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、车辆当前电池系统平台电压多为450v以下，为了提高续航与动力等指标，800v或更高电压动力电池平台成为后续整车的开发方向，目前大部分直流快充充电桩有三种规格：500v、750v和1000v。

2、因此新平台的车辆无法使用500v的快充桩充电，使用750v快充桩充不满动力电池。并且车辆的续航里程短，充电桩普及率不高。还会出现行驶到半路电量耗尽，找不到充电桩的问题。

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和车辆，旨在对不同充电电压协议的车辆实现充电兼容。

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，包括用于连接电池的第一连接口和第一开关模块，所述第一开关模块的第一端与所述第一连接口连接；

4、电机模块，包括逆变器和电机绕组，所述逆变器的输入端与所述第一开关模块的第二端连接，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；

5、充配电模块，具有用于连接外部设备的第二连接口，所述第二连接口与所述第一连接口或者与所述第一开关模块的第二端连接，所述第二连接口还与三相绕组中任意一相的第二端或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，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和电机升压充电模式、用于使电池向外部设备进行充电的电机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，以将电池输出的电压通过所述电池连接电路输出给所述电机绕组。

8、可选地，所述控制器用于在接收到所述电机升压充电模式的控制信号时，控制所述充配电模块接入外部设备的电源，并控制所述逆变器将外部设备的电源电压传输至所述电机绕组进行储能，以及控制所述逆变器将所述电机绕组的第一储能能量和外部设备的电源电压叠加后通过所述电池连接电路输出给电池进行充电。

9、可选地，所述第一开关模块包括主正开关和主负开关，所述充配电模块包括快充正开关和快充负开关，所述快充正开关连接于所述第一连接口的第一端和外部设备之间，所述快充负开关连接于所述第二连接口的第二端和所述第一连接口的第二端之间，所述主正开关连接于所述第一连接口的第一端和所述逆变器的第一汇流端之间，所述主负开关连接于所述第一连接口的第二端和所述逆变器的第二汇流端之间，所述第二连接口与三相绕组中任意一相的第二端连接。

10、可选地，所述电机升压充电模式包括：

11、第一储能阶段，所述控制器控制所述快充正开关和所述主正开关导通，控制所述主负开关和所述快充负开关断开，以及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，所述第一上桥臂开关为未与所述充配电模块的第二连接口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，

12、升压充电阶段，所述控制器控制所述快充正开关和所述主负开关导通，控制所述主正开关和所述快充负开关断开；以及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的所有桥臂开关断开，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。

13、可选地，所述第一开关模块包括主正开关和主负开关，所述充配电模块包括快充正开关和快充负开关，所述快充正开关连接于所述第一连接口的第一端和外部设备之间，所述快充负开关连接于所述第二连接口的第二端和所述第一连接口的第二端之间，所述主正开关连接于所述第一连接口的第一端和所述逆变器的第一汇流端之间，所述主负开关连接于所述第一连接口的第二端和所述逆变器的第二汇流端之间，所述第二连接口与三相绕组的第一端连接。

14、可选地，所述电机升压充电模式包括：

15、第一储能阶段，所述控制器控制所述快充正开关和所述主正开关导通，控制所述主负开关和所述快充负开关断开，以及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；和/或，

16、升压充电阶段，所述控制器控制所述快充正开关和所述主负开关导通，控制所述主正开关和所述快充负开关断开；以及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的所有桥臂开关断开。

17、可选地，所述控制器用于在接收到所述电机降压放电模式的控制信号时，控制所述逆变器将电池输出的电源电压传输至所述电机绕组进行储能，以及控制所述逆变器将所述电机绕组的第二储能能量输出给外部设备进行充电。

18、可选地，所述第一开关模块包括主正开关和主负开关，所述充配电模块包括快充正开关和快充负开关，所述快充正开关连接于所述第一连接口的第一端和外部设备之间，所述快充负开关连接于所述第二连接口的第二端和所述第一连接口的第二端之间，所述主正开关连接于所述第一连接口的第一端和所述逆变器的第一汇流端之间，所述主负开关连接于所述第一连接口的第二端和所述逆变器的第二汇流端之间，所述第二连接口与三相绕组中任意一相的第二端连接。

19、可选地，所述电机降压放电模式包括：

20、第二储能阶段，所述控制器控制所述快充正开关和所述主负开关导通，控制所述主正开关和所述快充负开关分别断开，以及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；

21、所述第一下桥臂开关为未与所述充配电模块的第二连接口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，

22、降压放电阶段，所述控制器控制所述快充正开关和所述主正开关导通，控制所述快充负开关和所述主负开关断开，以及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，或者控制所述逆变器的所有桥臂开关断开，所述第一上桥臂开关与所述第一下桥臂开关连接于同一相绕组。

23、可选地，所述第一开关模块包括主正开关和主负开关，所述充配电模块包括快充正开关和快充负开关，所述快充正开关连接于所述第一连接口的第一端和外部设备之间，所述快充负开关连接于所述第二连接口的第二端和所述第一连接口的第二端之间，所述主正开关连接于所述第一连接口的第一端和所述逆变器的第一汇流端之间，所述主负开关连接于所述第一连接口的第二端和所述逆变器的第二汇流端之间，所述第二连接口与三相绕组的第一端连接。

24、可选地，所述电机降压放电模式包括：

25、第二储能阶段，所述控制器控制所述快充正开关和所述主负开关导通，控制所述主正开关和所述快充负开关分别断开，以及控制所述逆变器的至少一个下桥臂开关导通，控制所述逆变器其余的桥臂开关断开；和/或，

26、降压放电阶段，所述控制器控制所述快充正开关和所述主正开关导通，控制所述快充负开关和所述主负开关断开，以及控制与所述逆变器在第二储能阶段导通的下桥臂开关同一相绕组的上桥臂开关导通，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的所有桥臂开关断开。

27、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，对所述电机模块和所述充配电模块进行控制，以对电池进行加热。

28、可选地，所述电池脉冲充放电加热模式包括第一电池脉冲充放电加热模式，所述第一开关模块包括主正开关和主负开关，所述充配电模块包括快充正开关和快充负开关，所述快充正开关连接于所述第一连接口的第一端和外部设备之间，所述快充负开关连接于所述第二连接口的第二端和所述第一连接口的第二端之间，所述主正开关连接于所述第一连接口的第一端和所述逆变器的第一汇流端之间，所述主负开关连接于所述第一连接口的第二端和所述逆变器的第二汇流端之间，所述电机模块包括第一电容，所述第一电容并联连接于所述逆变器的第一汇流端和第二汇流端之间，所述第二连接口与三相绕组中任意一相的第二端连接。

29、可选地，所述第一电池脉冲充放电加热模式包括：

30、第三储能阶段，所述控制器控制所述主正开关和所述快充负开关导通，控制所述主负开关和所述快充正开关断开，以及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；

31、所述第一上桥臂开关为未与所述充配电模块的第二连接口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，

32、第四储能阶段，所述控制器控制所述主正开关和所述快充负开关导通，控制所述主负开关和所述快充正开关断开，以及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的所有桥臂开关断开；

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、第一放能阶段，所述控制器控制所述主正开关和所述快充负开关导通，控制所述主负开关和所述快充正开关断开，以及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；

35、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，

36、第二放能阶段，所述控制器控制所述主正开关和所述快充负开关导通，控制所述主负开关和所述快充正开关断开，以及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的所有桥臂开关断开。

37、可选地，所述电池脉冲充放电加热模式包括第一电池脉冲充放电加热模式，所述第一开关模块包括主正开关和主负开关，所述充配电模块包括快充正开关和快充负开关，所述快充正开关连接于所述第一连接口的第一端和外部设备之间，所述快充负开关连接于所述第二连接口的第二端和所述第一连接口的第二端之间，所述主正开关连接于所述第一连接口的第一端和所述逆变器的第一汇流端之间，所述主负开关连接于所述第一连接口的第二端和所述逆变器的第二汇流端之间，所述电机模块包括第一电容，所述第一电容并联连接于所述逆变器的第一汇流端和第二汇流端之间，所述第二连接口与三相绕组的第一端连接。

38、可选地，所述第一电池脉冲充放电加热模式包括：

39、第三储能阶段，所述控制器控制所述主正开关和所述快充负开关导通，控制所述主负开关和所述快充正开关断开，以及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；和/或，

40、第四储能阶段，所述控制器控制所述主正开关和所述快充负开关导通，控制所述主负开关和所述快充正开关断开，以及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的所有桥臂开关断开；和/或，

41、第一放能阶段，所述控制器控制所述主正开关和所述快充负开关导通，控制所述主负开关和所述快充正开关断开，以及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；和/或，

42、第二放能阶段，所述控制器控制所述主正开关和所述快充负开关导通，控制所述主负开关和所述快充正开关断开，以及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的所有桥臂开关断开。

43、可选地，所述电池脉冲充放电加热模式包括第二电池脉冲充放电加热模式，所述第一开关模块包括主正开关和主负开关，所述充配电模块包括快充正开关和快充负开关，所述快充正开关连接于所述第一连接口的第一端和外部设备之间，所述快充负开关连接于所述第二连接口的第二端和所述第一连接口的第二端之间，所述主正开关连接于所述第一连接口的第一端和所述逆变器的第一汇流端之间，所述主负开关连接于所述第一连接口的第二端和所述逆变器的第二汇流端之间，所述第二连接口包括正极端和负极端，所述充配电模块包括第二电容，所述第二电容的第一端与第一连接口的第一端或者快充正开关连接，所述第二电容的第二端与快充负开关连接，所述第二连接口与三相绕组中任意一相的第二端连接。

44、可选地，所述第二电池脉冲充放电加热模式包括：

45、第五储能阶段，所述控制器控制所述主负开关导通，控制所述主正开关、所述快充正开关和所述快充负开关断开，以及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；

46、所述第一下桥臂开关为未与所述充配电模块的第二连接口连接的两相绕组对应的两个下桥臂开关中的任意一个或者两个；和/或，

47、第六储能阶段，所述控制器控制所述主正开关导通，控制所述主负开关、所述快充正开关和所述快充负开关断开，以及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，或者控制所述逆变器的所有桥臂开关断开；

48、所述第一上桥臂开关与所述第一下桥臂开关连接于同一相绕组；和/或，

49、第三放能阶段，所述控制器控制所述主正开关导通，控制所述主负开关、所述快充正开关和所述快充负开关断开，以及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；

50、所述第一上桥臂开关与所述第一下桥臂开关连接于同一相绕组；和/或，

51、第四放能阶段，所述控制器控制所述主负开关导通，控制所述主正开关、所述快充正开关和所述快充负开关断开，以及控制所述逆变器在第五储能阶段导通的下桥臂开关导通，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的所有桥臂开关断开。

52、可选地，所述电池脉冲充放电加热模式包括第二电池脉冲充放电加热模式，所述第一开关模块包括主正开关和主负开关，所述充配电模块包括快充正开关和快充负开关，所述快充正开关连接于所述第一连接口的第一端和外部设备之间，所述快充负开关连接于所述第二连接口的第二端和所述第一连接口的第二端之间，所述主正开关连接于所述第一连接口的第一端和所述逆变器的第一汇流端之间，所述主负开关连接于所述第一连接口的第二端和所述逆变器的第二汇流端之间，所述第二连接口包括正极端和负极端，所述充配电模块包括第二电容，所述第二电容串联连接于所述快充正开关和所述快充负开关之间，所述第二连接口与三相绕组的第一端连接。

53、可选地，所述第二电池脉冲充放电加热模式包括：

54、第五储能阶段，所述控制器控制所述主负开关导通，控制所述主正开关、所述快充正开关和所述快充负开关断开，以及控制所述逆变器的至少一个下桥臂开关导通，控制所述逆变器其余的桥臂开关断开；和/或，

55、第六储能阶段，所述控制器控制所述主正开关导通，控制所述主负开关、所述快充正开关和所述快充负开关断开，以及控制与所述逆变器在第五储能阶段导通的下桥臂开关同一相绕组的上桥臂开关导通，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的所有桥臂开关断开；和/或，

56、第三放能阶段，所述控制器控制所述主正开关导通，控制所述主负开关、所述快充正开关和所述快充负开关断开，以及控制与所述逆变器在第五储能阶段导通的下桥臂开关同一相绕组的上桥臂开关导通，控制所述逆变器其余的桥臂开关断开；和/或，

57、第四放能阶段，所述控制器控制所述主负开关导通，控制所述主正开关、所述快充正开关和所述快充负开关断开，以及控制所述逆变器在第五储能阶段导通的下桥臂开关导通，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的所有桥臂开关断开。

58、可选地，其特征在于，所述充配电模块还包括：

59、泄放回路，所述泄放回路并联连接于所述第二电容的第一端和第二端，所述泄放回路用于在所述能量转换装置进入升压充电模式前对所述第二电容进行电压预充，并在能量转换装置退出升压充电模式后对所述第二电容进行电压泄放。

60、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进行充电。

61、可选地，所述充配电模块包括升压开关、快充正开关和快充负开关，所述快充正开关连接于所述第一连接口的第一端和外部设备之间，所述快充负开关连接于所述第二连接口的第二端和所述第一连接口的第二端之间，所述升压开关连接于所述快充负开关和所述三相绕组中的任意一相的第二端或三相绕组的第一端之间。

62、可选地，所述直接充电模式包括：

63、直接充电阶段，所述控制器控制所述快充正开关和所述快充负开关导通，以及控制所述升压开关断开。

64、可选地，所述能量转换装置还包括：

65、直流充电座，所述充配电模块和所述电池连接电路通过所述直流充电座连接外部设备。

66、可选地，所述直流充电座具有t型接口，所述t型接口包括第一端第二端和第三端，所述t型接口的第一端与所述充配电模块的第二连接口连接，所述t型接口的第二端和第三端分别与所述电池连接电路的第一连接口连接。

67、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与所述电池正极连接端连接，所述分流器的第一端与所述电池连接电路的第一连接口的第二端连接，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，所述主正开关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主负开关的第一端连接。

68、可选地，所述第二连接口包括正极端和负极端，所述正极端与所述主保险丝的第二端连接，所述负极端与所述分流器的第二端连接。

69、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，所述电池模块与所述能量转换装置中电池连接电路的第一连接口电连接。

70、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，从而将充电设备输出的低电压进行转换后输出高电压给车辆中的电池充电，或者将车辆中电池输出的低电压进行转换后输出高电压给其他车辆中的电池充电。如此可以对不同充电电压协议的车辆实现充电兼容，并且一个能量转换装置可以具备多种工作模式，适用于多种车辆与外部设备电压不匹配的情况。通过改变充配电模块的第二连接口与电池连接电路中第一连接口和第一开关模块的连接关系，也可以形成不同结构的能量转换装置，适用于不同的场景。