桥臂开关与所述第一上桥臂开关连接于同一相绕组；和/或，

74、第八放能阶段，所述控制器控制所述逆变器在第七储能阶段导通的第一上桥臂开关导通，控制所述逆变器其余的桥臂开关断开，或者控制所述逆变器所有的桥臂开关断开；以及控制所述中间开关、所述快充正开关、所述升压开关和所述主正开关导通，控制所述快充负开关、所述电容开关和所述主正开关断开。

75、可选地，所述第一电池组串联连接于所述电池正极连接端和所述电池中间连接端之间，所述第二电池组串联连接于所述电池负极连接端和所述电池中间连接端之间，所述充配电模块包括快充正开关、快充负开关、升压开关、第一电容和电容开关，所述快充正开关连接于所述充配电模块的正极端和外部设备之间，所述快充负开关连接于所述充配电模块的负极端和所述电池负极连接端之间，所述升压开关连接于所述充配电模块的负极端和三相绕组中任意一相的第二端或与三相绕组的第一端之间，所述电容开关和所述第一电容依次串联连接于所述快充正开关和所述快充负开关之间，所述充配电模块的负极端和所述中间开关的第二端与三相绕组的第一端连接。

76、可选地，所述升压充电模式和所述降压放电模式包括：

77、第七储能阶段，所述控制器控制所述逆变器的至少一个上桥臂开关导通，控制所述逆变器其余的桥臂开关断开；以及控制所述中间开关、所述快充正开关、所述升压开关和所述主正开关导通，控制所述快充负开关、所述电容开关和所述主负开关断开；和/或，

78、第七放能阶段，所述控制器控制与所述逆变器在第七储能阶段导通的上桥臂开关同一相绕组的下桥臂开关导通，控制所述逆变器其余的桥臂开关断开，或者控制所述逆变器所有的桥臂开关断开；以及控制所述中间开关、所述快充正开关、所述升压开关和所述主负开关导通，控制所述快充负开关、所述电容开关和所述主正开关断开；和/或，

79、第八储能阶段，所述控制器控制与所述逆变器在第七储能阶段导通的上桥臂开关同一相绕组的下桥臂开关导通，控制所述逆变器其余的桥臂开关断开；以及控制所述中间开关、所述快充正开关和所述主负开关导通，控制所述快充负开关、所述升压开关、所述电容开关和所述主正开关断开；和/或，

80、第八放能阶段，所述控制器控制与所述逆变器在第七储能阶段导通的上桥臂开关导通，控制所述逆变器其余的桥臂开关断开，或者控制所述逆变器所有的桥臂开关断开；以及控制所述中间开关、所述快充正开关、所述升压开关和所述主正开关导通，控制所述快充负开关、所述电容开关和所述主正开关断开。

81、可选地，所述充配电模块还包括升压开关，所述升压开关的第一端与三相绕组中任意一相的第二端连接或与三相绕组的第一端连接，所述升压开关的第二端与所述充配电模块的负极端连接，所述中间开关的第二端与所述升压开关的第一端连接；

82、所述工作模式包括用于使电池向电机进行供电的电机驱动模式、用于使外部设备向电池进行充电的直接充电模式或升压充电模式、用于使电池向外部设备进行充电的降压放电模式以及用于使电池加热的电池脉冲充放电加热模式中的至少一个。

83、可选地，所述充配电模块还包括升压开关，所述升压开关的第一端与三相绕组中任意一相的第二端连接或与三相绕组的第一端连接，所述升压开关的第二端与所述充配电模块的负极端连接，所述中间开关的第二端与所述升压开关的第二端连接；

84、所述工作模式包括用于使电池向电机进行供电的电机驱动模式、用于使外部设备向电池进行充电的升压充电模式、用于使电池向外部设备进行充电的降压放电模式以及用于使电池加热的电池脉冲充放电加热模式中的至少一个。

85、可选地，所述充配电模块还包括第一电感，所述第一电感串联连接于所述三相绕组中一相的第二端或者所述三相绕组的第一端和所述充配电模块的负极端之间。

86、可选地，所述能量转换装置还包括预充开关、第一电阻、主保险丝和分流器；所述主保险丝的第一端和所述分流器的第一端与所述第一接口连接，所述主保险丝的第二端、所述主正开关的第一端和所述第一电阻的第一端连接，所述第一电阻的第二端与所述预充开关的第一端连接，所述第一开关模块的第二端和所述预充开关的第二端连接，所述分流器的第二端与所述第一开关模块的第一端连接。

87、本发明还提出一种车辆，包括电池模块及如上所述的能量转换装置，所述电池模块的正极与所述能量转换装置中的电池正极连接端连接，所述电池模块的负极与所述能量转换装置中的电池负极连接端连接。

88、本发明通过电池连接电路、电机模块、充配电模块和控制器构成的能量转换装置，可以对充电设备的输出电压或者车辆的输出电压进行能量转换，从而将外部设备输出的电压进行转换后输出给车辆中的电池充电，或者将车辆中电池输出的电压进行转换后输出给外部设备充电，并且在不同模式下进行能量转换的同时，还能够对电池组进行加热，从而保证车辆在静止或者行驶状态下都能够进行电池组的自加热，进一步提高电池组加热速率，在更短的时间内将电池从低温提高到常温，进而缩短充电等待时间以及缓解续航里程的下降问题。通过改变充配电模块的正极端和负极端与电池连接电路中电池正极连接端、电池负极连接端、主正开关和主负开关的连接关系，或者改变中间开关的第二端与三相绕组的第一端和第二端的连接关系，也可以形成不同结构的能量转换装置，适用于不同的场景。