车辆、能量转换装置及其控制方法与流程

1.本技术涉及车辆技术领域，尤其涉及一种车辆、能量转换装置及其控制方 法。


背景技术：

2.随着新能源的广泛使用，电池包可作为动力源应用在各个领域中。电池包 作为动力源使用的环境不同，电池包的性能也会受到影响。比如，在低温环境 下的电池包的性能较常温会产生较大程度的降低。例如，在零点温度下电池包 的放电容量会随温度的降低而降低。在-30℃的条件下，电池包的放电容量基本 为0，导致电池包无法使用。为了能够在低温环境下使用电池包，需要在使用 电池包之前对电池包进行预热。


技术实现要素：

3.本技术的目的在于提供一种车辆、能量转换装置及其控制方法，可以通过 控制器桥臂变换器实现驻车加热和行车加热，并且实现提升电池包的加热速度。
4.本技术是这样实现的，本技术第一方面提供一种能量转换装置，所述能量 转换装置包括：
5.桥臂变换器，所述桥臂变换器的各路桥臂的第一端共接形成第一汇流端， 所述桥臂变换器的各路桥臂的第二端共接形成第二汇流端；
6.母线电容，所述母线电容的第一端与所述第一汇流端连接，所述母线电容 的第二端与所述第二汇流端连接；
7.电机，所述电机的电机绕组的第一端与所述桥臂变换器连接，所述电机绕 组的第二端共接形成中性点并与电池包的第一极性端连接，所述电池包的第二 极性端连接所述桥臂变换器的第二汇流端；
8.控制器，所述控制器用于当处于驻车加热模式时控制所述桥臂变换器中至 少一相桥臂使所述母线电容与所述电池包进行充电和放电，以实现对所述电池 包的加热；
9.所述控制器还用于当处于行车加热模式时，控制所述桥臂变换器中至少一 相桥臂使所述母线电容与所述电池包进行充电和放电，以使所述电池包的内阻 产生热量以及使所述电机输出扭矩。
10.本技术第二方面提供一种基于第一方面所述的能量转换装置的控制方法， 所述控制方法包括：
11.当处于驻车加热模式时，控制所述桥臂变换器中至少一相桥臂使所述母线 电容与所述电池包进行充电和放电，使所述电池包的内阻产生热量，以实现对 所述电池包的加热；
12.当处于行车加热模式时，控制所述桥臂变换器中至少一相桥臂使所述母线 电容与所述电池包进行充电和放电，使所述电池包的内阻产生热量以及使所述 电机输出扭矩。
13.本技术第三方面提供一种车辆，包括第一方面所述的能量转换装置。
14.本技术技术方案提供一种车辆、能量转换装置及其控制方法，能量转换装 置包括
桥臂变换器、母线电容、电机、电池包，当处于驻车加热模式时控制桥 臂变换器中至少一相桥臂使母线电容与电池包进行充电和放电，以实现对电池 包的加热，当处于行车加热模式时，控制桥臂变换器中至少一相桥臂使母线电 容与电池包进行充电和放电，以使电池包的内阻产生热量以及使电机输出扭矩， 通过控制桥臂变换器使电池包对母线电容的放电过程与母线电容对电池包的充 电过程交替进行进而实现电池包的升温，使母线电容参与充放电的过程，避免 了电池包放电时会有大量电流从母线电容经过，使得流经电池包的电流大幅度 下降，进而使电池包的加热速度也会严重变慢的问题，提升了电池包的加热效 率，同时既可以实现驻车加热，又可以实现行车加热，实现了车辆在不同运行 状态下的加热。
附图说明
15.为了更清楚地说明本技术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 仅是本技术的一些实施例，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。
16.图1是本技术实施例一提供的一种能量转换装置的电路图；
17.图2是本技术实施例一提供的一种能量转换装置的另一电路图；
18.图3是本技术实施例一提供的一种能量转换装置的另一电路图；
19.图4是本技术实施例一提供的一种能量转换装置的控制方法的流程图；
20.图5是本技术实施例一提供的一种能量转换装置的控制方法中的步骤s20 的流程图；
21.图6是本技术实施例一提供的一种能量转换装置的电流流向图；
22.图7是本技术实施例一提供的一种能量转换装置的电流流向图；
23.图8是本技术实施例一提供的一种能量转换装置的电流流向图；
24.图9是本技术实施例一提供的一种能量转换装置的电流流向图；
25.图10是本技术实施例一提供的一种能量转换装置的另一电路图；
26.图11是本技术实施例一提供的一种能量转换装置的电流波形图；
27.图12是本技术实施例一提供的一种能量转换装置的控制方法的流程图；
28.图13是本技术实施例一提供的一种能量转换装置的控制方法中的步骤 s201的流程图；
29.图14是本技术实施例一提供的一种能量转换装置的控制方法中的步骤 s212的流程图；
30.图15是本技术实施例一提供的一种能量转换装置的pwm控制信号波形图；
31.图16是本技术实施例一提供的一种能量转换装置的控制方法中的步骤s221的一流程图；
32.图17是本技术实施例一提供的一种能量转换装置的驱动方法中的步骤 s201的又一流程图；
33.图18是本技术实施例一提供的一种能量转换装置的驱动方法中的步骤 s203的一流程图；
34.图19是本技术实施例一提供的一种能量转换装置的驱动方法中的步骤s20 的又
一流程图；
35.图20是本技术实施例一提供的一种能量转换装置的控制方法中的三相控 制脉冲示意图；
36.图21是本技术实施例一提供的一种能量转换装置的控制方法的控制结构 框图；
37.图22是本技术实施例一提供的一种能量转换装置的电流流向图；
38.图23是本技术实施例一提供的一种能量转换装置的另一电流流向图；
39.图24是本技术实施例一提供的一种能量转换装置的另一电流流向图；
40.图25是本技术实施例一提供的一种能量转换装置的另一电流流向图；
41.图26是本技术实施例一提供的一种能量转换装置的控制方法的另一流程 图；
42.图27是本技术实施例一提供的一种能量转换装置的控制方法的步骤s402 的流程图；
43.图28是本技术实施例一提供的一种能量转换装置的控制方法的另一流程 图；
44.图29是本技术实施例一提供的一种能量转换装置的另一电流流向图
45.图30是本技术实施例一提供的一种能量转换装置的另一电流流向图。
具体实施方式
46.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实 施例，对本技术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 仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
47.为了说明本技术的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
48.本技术实施例一提供一种能量转换装置，如图1所示，能量转换装置包括：
49.桥臂变换器101，桥臂变换器101的各路桥臂的第一端共接形成第一汇流 端，桥臂变换器101的各路桥臂的第二端共接形成第二汇流端；
50.母线电容c1，母线电容c1的第一端与第一汇流端连接，母线电容c1的 第二端与第二汇流端以及电池包103的负极连接；
51.电机102，电机102的电机绕组分别连接桥臂变换器101的桥臂的中点；
52.控制器，控制器用于当处于驻车加热模式时控制桥臂变换器101中至少一 相桥臂使母线电容c1与电池包103进行充电和放电，以实现对电池包103的 加热；控制器还用于当处于行车加热模式时，控制桥臂变换器101中至少一相 桥臂使所述母线电容c1与电池包103进行充电和放电，以使电池包103的内 阻产生热量以及使电机102输出扭矩。
53.其中，桥臂变换器101包括m路桥臂，m路桥臂中的每路桥臂的第一端共 接形成桥臂变换器101的第一汇流端，m路桥臂中的每路桥臂的第二端共接形 成桥臂变换器101的第二汇流端，每路桥臂上包括两个串联连接的功率开关单 元，功率开关单元可以是晶体管、igbt、mos管等器件类型，每路桥臂的中 点形成在两个功率开关单元之间，电机102的电机绕组包括m相绕组，m相绕 组中每相绕组的第一端与一组m路桥臂中每路桥臂的中点一一对应连接，m相 绕组中的每相绕组的第二端共接形成中性点，该中性点与开关模块104连接。
54.当m＝3时，桥臂变换器101为三相逆变器，三相逆变器包括三路桥臂，三 路桥臂中的每路桥臂的第一端共接形成桥臂变换器101的第一汇流端，一组三 路桥臂中的每路桥臂的第二端共接形成桥臂变换器101的第二汇流端；三相逆 变器包括第一功率开关单元、第
二功率开关单元、第三功率开关单元、第四功 率开关单元、第五功率开关以及第六功率开关，第一功率开关单元和第四功率 开关单元形成第一路桥臂，第二功率开关单元和第五开关单元形成第二路桥臂， 第三功率开关单元和第六开关单元形成第三路桥臂，第一功率开关单元、第三 功率开关单元以及第五功率开关单元的一端共接并构成三相逆变器的第一汇流 端，第二功率开关单元、第四功率开关单元以及第六功率开关单元的一端共接 并构成三相逆变器的第二汇流端。
55.其中，电机102包括三相绕组，三相绕组中每相绕组的第一端与三路桥臂 中每路桥臂的中点一一对应连接，三相绕组中的每相绕组的第二端共接形成。 电机的第一相绕组连接第一路桥臂的中点，电机的第二相绕组连接第二路桥臂 的中点，电机的第三相绕组连接第三路桥臂的中点。
56.其中，控制器(未画出)可以包括整车控制器、桥臂变换器101的控制电 路和bms电池管理器电路，三者通过can线连接。控制器连接桥臂变换器101， 控制器根据所获取的信息控制桥臂变换器101中各相桥臂的导通或者关断，以 进入不同的控制模式。
57.当处于驻车加热模式时，控制器控制桥臂变换器101中至少一相桥臂使母 线电容c1与电池包103进行充电和放电，以实现对电池包103的加热；当桥 臂变换器101包括三相桥臂时，可以控制桥臂变换器101的三相桥臂同时导通， 可以使电机不输出扭矩。
58.当处于行车加热模式时，控制桥臂变换器101中至少一相桥臂使所述母线 电容c1与电池包103进行充电和放电，以使电池包103的内阻产生热量以及 使电机102输出扭矩。当桥臂变换器101包括三相桥臂时，可以控制桥臂变换 器101的一相桥臂、两相桥臂、三相桥臂分别导通，可以使电机输出扭矩的同 时形成的电池加热电路进行加热。
59.本技术实施例一提供一种能量转换装置，能量转换装置包括桥臂变换器 101、母线电容c1、电机102、电池包103，当处于驻车加热模式时控制桥臂变 换器101中至少一相桥臂使母线电容c1与电池包103进行充电和放电，以实 现对电池包103的加热，当处于行车加热模式时，控制桥臂变换器101中至少 一相桥臂使母线电容c1与电池包103进行充电和放电，以使电池包103的内 阻产生热量以及使电机102输出扭矩，通过控制桥臂变换器101使电池包103 对母线电容c1的放电过程与母线电容c1对电池包103的充电过程交替进行进 而实现电池包103的升温，使母线电容c1参与充放电的过程，避免了电池包 103放电时会有大量电流从母线电容c1经过，使得流经电池包103的电流大幅 度下降，进而使电池包103的加热速度也会严重变慢的问题，提升了电池包103 的加热效率，同时既可以实现驻车加热，又可以实现行车加热，实现了车辆在 不同运行状态下的加热。
60.作为一种实施方式，能量转换装置进入驻车加热模式或者行车加热模式， 电池包103、电机102、桥臂变换器101、母线电容c1形成电池加热电路，电 池加热电路包括放电回路和充电回路，放电回路是指由电池包103通过电机102 和桥臂变换器101对母线电容c1进行放电，此时，电池包103中有电流流出， 电流经过电机102和桥臂变换器101流入母线电容c1以对母线电容c1进行充 电；充电回路是指由母线电容c1通过电机和桥臂变换器101对电池包103进 行充电，此时，电流由母线电容c1流出，电流经过桥臂变换器101和电机， 流入电池包103，电池包103有电流流入，由于电池包103中存在内阻，当放 电回路和充电回路工作的过程中电池包103有电流流入和流出会使电池包103 的内阻产生热量，进而使电池包103的温度升高。
61.作为一种实施方式，当能量转换装置进入驻车加热模式或者行车加热模式 时，电池包103、电机102、桥臂变换器101形成放电储能回路，电池包103、 电机102、桥臂变换器101、母线电容c1形成放电释能回路；母线电容c1、 桥臂变换器101、电机102、电池包103形成第一充电储能回路，电机102、电 池包103、桥臂变换器101形成第一充电释能回路。
62.其中，放电回路包括放电储能回路和放电释能回路，充电回路包括第一充 电储能回路和第一充电释能回路，通过桥臂变换器101控制放电储能回路工作 时，电池包103输出电能使电机绕组进行储能；通过桥臂变换器101控制放电 释能回路工作时，电池包103放电和电机绕组释能以对母线电容c1进行充电； 通过桥臂变换器101控制第一充电储能回路工作时，母线电容c1放电以对电 池包103进行充电，电机绕组进行储能；通过桥臂变换器101控制第一充电释 能回路工作时，电机绕组释能以对电池包103进行充电。通过控制桥臂变换器 101使电池包103对母线电容c1的放电过程与母线电容c1对电池包103的充 电过程交替进行，使电池包103的温度升高；此外，通过控制桥臂变换器101 的pwm控制信号的占空比的大小调节流经电池加热电路中的电流值，控制占 空比即相当于控制上桥臂和下桥臂的导通时间，通过控制上桥臂或者下桥臂的 导通时间变长或者缩短后，会使电池加热电路中电流的增加或者减小，进而可 以调整电池包103产生的加热功率。
63.需要说明的是，在控制放电回路和充电回路工作的过程中，可以控制放电 回路中的放电储能回路、放电释能回路、第一充电储能回路以及第一充电释能 回路依次工作，通过控制桥臂变换器101的pwm控制信号的占空比的大小调 节流经电池加热电路中的电流值，也可以先控制放电回路中的放电储能回路和 放电释能回路交替导通进行放电，再控制充电回路中第一充电储能回路以及第 一充电释能回路交替导通进行放电，通过控制桥臂变换器101的pwm控制信 号的占空比的大小分别调节流经放电回路和充电回路中的电流值。
64.本实施方式中的技术效果在于通过控制桥臂变换器101使电池加热电路工 作，使放电回路中的电池包103对母线电容c1进行放电以及使充电回路中的 母线电容c1对电池包103进行充电，进而使电池包103的温度升高，并且还 可以通过控制桥臂变换器101调整电池加热电路中的电流，调整电池包103产 生的加热功率。
65.作为一种实施方式，如图2所示，能量转换装置还包括：
66.充电口106；
67.开关模块105，开关模块105的第一端连接充电口106的第一端，开关模 块105的第二端连接母线电容c1的第一端，母线电容c1的第二端连接充电口 106的第二端；
68.当充电口106连接外部供电设备以及开关模块105导通时，控制器用于控 制桥臂变换器101中至少一相桥臂使外部供电设备对电池包103进行降压充电。
69.其中，当能量转换装置进入降压充电模式时，外部供电设备、开关模块105、 母线电容c1、桥臂变换器101、电机102、电池包103形成第二充电储能回路， 外部供电设备、开关模块105、母线电容c1形成电容充电回路，电机102、电 池包103、桥臂变换器101形成第二充电释能回路。
70.其中，降压充电回路包括第二充电储能回路、电容充电回路以及第二充电 释能回路，通过桥臂变换器101控制第二充电储能回路工作时，外部供电设备 和母线电容c1对电池包103进行充电，电机102的电机绕组进行储能；通过 桥臂变换器101控制第二充电释能
回路工作时，电机102的电机绕组释能以对 电池包103进行充电，同时电容充电回路也开始工作，外部供电设备对母线电 容c1进行充电。通过控制桥臂变换器101使外部供电设备和母线电容c1对电 池包103的充电过程和对电机102的电机绕组的储能以及电机102的电机绕组 对电池包103的释能过程交替进行，使外部供电设备对电池包103进行降压充 电；此外，通过控制桥臂变换器101的pwm控制信号的占空比的大小调节流 经降压充电回路中的电流值，控制占空比即相当于控制上桥臂和下桥臂的导通 时间，通过控制上桥臂或者下桥臂的导通时间变长或者缩短后，会使电池加热 电路中电流的增加或者减小，进而可以调整外部供电设备对电池包103的充电 过程，实现外部供电设备对电池包103的降压充电，该降压充电可以发挥外部 供电设备大功率的优势，加快充电效率，同时，在同样的充电功率下，较高的 电压会降低线束的电流值，降低成本，减小发热量。
71.作为一种实施方式，能量转换装置还包括电感107，如图3所示，电感107 连接在电机绕组的中性点与电池包103的正极之间。
72.其中，通过在能量转换装置中增加电感，用于进行滤波和储能，以及提升 充放电效率和具有缓冲的作用。
73.本技术实施例二提供一种能量转换装置的控制方法，如图4所示，控制方 法包括：
74.步骤s10.当处于驻车加热模式时，控制桥臂变换器中至少一相桥臂使母线 电容与电池包进行充电和放电，使电池包的内阻产生热量，以实现对电池包的 加热。
75.其中，驻车加热是指通过电池包的内阻产生热量时不需要电机输出动力， 结合图1，当接收到进入驻车加热模式的指令时，使电池包、开关模块、电机、 桥臂变换器、母线电容形成电池加热电路。
76.其中，电机可以是三相交流电机，桥臂变换器可以是三相逆变器，电池包、 三相交流电机、桥臂变换器以及母线电容形成电池加热电路，分别包括放电回 路和充电回路。放电回路是指由电池包通过三相交流电机和三相逆变器对母线 电容进行放电，此时，电池包中有电流流出；充电回路是指由母线电容通过三 相交流电机和三相逆变器对电池包进行充电，此时，电池包有电流流入。由于 电池包中存在内阻，当放电回路和充电回路工作的过程中电池包有电流流入和 流出会使电池包的内阻产生热量，进而使电池包的温度升高，为了进一步控制 电池包的内阻产生的热量的大小，可以通过三相逆变器进行控制，由于三相逆 变器串联于电池加热电路中，可以向三相逆变器输入不同的控制信号调节流经 电池加热电路中的电流值，进而调节电池包的内阻产生的热量。
77.步骤s20.当处于行车加热模式时，控制桥臂变换器中至少一相桥臂使母线 电容与电池包进行充电和放电，使电池包的内阻产生热量以及使电机输出扭矩。
78.其中，行车加热是指通过电池包的内阻产生热量的同时电机输出动力，结 合图1，当接收到进入行车加热模式的指令时，使电池包、开关模块、电机、 桥臂变换器、母线电容形成电池包的电池加热电路，可以获取需求加热功率和 电机扭矩输出值，根据需求加热功率和电机扭矩输出值控制三相桥臂的通断状 态，以同时调节母线电容的电压、三相交流电机的输出扭矩以及流经电池加热 电路中的电流值使电池包的内阻产生热量。
79.本技术实施例一提供一种能量转换装置的控制方法，通过电池包、桥臂变 换器、电机以及母线电容形成电池加热电路，当能量转换装置进入驻车加热模 式时，通过桥臂变换器控制电池加热电路中产生的充放电电流的大小，使电池 包的内阻产生热量，提升电池
包的温度，当能量转换装置进入行车加热模式时， 根据需求加热功率和电机扭矩输出值控制三相桥臂的通断状态，以同时调节母 线电容的电压、电机的输出扭矩以及流经电池加热电路中的电流值使电池包的 内阻产生热量，相对于通过外部液体流经电池包进行加热的方式，不需要额外 的加热设备，并且提升了电池包的加热效率。
80.作为一种实施方式，能量转换装置进入驻车加热模式时，并且控制方法处 于低频控制模式时，如图5所示，控制桥臂变换器调节流经电池加热电路中的 电流值，之前还包括：
81.步骤s101.获取电池包的充放电周期和电池加热电路的目标等效电流值。
82.其中，电池包的充放电周期和电池加热电路的目标等效电流值由电池管理 系统给出，电池管理系统中存在预先设置的电池包充放电周期，电池管理系统 计算电池包的内阻，可以在一个充放电周期内通过特定电流进行放电/充电，计 算出当前的电池包内阻r＝δu/δi；其中δu为电池放电/充电初期、末期的压 差，δi为放电/充电电流；获取电池包的内阻后再根据电池包的加热功率获取 等效电流值，可以根据公式p＝i2r计算目标等效电流值，其中，p为加热功率， r为电池包内阻，i为目标等效电流值，目标等效电流值可以为一个值，也可以 为一组值。
83.步骤s102.根据电池包的充放电周期获取电池加热电路的充放电周期，根 据电池加热电路的目标等效电流值获取pwm控制信号的占空比。
84.其中，电池加热电路的充放电周期是指控制上桥臂和下桥臂完成一次开关 的周期，占空比是指向桥臂变换器中的上桥臂或者下桥臂输出高电平信号的时 间占整个充放电周期的百分比，控制占空比即相当于控制上桥臂和下桥臂的导 通时间，当在电池加热电路工作的过程中，通过控制上桥臂或者下桥臂的导通 时间变长或者缩短后，会使电池加热电路中电流的增加或者减小，例如，充电 回路可以包括充电储能回路和充电续流回路，当控制占空比使充电储能回路的 导通时间变长时，会使电路中的电流增加，即每个周期内的占空比决定电池加 热电路中电流的增加或者减小。
85.其中，根据电池包的充放电周期获取电池加热电路的充放电周期，包括：
86.将电池包的充放电周期设置为电池加热电路的充放电周期。
87.根据电池加热电路的目标等效电流值获取pwm控制信号的占空比，包括：
88.根据预先存储的目标等效电流值与pwm控制信号的占空比对应关系获取 pwm控制信号的占空比。
89.其中，电池包的充放电周期与电池加热电路的充放电周期之间存在对应关 系，在低频控制模式下，电池加热电路的充放电周期与电池包的充放电周期相 等。预先存储的目标等效电流值与pwm控制信号的占空比对应关系表可以通 过多次试验测量获取，在低频控制模式下，一个充放电周期内的目标电流等效 值的数量为一个，根据上述对应关系表可以得到电池加热电路的充放电周期的 pwm控制信号的占空比。
90.进一步的，控制桥臂变换器调节流经电池加热电路中的电流值，以调节电 池包的内阻产生的热量，包括：
91.根据电池加热电路的充放电周期以及pwm控制信号的占空比控制桥臂变 换器上下桥臂的开关，调节流经电池加热电路中的电流值，以调节电池包的内 阻产生的热量。
92.其中，电池加热电路的充放电周期包括充电周期和放电周期，充电周期是 指电池
加热电路中充电回路的工作周期，放电周期是指电池加热电路中放电回 路的工作周期，电池包的一个充放电周期分为一个充电时长和一个放电时长。 在低频控制模式下，充电时长等于充电周期，放电时长等于放电周期，即充电 时长包括电池加热电路的一个充电周期，放电时长包括电池加热电路的一个放 电周期，充电周期和放电周期相等，充电周期和放电周期也可以不相等，根据 充电周期、放电周期以及pwm控制信号的占空比控制桥臂变换器上下桥臂的 开关，控制电池加热电路中的放电储能回路、放电释能回路、充电储能回路以 及充电释能回路依次工作，调节流经电池加热电路中的电流值为目标电流等效 值，以调节电池包的内阻产生的热量。
93.本实施方式采用低频控制模式，获取电池包的充放电周期和电池加热电路 的目标等效电流值，根据电池包的充放电周期获取电池加热电路的充放电周期， 根据电池加热电路的目标等效电流值获取pwm控制信号的占空比，根据pwm 控制信号的占空比控制桥臂变换器上下桥臂的开关，调节流经电池加热电路中 的电流值为目标等效电流值，本实施方式控制简单，桥臂变换器发热少，提升 了电池包的发热效率。
94.进一步的，在进入低频控制模式前还包括软启动模式，软启动模式为向桥 臂变换器输出极小的pwm控制信号的占空比，控制电池加热电路中的放电储 能回路、放电释能回路、充电储能回路以及充电释能回路依次工作，使得系统 慢慢建立起电池的充放电电流，然后慢慢增加下桥臂的占空比，使得电池的充 放电电流逐步增加，以完成软启动。
95.本实施方式中，由于母线电容电压不能突变，如果控制桥臂变换器的占空 比变化过快，会导致三相电流急剧增加，甚至出现过流现象，也会导致母线电 容过压，或者母线电容和电机绕组的电感之间出现电流振荡问题，通过设置软 启动的过程，避免上述出现的问题。
96.下面通过图1的电路结构对本实施方式进行具体说明：
97.进入正式加热流程，获取电池包103的充放电周期和电池加热电路的目标 等效电流值，根据电池包103的充放电周期获取充电时长和放电时长，其中， 充电时长等于放电时长，根据充电时长获取电池加热电路的充电周期，根据放 电时长获取电池加热电路的放电周期，根据电池加热电路的目标等效电流值获 取pwm控制信号的占空比，根据pwm控制信号的占空比控制桥臂变换器101 上下桥臂的开关，进而控制电池包103充放电电流的大小，使得电池内部的发 热功达到预期值，具体包括：
98.第一阶段为放电储能回路工作：如图6所示，桥臂变换器101的下桥臂开 通时电流由电池包103的正极流出，经过电机102、桥臂变换器101的下桥臂 (第二下桥臂vt2、第四下桥臂vt4、第六下桥臂vt6)，流回到电池包103 的负极，且电流不断增大。
99.第二阶段为放电续流回路工作：如图7所示，当桥臂变换器101的下桥臂 关断，上桥臂开通时，电流由电池包103的正极出发，经过电机102、桥臂变 换器101的上桥臂(第一上桥二极管vd1、第三上桥二极管vd3、第五上桥二 极管vd5)后给母线电容c1正极充电，电流不断减小至零，电感储能降低至 零，电池包103和电机102的绕组电感共同放电给母线电容c1充电，母线电 容c1的电压升高至某一最大值。
100.第三阶段为充电储能回路工作：如图8所示，控制桥臂变换器101的下桥 臂断开，上桥臂闭合，桥臂变换器101的上桥臂开通时，电流由母线电容c1 的正极出发，经过桥臂变换器101的上桥臂(第一上桥臂vt1、第三上桥臂vt3、 第五上桥臂vt5)、电机102后给电池包
103的正极充电，电流先增加后不断 减小，母线电容c1的电压不断降低。
101.第四阶段为充电续流回路工作：如图9所示，桥臂变换器101的下桥臂开 通时，电流由电池包103的负极流出，经过桥臂变换器101的下桥臂(第二下 桥二极管vd2、第四下桥二极管vd4、第六下桥二极管vd6)、电机102流 回到电池包正极，且电流不断减小，母线电容c1的电压将不断降低。
102.第一阶段和第二阶段中电池包103对外放电，且第一阶段结束时，放电电 流达到最大，第三阶段和四阶段电池包103充电，在第三阶段中某时刻，充电 电流达到最大值；第二阶段为母线电容c1充电，母线电容c1的电压升至最高， 第三阶段母线电容c1放电，母线电容c1电压降至最低。
103.桥臂变换器101的上下桥臂为互补脉冲控制，在控制周期不变的前提下， 下桥臂的开通时间越长，电池包103充放电电流最大值越大，同时母线电容c1 的最高电压越高，电池包103的充放电电流最大值也将越大，电池包103内阻 的发热功率也将越大。相反，下桥臂的开通时间越短，电池包103的充放电电 流最大值越小，同时母线电容c1的最高电压越小，电池包103的充放电电流 最大值也越小，电池包103内阻的发热功率也将越小。
104.由以上可知，在控制周期一定的前提下，主要是通过控制占空比来调节电 池包的充放电电流，电池包的内部产热功率跟下桥臂的导通时间成正相关。而 控制周期会主要由电池包的交流内阻决定，以最大加热功率为目标来选取控制 周期，但是控制周期会影响电容电压的变化范围，电容电压的变化范围跟周期 成负相关的关系。增加下桥臂的占空比，可以提高电池包的充放电电流，也就 是增大电池内部发热功率，相反减小下桥臂的占空比，可以降低电池包的充放 电电流，也就是降低电池内部的发热功率。在整个加热过程中，实时监测电控， 电机等相关零部件的状态，如果出现电流、电压、温度的异常情况，立即停止 加热，保证加热安全。
105.如图10所示，作为另一种电路结构，与图1的不同点在于能量转换装置还 包括电感l，电感l连接在电机102的电机绕组的中性点和电池包103的正极 之间。
106.作为另一种实施方式，控制方法还包括高频控制模式，控制桥臂变换器调 节流经电池加热电路中的电流值，之前还包括：
107.步骤s301.获取电池包的充放电周期以及电池包的充放电周期内电池加热 电路的目标电流波形，其中，电池包的充放电周期包括充电时长和放电时长， 充电时长包括电池加热电路的多个充电周期，放电时长包括电池加热电路的多 个放电周期。
108.在本步骤中，电池包的充放电周期和电池加热电路的目标电流波形由电池 管理系统给出，电池管理系统中存在预先设置的电池包充放电周期，目标电流 波形是指通过控制桥臂变换器调节流经电池加热电路中的电流值所达到的电流 波形，目标电流波形可以满足波形函数，例如，目标电流波形可以是三角波、 正弦波等波形，电池包的一个充放电周期分为一个充电时长和一个放电时长， 充电时长是指电池包在一个充放电周期内的充电过程消耗的时间，放电时长是 指电池包在一个充放电周期内的放电过程消耗的时间。在高频控制模式下，在 电池包的一个充放电周期内包括多个充电周期和放电周期，其对应关系是充电 时长对应多个充电周期，放电时长对应多个放电周期。
109.步骤s302.根据目标电流波形获取目标电流波形对应的多个目标等效电流 值。
110.在本步骤中，为了获取目标电流波形，选取符合目标电流波形的多个目标 等效电
流值，例如，目标电流波形满足正弦函数i＝asinωt，选取符合该函数的 时间和电流值。
111.步骤s303.根据目标等效电流值获取pwm控制信号的占空比，根据电池包 的充放电周期和目标等效电流值的数量，获取充电时长包含的充电周期的数量 和放电时长包含的放电周期的数量，其中，一个目标等效电流值对应一个充电 周期或者一个放电周期。
112.在本步骤中，根据电池加热电路的目标等效电流值获取pwm控制信号的 占空比，包括：
113.根据预先存储的目标等效电流值与pwm控制信号的占空比对应关系获取 pwm控制信号的占空比。
114.其中，预先存储的目标等效电流值与pwm控制信号的占空比对应关系表， 该对应关系表可以通过多次试验测量获取。
115.在本步骤中，根据电池包的充放电周期和目标等效电流值的数量，获取充 电时长包含的充电周期的数量和放电时长包含的放电周期的数量，包括：
116.电池包的充放电周期、目标等效电流值的数量、充电时长、放电时长、充 电周期、放电周期、充电周期的数量以及放电周期的数量满足以下公式：
117.t＝t1+t2；
118.t1＝n1
×
t1；
119.t2＝n2
×
t2；
120.n＝n1+n2；
121.其中，t为电池包的充放电周期，t1为充电时长，t2为放电时长，t1为 电池加热电路的充电周期，n1为充电周期的个数，t2为电池加热电路的放电周 期，n2为放电周期的个数，n为目标等效电流值的数量。
122.其中，在充电时长下获取n1个目标等效电流值，其对应获取n1个充电周 期，n1个充电周期对应n1个pwm控制信号的占空比；在放电时长下获取n2 个目标等效电流值，其对应获取n2个充电周期，n2个充电周期对应n2个pwm 控制信号的占空比。
123.进一步的，控制桥臂变换器调节流经电池加热电路中的电流值，以调节电 池包的内阻产生的热量，包括：
124.根据电池加热电路的充电周期及其数量、放电周期及其数量以及pwm控 制信号的占空比控制桥臂变换器上下桥臂的开关，调节流经电池加热电路中的 电流值，以调节电池包的内阻产生的热量。
125.根据充电周期的数量、放电周期的数量以及pwm控制信号的占空比控制 桥臂变换器上下桥臂的开关，调节流经电池加热电路中的电流值，包括：
126.获取每个充电周期和每个放电周期所对应的目标等效电流值以及pwm控 制信号的占空比；
127.根据pwm控制信号的占空比控制桥臂变换器在每个充电周期和每个放电 周期中上下桥臂的开关，调节流经电池加热电路中的电流值为目标等效电流值。
128.其中，通过调节每个充电周期和每个放电周期的pwm控制信号的占空比， 使电池加热电路中的电流值为目标等效电流值，最终形成了目标电流波形。
129.本实施方式中，电池包整个充放电周期内包含桥臂变换器的n个控制周期， 控制周期是指充电周期或者放电周期，调整每次功率管的占空比都会改变同一 时刻电流的变
化方向，增加下桥臂的占空比将使得电池放电电流增加，或者充 电电流减小；而减小下桥臂占空比，将使得电池包放电电流减小，或者充电电 流增加，通过控制每个电池充放电周期内n次开关控制的平均占空比，可以使 得整体的充放电电流增加或者减小。而对每一次开关控制，可以改变局部的电 流大小，例如可以使得某点处的电流值增加，或者减小，所以通过对n次开关 管占空比的协同控制，可以使得电池的充放电电流呈现出类似的三角波、正弦 波、方波等波形。根据实际的控制需求，电池包加热功率需求、以及电池寿命 等因素，来选取合适的电流波形，使得控制方便实现，电池稳定性不受影响， 而且电池加热功率较大。
130.进一步的，根据pwm控制信号的占空比控制桥臂变换器在每个充电周期 和每个放电周期中上下桥臂的开关，调节流经电池加热电路中的电流值为目标 等效电流值，之后还包括：
131.获取电池加热电路中的实际电流值，根据实际电流值与目标等效电流值之 间的关系获取当前充电周期或者当前放电周期的占空比修正值，根据占空比修 正值对下一个充电周期或者下一个放电周期的占空比进行修正。
132.其中，当在一个充电周期或者放电周期中调节pwm控制信号的占空比并 获取该控制周期中电池加热电路中的实际电流值，当实际电流值与目标电流值 不相符时，获取实际电流值与目标等效电流值之间的电流差值，根据电流值与 pwm控制信号占空比之间的对应关系获取电流差值对应的占空比修正值，将 占空比修正值与下一个控制周期对应的占空比进行叠加，再对桥臂变换器进行 控制。
133.本实施方式通过实际电流值与目标等效电流值之间的关系获取当前充电周 期或者当前放电周期的占空比修正值，根据该占空比修正值调整下一控制周期 的占空比，使电池加热电路的实际电流值符合目标等效电流值，使电流波形更 加准确。
134.本实施方式通过设置高频控制模式，使一个目标电流值对应一个桥臂变换 器的放电周期或者充电周期，通过不断调节每个控制周期的占空比，可以使流 经电池包的电流有效值达到任意一个目标电流值，使电流波形可以调整，适应 性更强。
135.下面通过具体的电路结构对高频控制模式的工作过程进行说明：
136.进入正式加热流程，开始前桥臂变换器101的六个功率管全部断开，先确 定电池包103的充放电周期，主要由电池管理系统给出，然后获取需要达到的 电流波形i＝akt+b，其中t为时间，i为目标等效电流值，a、b为常数，k为系 数，如图11所示，设置电池包的充放电周期为t，放电时长为t0，充电时长为 t-t0，在放电时长t0内，选取7个目标等效电流值，选取两个等效电流值之间 的时间间隔为δt，根据i(t+δt)-i(t)获取电流变化量，根据电流变化量获取 pwm控制信号的占空比，放电时长对应7个放电周期，每个放电周期对应一 个pwm控制信号的占空比，在充电时长内选取4个目标等效电流值，每个充 电周期对应一个pwm控制信号的占空比，根据pwm控制信号的占空比调节 桥臂变换器使电池加热电路的电流值为目标等效电流值，使得电池内部的发热 功达到预期值，具体包括以下阶段：
137.第一阶段为放电储能回路工作：如图6所示，桥臂变换器101的下桥臂开 通时电流由电池包103的正极流出，经过电机102、桥臂变换器101的下桥臂 (第二下桥臂vt2、第四下桥臂vt4、第六下桥臂vt6)，流回到电池包103 的负极，且电流不断增大。
138.第二阶段为放电续流回路工作：如图7所示，当桥臂变换器101的下桥臂 关断，上
桥臂开通时，电流由电池包103的正极出发，经过电机102、桥臂变 换器101的上桥臂(第一上桥二极管vd1、第三上桥二极管vd3、第五上桥二 极管vd5)后给母线电容c1正极充电，电流不断减小至零，电感储能降低至 零，电池包103和电机102的绕组电感共同放电给母线电容c1充电，母线电 容c1的电压升高至某一最大值。
139.根据7个放电周期对应的7个占空比控制放电储能回路和放电续流回路工 作7次，每次增加下桥臂的占空比将使得电池放电电流增加，使放电回路的电 流值达到目标电流波形。
140.第三阶段为充电储能回路工作：如图8所示，控制桥臂变换器101的下桥 臂断开，上桥臂闭合，桥臂变换器101的上桥臂开通时，电流由母线电容c1 的正极出发，经过桥臂变换器101的上桥臂(第一上桥臂vt1、第三上桥臂vt3、 第五上桥臂vt5)、电机102后给电池包103的正极充电，电流先增加后不断 减小，母线电容c1的电压不断降低。
141.第四阶段为充电续流回路工作：如图9所示，桥臂变换器101的下桥臂开 通时，电流由电池包103的负极流出，经过桥臂变换器101的下桥臂(第二下 桥二极管vd2、第四下桥二极管vd4、第六下桥二极管vd6)、电机102流 回到电池包正极，且电流不断减小，母线电容c1的电压将不断降低。
142.根据4个充电周期对应的4个占空比控制充电储能回路和充电续流回路工 作4次，使充电回路的电流值达到目标电流波形。
143.对于步骤s20，作为一种实施方式，如图12所示，步骤s20包括：
144.步骤s201.获取需求加热功率、电机扭矩输出值以及母线电容的目标电压。
145.步骤s202.根据需求加热功率、电机扭矩输出值、母线电容的目标电压以及 电池包的供电电压控制桥臂变换器中至少一相桥臂的通断状态，以同时调节母 线电容的电压、电机的输出扭矩以及流经电池加热电路中的电流值使电池包的 内阻产生热量。
146.对于步骤s201，需求加热功率可以通过整车控制器检测待加热部件的温度 所获取的功率，例如，待加热部件可以为电池包，根据电池包当前的温度计算 需求加热功率，电机的转速与桥臂变换器的母线电容的电压和电机的输出扭矩 有关，可以用电机转速作为母线电压和电机的输出扭矩的控制依据，并且母线 电压与电机的输出扭矩之间存在对应关系，例如，当车速为50km/h，此时对 应的母线电压为200v，当车速为100km/h时，对应的母线电压为400v，当电 机转速处于低速或者中高速区域时获取与电机转速对应的桥臂变换器的母线目 标电压和电机的输出扭矩。
147.对于步骤s202，对加热功率的输出，可以根据加热功率控制三相桥臂的通 断状态，进而调整母线电容、桥臂变换器、电机、电感、电池包形成电池加热 电路组成的电池加热电路的电流，电池加热电路包括放电回路和充电回路，放 电回路是指由电池包通过电机和桥臂变换器对母线电容进行放电，此时，电池 包中有电流流出，电流经过电机和桥臂变换器流入母线电容以对母线电容进行 充电；充电回路是指由母线电容通过电机和桥臂变换器对电池包进行充电，此 时，电流由母线电容流出，电流经过桥臂变换器和电机，流入电池包，电池包 有电流流入，由于电池包中存在内阻，当放电回路和充电回路工作的过程中电 池包有电流流入和流出会使电池包的内阻产生热量，进而使电池包的温度升高。
148.本实施例根据需求加热功率、电机扭矩输出值、母线电容的目标电压以及 电池包的供电电压按照预设算法获取控制三相桥臂的控制信号，该控制信号为 满足需求加热功
率、电机扭矩输出值、母线电容的目标电压的pwm信号占空 比，通过在每相桥臂上施加pwm信号占空比，实现了同时调节母线电容的电 压、电机的输出扭矩以及控制电池加热电路工作时电池包对母线电容的放电过 程与母线电容对电池包的充电过程交替进行进而实现电池包的升温，在不增加 额外加热模块的基础上，实现了扭矩输出、母线电容的目标电压和动力电池包 加热的协同控制方法，避免了电池包放电时会有大量电流从母线电容经过，使 得流经电池包的电流大幅度下降，进而使电池包的加热速度也会严重变慢的问 题，提升了电池包的加热效率。
149.作为一种实施方式，如图13所示，步骤s202中的根据需求加热功率、电 机扭矩输出值、母线电容的目标电压以及电池包的供电电压控制桥臂变换器中 至少一相桥臂的通断状态，包括：
150.步骤s211.根据需求加热功率、电机扭矩输出值、母线电容的目标电压以 及电池包的供电电压获取每相桥臂的控制脉冲的第一目标占空比。
151.步骤s212.根据第一目标占空比对每相桥臂进行控制。
152.其中，作为一种实施方式，如图14所示，步骤s211包括：
153.步骤s221.根据需求加热功率、电机扭矩输出值以及电池包的供电电压计 算目标输入电流。
154.在步骤s221中，根据电机扭矩输出值计算驱动功率，可以根据公式 计算驱动功率；n为电机转速，te为电机扭矩，p1为驱动功率，再根 据公式计算目标输入电流，p为需求加热功率，u2为电池包的供电电 压。
155.进一步的，如图14所示，步骤s211还包括：
156.步骤s222.根据需求加热功率、电机扭矩输出值以及目标输入电流获取电机 的每相绕组的目标电流；
157.步骤s223.根据母线电容的目标电压、电池包的供电电压以及目标输入电流 获取三相电控制脉冲的第一平均占空比；
158.步骤s224.根据第一平均占空比、每相绕组的目标电流以及目标输入电流获 取每相桥臂的控制脉冲的第一目标占空比。
159.其中，步骤s222包括：
160.根据电机转子位置、需求加热功率、电机扭矩输出值以及目标输入电流按 照以下公式1、公式2以及公式3计算三相交流电机的每相绕组的目标电流：
161.公式1：公式1：
162.公式2：ia+ib+ic＝i
163.公式3：p＝i2×
r0164.其中，α为转子滞后角度，ia，ib，ic为三相绕组的每相绕组流，i为目 标输入电流，te为电机扭矩输出值，λ，ρ，l
d
,l
q
为电机参数，p为加热功率， r为三相电机的等效阻抗，r0为
电池包的内阻。
165.其中，步骤s223包括：
166.根据母线电容的目标电压、电池包的供电电压以及目标输入电流通过以下 公式获取三相电控制脉冲的第一平均占空比：
167.u2＝u1×
d
0-i
×
r-i
×
r
l-ir0，其中，u2为电池包的供电电压，u1为母线电 容的目标电压，d0为三相电控制脉冲的平均占空比，i为目标输入电流，r为 电机的等效阻抗，r
l
为电感阻抗，r0为电池包的内阻。
168.其中，由于设置了电感，电感上有电感阻抗，因此，该公式中还包含电感 上的压降。
169.其中，步骤s224包括：
170.根据第一平均占空比、每相绕组的目标电流以及以及目标输入电流通过以 下公式获取每相桥臂的控制脉冲的第一目标占空比：
[0171][0172]
其中，i1为每相绕组的目标电流，r1为每相绕组的等效阻抗，d1为每相桥 臂的控制脉冲的第一目标占空比，r为三相交流电机的等效阻抗，i为目标输入 电流。
[0173]
其中，如图15所示，桥臂变换器101包括第一相桥臂sa、第二相桥臂sb 和第三相桥臂sc，第一相桥臂包括第一上桥臂和第一下桥臂，第二相桥臂包括 第二上桥臂和第二下桥臂，第三相桥臂包括第三上桥臂和第三下桥臂，每个开 关周期包括第一时间段t1、第二时间段t2、第三时间段t3、第四时间段t4、第 五时间段t5、第六时间段t6以及第七时间段t7；
[0174]
根据每相桥臂的控制脉冲的第一目标占空比对每相桥臂进行控制，包括：
[0175]
通过调节每个开关周期中的第一时间段t1、第四时间段t4以及第七时间段 t7的长度调节母线电容de电压，以及通过调节第二时间段t2、第三时间段t3、 第五时间段t5、第六时间段t6的长度调节电机的输出扭矩；
[0176]
其中，在第一时间段t1，控制第一下桥臂、第二下桥臂以及第三下桥臂导 通，并控制第一上桥臂、第二上桥臂以及第三上桥臂关断；
[0177]
在第二时间段t2，控制第一下桥臂、第二下桥臂以及第三上桥臂导通，并 控制第一上桥臂、第二上桥臂以及第三下桥臂关断；
[0178]
在第三时间段t3，控制第一下桥臂、第二上桥臂以及第三上桥臂导通，并 控制第一上桥臂、第二下桥臂以及第三下桥臂关断；
[0179]
在第四时间段t4，控制第一上桥臂、第二上桥臂以及第三上桥臂导通，并 控制第一下桥臂、第二下桥臂以及第三下桥臂关断；
[0180]
在第五时间段t5，控制第一下桥臂、第二上桥臂以及第三上桥臂导通，并 控制第一上桥臂、第二下桥臂以及第三下桥臂关断；
[0181]
在第六时间段t6，控制第一下桥臂、第二下桥臂以及第三上桥臂导通，并 控制第一上桥臂、第二上桥臂以及第三下桥臂关断；
[0182]
在第七时间段t7，控制第一下桥臂、第二下桥臂以及第三下桥臂导通，并 控制第一上桥臂、第二上桥臂以及第三上桥臂关断。
[0183]
sa表示桥臂变换器101的第一相的pwm波，sb表示桥臂变换器101的第 二相的pwm
波，sc表示桥臂变换器101的第三相的pwm波，其中的高电平 代表上桥臂开通，低电平代表下桥臂开通(不考虑死区影响)。在一个开关周 期t内，根据三相pwm波的开通变化，可以把时间分为t1，t2，t3，t4，t5， t6，t7七个阶段，其中t1，t4和t7为电机扭矩零矢量，电机扭矩零矢量不参与 电机扭矩控制，t2，t3，t5和t6为扭矩矢量，用于完成电机矢量电压的控制， 即电机扭矩的控制。正常情况下，对电机矢量控制中，通常采用七段式的控制 方法，即t1+t7＝t4，目的是抑制三相电流的谐波，以提高扭矩品质。
[0184]
对于母线电容电压的调节，零矢量时间段t4导致母线电容电压降低，加长t4时长来降低母线电容电压。零矢量时间段t1和t7导致母线电容电压升高， 加长t1和t7时长来升高母线电容电压。
[0185]
而时间段t2，t3，t5，t6完成对电机输出扭矩的矢量控制，即通过t2，t3， t5，t6时间长短的调节，产生旋转的电压矢量，来产生对应的三相电流矢量， 电流矢量产生扭矩。
[0186]
本实施例根据需求加热功率、电机扭矩输出值以及电池包的供电电压计算 电机的目标输入电流，再根据电机转子位置、需求加热功率、目标输入电流以 及电机扭矩输出值获取电机的每相绕组的目标电流；再根据母线电容的目标电 压、目标输入电流和电机的每相绕组的目标电流计算每相桥臂的控制脉冲的第 一目标占空比，根据第一目标占空比对三相桥臂进行控制，在不增加额外升压 模块和加热模块的基础上，实现了扭矩输出、母线电容的目标电压和电池包组 加热的协同控制方法，有效解决了非全程架设直流供电线路的车辆对所需求的 扭矩输出和加热功能协同工作的问题。
[0187]
进一步的，如图16所示，步骤s212中，根据第一目标占空比对每相桥臂 进行控制，之后还包括：
[0188]
步骤s213.获取电池包的工作电压，根据电池包的工作电压与供电电压通过 pid调节器进行pid控制运算得到三相电控制脉冲的平均占空比变化量；
[0189]
步骤s214.根据第一目标占空比和平均占空比变化量得到第二目标占空比；
[0190]
步骤s215.根据第二目标占空比对每相桥臂进行控制，以同时调节母线电容 的电压、控制电机的输出扭矩以及流经电池加热电路中的电流值使电池包的内 阻产生热量。
[0191]
在步骤s213中，进行pid控制(比例-积分-微分控制)的pid调节器是一 个在工业控制应用中常见的反馈回路部件，由比例单元p、积分单元i和微分 单元d组成。比例反应系统的当前偏差，通过比例系数可以调节以减小误差， 积分反应系统的累计偏差，使系统消除稳态误差，提高无差度，因为有误差， 积分调节就进行直至无误差，微分反应系统偏差信号的变化率，具有预见性， 能预见偏差变化的趋势，产生超前的控制作用，在偏差还没有形成之前，已被 微分调节作用消除，因此可以改善系统的动态性能。
[0192]
作为一种实施方式，如图17所示，步骤s213包括：
[0193]
步骤s231.获取电池包的工作电压与供电电压的电压差值；
[0194]
步骤s232.当电池包的工作电压大于供电电压时，根据电压差值和pid调 节器的比例系数计算三相电控制脉冲的平均占空比变化增量；
[0195]
步骤s233.当电池包的工作电压小于供电电压时，根据电压差值和pid调 节器的比例系数计算三相电控制脉冲的平均占空比变化减量。
[0196]
在步骤s214中，当电池包的工作电压大于供电电压时，使输出的三相电控 制脉冲的平均占空比逐渐增大，以减小动力电池包的实际工作电压，当电池包 的实际充电电压小
于目标充电电压时，使输出的三相电控制脉冲的平均占空比 逐渐减小，以增加动力电池包的实际充电电压。
[0197]
在上述步骤中，电池包的工作电压是由桥臂变换器通过对三相电控制脉冲 的平均占空比的调节实现，假设电池包的供电电压为u
*
，获取电池包的实际工 作电压为u，则把电压差值(u
*-u)输入到pid调节器，经pid调节器计算 后输出三相脉冲的平均占空比k(u
*-u)，其中，k为pid调节器中所设置的比 例系数，如果电池包的实际工作电压u小于电池包的供电电压u
*
时，pid调节 器输出的三相电控制脉冲的平均占空比将会减小，使得电池包的实际工作电压 增加；相反电池包的实际充电电压u大于电池包的目标充电电压u
*
时，pid调 节器输出的三相电控制脉冲的平均占空比将会增加，使得电池包的实际充电电 压降低。
[0198]
此外，除了控制电压，还可以根据控制输入电流对平均占空比进行控制， 使得实际的输入电流达到目标输入电流，当实际的输入电流小于目标输入电流 时，减小三相平均占空比，相反当实际的输入电流大于目标输入电流时，增加 三相平均占空比，也可以通过pid调节器自动控制，使得实际充电电流一直在 目标是附近，完成对输入电流的控制。
[0199]
进一步的，如图18所示，步骤s212中，根据第一目标占空比对每相桥臂 进行控制，之后还包括：
[0200]
步骤s216.获取每相绕组的实际电流，根据每相绕组的实际电流与目标电 流通过pid调节器进行pid控制运算得到每相桥臂的控制脉冲的占空比变化量。
[0201]
步骤s217.根据第一目标占空比和占空比变化量得到第三目标占空比。
[0202]
步骤s218.根据第三目标占空比对每相桥臂进行控制，以同时调节母线电 容的电压、控制电机的输出扭矩以及流经电池加热电路中的电流值使电池包的 内阻产生热量。
[0203]
其中，如图19所示，步骤s216包括：
[0204]
步骤s261.获取每相绕组的实际电流与目标电流之间的电流差值。
[0205]
步骤s262.当每相绕组的目标电流大于实际电流时，根据电流差值和pid 调节器的比例系数计算该相桥臂的占空比变化增量。
[0206]
步骤s263.当每相绕组的目标电流小于实际电流时，根据电流差值和pid 调节器的比例系数计算该相桥臂的占空比变化减量。
[0207]
在上述步骤中，当每相桥臂的目标电流大于实际电流时，使输出的占空比 变化增量逐渐增大，以增加每相桥臂的实际电流；当每相桥臂的目标电流小于 实际电流时，使输出的占空比变化减量逐渐增大，以降低每相桥臂的实际电流。 对于三相桥臂电流的控制，主要是在三相电控制脉冲的平均占空比的基础上叠 加增量来实现的。假设a相输出的目标电流为is，目标值为is*，则把电流差 (is-is*)输入到pid控制器，经pid计算之后输出a相脉冲占空比增量值。 如果a相实际电流is小于目标值is*时，pid输出的a相占空比将会增加，使 得a相的输出电流增加；相反a相实际电流is大于目标值is*时，pid输出的 a相占空比将会减小，使得a相的输出电流降低，b相和c相的电压控制和a 相一样，不在赘述。
[0208]
本实施方式中，在平均占空比的基础上，增加一个叠加量，用来完成对三 相电流的控制，使三相电流的实际值达到三相电流的目标值。当某相实际充电 电流小于目标值时，增加该相占空比的叠加量，相反当实际充电电流大于目标 值时，减小该项占空比的叠加量，也可以通过pid自动控制，使得三相的实际 电流一直在目标是附近，通过对三相电流的控制，实现了扭矩输出和加热的控 制。
[0209]
下面通过具体举例进一步说明本技术实施例：
[0210]
首先根据整车行驶需求、低温环境下的加热需求，获得扭矩输出目标值， 需求加热功率、电机扭矩输出值以及母线电容的目标电压。
[0211]
再然后根据扭矩输出、加热功率，计算出三相电流目标值，计算公式如下 所示。
[0212][0213]
ia+ib+ic＝i
[0214]
p＝i2×
r0[0215]
其中，α为转子滞后角度，ia，ib，ic为三相绕组的每相电流，i为电机 的输入电流，满足驱动和和加热的功率需求，te为电机扭矩输出值，λ，ρ，l
d
,l
q
为电机参数，p为加热功率。并通过每相占空比的叠加量来控制三相电流值， 某相实际充电电流小于目标值时，增加该相占空比的叠加量，相反当实际充电 电流大于目标值时，减小该项占空比的叠加量，也可以通过pid自动控制，使 得三相的实际电流一直在目标是附近，完成对三相电流的控制，也就又完成了 扭矩输出和加热的协同控制。具体如图20右侧所示，三相占空比不相等。
[0216]
三相电流和充电电流的协同控制如图21所示，三相平均占空比用来控制充 电电流，而每相占空比的叠加量来控制三相电流值，分别通过各自的pid进行 调节，使得实际的输出电流和目标值一致，最后把各相的占空比叠加量和三相 平均占空比相加，获得三相的最终占空比，并施加在各自的igbt上。
[0217]
最后是不断检测电机、电控和电感的温度，当温度过高时降低功率，防止 器件热烧毁。
[0218]
本技术技术方案对于变母线电压的控制算法，其关键点是根据不同工况下 调节母线电容电压，车速较低时，可以通过减低母线电容电压，以降低电控的 开关损耗，改善三相电流谐波，高车速时，提高母线电容电压，来满足三相电 压的需求，或者为三相提供更高的电压输出，降低电机控制中的弱磁压力，进 而提升系统效率，或者提高电机最高转速，进而提高最高车速。
[0219]
三相交流电的控制按照svpwm进行调制，完成对三相交流电的幅值、相 位和频率的控制，进而实现对电机扭的控制。母线电容电压的控制主要是通过 在原有的三相调制脉冲的基础叠加一定值的方法来实现的，具体来讲，叠加三 相平均占空比后，使得三相上桥臂的每个开关周期的开通时间加长，三相下桥 臂的每个开关周期的开通时间变短，则母线电容的电压下降，调节三相平均占 空比值的大小以控制电容电压下降程度；相反，当减少三相平均占空比后，使 得三相上桥臂的每个开关周期的开通时间变短，三相下桥臂的每个开关周期的 开通时间变长，则母线电容的电压上升，调节三相平均占空比值的大小以控制 电容电压上升的程度；其中电感l起到稳定电池包输出电流的作用，同时起到 隔绝电池包正极对电机中性点的嵌位作用的功能。
[0220]
对于加热算法其关键点是控制母线电容电压周期性的波动，当电容电压上 升时，
实质为电池包对母线电容放电，增加电池包的放电电流；而当母线电容 电压下降时，实质为母线电容对电池包放电，该电流和电机驱动需求电流进行 叠加，首先当母线电容对电池包的放电电流大于电机驱动所需要的电池包放电 电流时，即电机驱动处于轻载工况时，电池包实际处于充电状态，其次当电容 对电池包的放电电流等于电机驱动所需要的电池包放电电流时，即电机驱动处 于中等负载工况时，电池包实际处于既不充电，也不放电的状态。最后当电容 对电池包的放电电流小于电机驱动所需要的电池包放电电流时，即电机驱动处 于重载工况时，电池包实际处于放电的状态。
[0221]
正常情况下多数为轻载工况，所以母线电容充电，母线电容电压上升时， 电池包的放电电流和电机驱动所需的放电电流叠加，使得电池包的放电电流增 加。而母线电容放电，母线电容电压下降时，母线电容对电池包的充电电流将 大于电机驱动所需要的电池包母线放电电流，使得电池包母线处于充电状态。 所以周期性的控制电容电压变化，将使得电池包母线也处于周期性的放电和充 电状态，电池包母线本身较常规驱动时的发热量大大增加，使得电池包快速升 温。
[0222]
根据电容充电、放电和整车行驶工况，可以分为以下几种状态：
[0223]
第一种状态：母线电容c1的电压上升时，实质为电池包103对母线电容 c1放电，此时增加了电池包103的放电电流，电流路径如图22所示；
[0224]
第二种状态：母线电容c1的电压下降时，实质为母线电容c1对电池包 103充电，该电流和电机驱动需求电池包103的放电电流进行叠加，母线电容 c1对电池包103的充电电流大于电机驱动所需要的电池包103放电电流时，即 电机驱动处于轻载工况时，电池包103实际处于充电状态，电流路径如图23 所示，
[0225]
第三种状态：母线电容c1的电压下降时，实质为母线电容c1对电池包 103充电，母线电容c1对电池包103的放电电流等于电机驱动所需要的电池包 103放电电流时，即电机驱动处于中等负载工况时，电池包103实际处于既不 充电，也不放电的状态，电流路径如图24所示。
[0226]
第四种状态：母线电容c1的电压下降时，为母线电容c1对电池包103充 电，母线电容c1对电池包103的放电电流小于电机驱动所需要的电池包103 放电电流时，即电机驱动处于重载工况时，电池包103实际处于放电的状态， 电流路径如图25所示。
[0227]
车辆启动后，刚开始的低速行驶多数为轻载工况，根据母线电容的充电、 放电情况，主要为上述的第一状态和第二状态，电池包将周期性的进行充电和 放电，由于电池包的放电电流由电容充电电流和驱动所需电流叠加完成，所以 电池包放电电流较大，会产生良好的加热效果，同时在一个周期内也存在电池 包的充电电流，充电电流是有母线电容对电池包的充电电流和驱动所需要的电 池包放电电流抵消后产生的，所以相对较小，作为辅助发热源。
[0228]
随着车速增加，电机驱动所需的功率越来越大，根据母线电容的充电、放 电情况，主要为上述的第一状态和第三状态，电池包处于断续放电状态，由于 电池包的放电电流由电容充电电流和驱动所需电流叠加完成，所以电池包放电 电流较大，会产生良好的加热效果，同时在一个周期内也存在电池包无电流的 情况。该工况下发热功率全部由电池包放电电流产生，但是该放电电流较普通 驱动时大很多，在电池包内部产热明显。
[0229]
待车进入重负载工况时，电机驱动所需的功率越来越大，根据母线电容的 充电、
放电情况，主要为上述的第一状态和第四状态，电池包只进行放电，一 段时间内电池包的放电电流由母线电容充电电流和驱动所需电流叠加完成，所 以电池包放电电流较大，会产生良好的加热效果，而另外一段时间内放电电流 是有母线电容对电池包的充电电流和驱动所需要的电池包放电电流抵消后产生 的，所以相对较小，作为辅助发热源。
[0230]
另外驻车状态时，也可按照上述控制方法进行电池加热，只是电机驱动所 需要的电池包放电电流为零，通过控制使得电池包进行周期性的放电和充电， 放电和充电阶段都能产热，电池包的整体加热效果较好。
[0231]
作为一种实施方式，如图26所示，控制方法进入降压充电模式后，所述控 制方法包括：
[0232]
步骤s401.获取电池包的目标电压和外部供电设备的电压。
[0233]
其中，对于电池包的目标电压，可以通过与电源管理器通信获取电池包充 满电时的目标电压；外部供电设备可以为高压充电柜，对于高压充电柜输出电 压的选取，由于高压充电柜输出较高的电压值可以降低充电电流，或者增加充 电功率。但是，高压充电柜输出电压值不能超出相关器件的最高耐压值，否则 会造成系统损坏。除此之外，高压充电柜输出电压过高会导致桥臂变换器损耗 增加，所以需要根据能量转换装置内部器件的耐压能力以及桥臂变换器的损耗 情况综合考虑选取合适的电压值。
[0234]
步骤s402.根据电池包的目标电压以及外部供电设备的电压控制桥臂变换 器，以调节电池包的电压。
[0235]
在步骤s402中，由于能量转换装置中母线电容与桥臂变换器并联连接，并 且电池包与电机以及桥臂变换器连接，当外部供电设备接入充电口后与母线电 容并联，根据电池包的目标电压以及外部供电设备的电压获取控制桥臂变换器 的pwm信号的占空比，可以根据电池包的目标电压以及外部供电设备的电压 按照预设公式进行计算获取控制三相桥臂的pwm信号的占空比，根据该占空 比控制三相桥臂的通断状态，进而得到所需求的电池包的电压。
[0236]
本实施方式在能量转换装置中通过电机的三相绕组的连接点引出n线，通 过n线连接电池包，并且桥臂变换器与母线电容以及外部供电设备并联连接， 通过设置该结构可以实现通过调节桥臂变换器中三相桥臂的占空比实现控制外 部供电设备对电池包的降压充电，并且当电池包的目标电压确定后，再根据电 池包的目标电压和外部供电设备的电压获取控制三相桥臂的占空比，当根据该 占空比控制控制三相桥臂的通断状态对外部供电设备输出的电压进行降压控制， 进而得到所需求的电池包的电压。
[0237]
进一步的，作为一种实施方式，如图27所示，步骤s402包括：
[0238]
步骤s411.根据电池包的目标电压以及外部供电设备的电压获取桥臂变换 器的三相电控制脉冲的第一平均占空比。
[0239]
其中，作为一种实施方式，步骤s411包括：
[0240]
根据所述电池包的目标电压以及所述外部供电设备的电压通过以下公式获 取三相电控制脉冲的第一平均占空比：
[0241]
u1＝u2×
d
0-ir
1-ir2，其中，u2为外部供电设备的电压，u1为电池包的目标 电压，d0为三相电控制脉冲的第一平均占空比，i为电机的输入电流，r1为三 相电机的等效阻抗，r2为电池包的内阻。
[0242]
步骤s412.根据所述第一平均占空对桥臂变换器的三相桥臂进行控制，以调 节母线电容的电压。
[0243]
在步骤s412，获取第一平均占空比后，即可以获取向三相桥臂输出的每相 占空比，其中，三相占空比的平均值为第一平均占空比。
[0244]
本实施方式根据获取的电池包的目标电压和外部供电设备的电压通过预设 公式进行计算，得到三相电控制脉冲的平均占空比，再根据平均占空比控制三 相桥臂，实现对外部供电设备输出电压的降压，使电池包的电压得到了提升。
[0245]
进一步的，作为另一种实施方式，如图28所示，步骤s402之后还包括：
[0246]
步骤s403.获取电池包的实际电压，根据电池包的实际电压与目标电压通 过pid调节器进行pid控制运算得到三相电控制脉冲的平均占空比变化量。
[0247]
在步骤s403中，进行pid控制(比例-积分-微分控制)的pid调节器是一 个在工业控制应用中常见的反馈回路部件，由比例单元p、积分单元i和微分 单元d组成。比例反应系统的当前偏差，通过比例系数可以调节以减小误差， 积分反应系统的累计偏差，使系统消除稳态误差，提高无差度，因为有误差， 积分调节就进行直至无误差，微分反应系统偏差信号的变化率，具有预见性， 能预见偏差变化的趋势，产生超前的控制作用，在偏差还没有形成之前，已被 微分调节作用消除，因此可以改善系统的动态性能。
[0248]
电池包电压的控制是通过对三相电控制脉冲的平均占空比的调节实现，假 设电池包目标电压为u
*
，电池包实际电压为u，则把电压差值(u
*-u)输入 到pid调节器，经pid调节器计算后输出三相脉冲的平均占空比变化量k(u
*-u)， 其中，k为比例系数，该比例系数可以根据母线电容的实际电压和供电模块的 电压确定。
[0249]
步骤s404.根据第一平均占空比和平均占空比变化量得到第二平均占空比。
[0250]
步骤s405.根据第二平均占空对三相桥臂进行控制，以调节母线电容的电 压。
[0251]
在步骤s404和步骤s405中，如果电池包实际电压u小于电池包目标电压 u
*
时，pid调节器输出的三相电控制脉冲的平均占空比变化量为平均占空比减 量，与第一平均占空比求和后会使第一平均占空比减小，进而使得电池包实际 电压增加；相反电池包实际电压u大于电池包目标电压u
*
时，pid调节器输出 的三相电控制脉冲的平均占空比为平均占空比增量，与第一平均占空比求和后 会使第一平均占空比增加，进而使得电池包实际电压降低。
[0252]
下面通过具体的电路结构对本实施方式进行具体说明，当能量转换装置的 充电口处于工作状态时，进入降压充电模式，充电口连接外部供电设备，开关 k5处于导通状态，包括以下两个阶段：
[0253]
第一阶段为充电储能回路工作：如图29所示，控制桥臂变换器101的下桥 臂断开，上桥臂闭合，桥臂变换器101的上桥臂开通时，电流由充电口106和 母线电容c1的正极出发，经过桥臂变换器101的上桥臂(第一上桥臂vt1、 第三上桥臂vt3、第五上桥臂vt5)、电机102、电感l后给电池包103的正 极充电，电流先增加后不断减小，母线电容c1的电压不断降低。
[0254]
第二阶段为充电续流回路工作：如图30所示，桥臂变换器101的下桥臂开 通时，电流由电机102和电感l流出，经过电池包103、桥臂变换器101的下 桥臂(第二下桥二极管vd2、第四下桥二极管vd4、第六下桥二极管vd6)， 流回电机102，同时，外部供电设备通过充
电口107对母线电容c1进行充电。
[0255]
对于降压充电模式，接通外部供电设备(例如，高压充电柜)后，通过控 制电控的igbt，将较高的充电柜电压降压处理后对电池进行充电，起到降压 充电的目的。降压充电可以发挥高压充电桩大功率的优势，加快充电效率，同 时，在同样的充电功率下，较高的电压会降低线束的电流值，降低成本，减小 发热量。
[0256]
降压充电的控制方法的关键点是调节充电柜的输出电压和电控三相桥臂的 占空比。首先确定充电柜的输出电压值，较高的电压值可以降低充电电流，或 者增加充电功率。但是，电压值不能超出相关器件的最高耐压值，否则会造成 系统损坏。除此之外，电压过高会导致电控损耗增加，所以需要综合考虑选取 合适的电压值。然后，对电控三相桥臂的igbt占空比进行控制，增加下桥臂 的占空比，则电池的充电电流减小；减小下桥臂占空比，则电池的充电电流增 大。
[0257]
本技术实施例三提供一种车辆，包括实施一例所述的能量转换装置。
[0258]
以上实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述 实施例对本技术进行了详细的说明，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技术各 实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本技术的保护范围之内。