CN112297902B - 能量转换装置、动力***及车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电子技术领域，提供一种能量转换装置、动力***及车辆，能量转换装置包括：电机，其包括电机线圈，电机线圈与外部直流充电口的第二端连接；桥臂变换器，其包括第一汇流端、第二汇流端和多条引出线，第一汇流端与外部电池的第一端连接，第二汇流端分别与外部直流充电口的第一端、外部电池的第二端连接，桥臂变换器通过多条引出线与电机线圈连接。将该装置应用于交通工具时，能够使车辆的电机驱动和电池充电的过程中复用桥臂变换器和电机线圈，提高了电路集成度，从而解决了现有技术中汽车零部件集成度低、占用空间大的技术问题。

Description

能量转换装置、动力***及车辆
技术领域
本申请属于电子技术领域，尤其涉及一种能量转换装置、动力***及车辆。
背景技术
在电动汽车这一领域，电机、电控、减速器、升压直流电源DC作为电动汽车的重要组成部分，几乎所有的新能源车型都配有这几种模块，但其在整车上的集成方法各有不同，最早的车型是将几个模块分别开发，然后在整车上用线束、支架等连接起来，后来有些车型开始是将这几个模块中的其中两个模块集成，例如目前出现电机减速器二合一，电控与直流电源DC物理集成的二合一等，电动汽车零部件不断朝着多模块集成的方向发展。
但是目前这种集成方式受控于集成电路的连接关系，集成效果并不理想，只能多个模块分开设计和安装，或者其中的两个或者三个集成，其成本较高、占用整车空间仍然较大。
发明内容
本申请实施例提供一种车辆及其能量转换装置与动力***，以解决汽车零部件集成度低、占用空间大的技术问题。
本申请是这样实现的，一种能量转换装置，其包括：
电机，其包括电机线圈，电机线圈与外部直流充电口的第二端连接；
桥臂变换器，其包括第一汇流端、第二汇流端和多条引出线，第一汇流端与外部电池的第一端连接，第二汇流端分别与外部直流充电口的第一端、外部电池的第二端连接，桥臂变换器通过多条引出线与电机线圈连接；
外部电池、桥臂变换器、电机线圈形成驱动电机的驱动电路；
电机线圈、桥臂变换器与外部直流充电口形成对外部电池进行充电的直流充电电路；
电机线圈包括第一相线圈、第二相线圈和第三相线圈，每一相线圈包括N个线圈支路，每一相线圈中的N个线圈支路的第一端共接后通过引出线与桥臂变换器连接，每一相线圈中的N个线圈支路的第二端与其他两相线圈中的N个线圈支路的第二端一一对应连接，以形成N个中性点，外部直流充电口与M个中性点连接；其中，N为大于1的整数，M为小于N的正整数；
获取M数值的方法包括：
控制电机线圈中的一相线圈、与一相线圈连接的一相桥臂与外部直流充电口形成对外部电池进行充电的直流充电电路；
通过控制一相桥臂中功率开关的导通状态，计算直流充电电路的目标电感量Lneed；
调整外部直流充电口与中性点连接的数量，控制电机线圈、桥臂变换器与外部直流充电口形成对外部电池进行充电的直流充电电路，分别计算出不同中性点数量下的实际电感量L1、L2、L3…；
根据目标电感量和实际电感量确定外部直流充电口与中性点连接的数量，从而得到M数值。
本申请的另一目的在于提供一种动力***，其包括上述能量转换装置和控制模块，其中，能量转换装置包括：
电机，其包括电机线圈，电机线圈与外部直流充电口的第二端连接；
电机控制模块，其包括桥臂变换器，桥臂变换器包括第一汇流端、第二汇流端和多条引出线，第一汇流端与外部电池的第一端连接，第二汇流端分别与外部直流充电口的第一端、外部电池的第二端连接，桥臂变换器通过多条引出线与电机线圈连接；
控制模块用于控制外部电池、桥臂变换器、电机线圈形成驱动电机的驱动电路，还用于控制电机线圈、桥臂变换器与外部直流充电口形成对外部电池进行充电的直流充电电路；
电机的驱动电路和直流充电电路共用电机线圈。
本申请的另一目的在于提供一种车辆，车辆包括上述动力***。
本申请提供一种能量转换装置、动力***及车辆，通过在能量转换装置中采用电机和桥臂变换器，使得该能量转换装置可分时工作于驱动模式和直流充电模式，当用于进行驱动电机时，外部电池、桥臂变换器、电机线圈形成驱动电机的驱动电路，当用于直流充电时，外部直流充电口、电机线圈、桥臂变换器、外部电池形成对外部电池充电的直流充电电路。因此，在驱动电路和充电电路中，复用了桥臂变换器和电机线圈，既精简了电路结构，也提升了集成度，从而解决了现有技术中汽车零部件集成度低、占用空间大的技术问题。
附图说明
图1是本申请第一实施例所提供的装置的模块结构示意图；
图2是本申请第一实施例所提供的装置的结构示意图；
图3是本申请第二实施例所提供的装置的部分结构示意图；
图4是本申请第三实施例所提供的装置的部分结构示意图；
图5是本申请第四实施例所提供的装置的结构示意图；
图6是本申请第五实施例所提供的装置的结构示意图；
图7是本申请第六实施例所提供的动力***的模块示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请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申请，并不用于限定本申请。
以下结合具体附图对本申请的实现进行详细的描述：
图1示出了本申请一实施例提供的能量转换装置1的模块结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：
如图1所示，本申请实施例所提供的能量转换装置1包括电机11和桥臂变换器12。
具体地，参见图1，电机11包括电机线圈111，电机线圈111与外部直流充电口2的第二端连接；
桥臂变换器12包括第一汇流端、第二汇流端和多条引出线，第一汇流端与外部电池3的第一端连接，第二汇流端分别与外部直流充电口2的第一端、外部电池3的第二端连接，桥臂变换器12通过多条引出线与电机线圈111连接。
该能量转换装置1分时工作于驱动模式和充电模式。
当该能量转换装置1工作于驱动模式时，外部电池3、桥臂变换器12、电机线圈111形成驱动电机11的驱动电路。
当该能量转换装置1工作于充电模式时，电机线圈111、桥臂变换器12与外部直流充电口2形成对外部电池3进行充电的直流充电电路。
在上述驱动电路中，外部电池3输入直流电，桥臂变化器12将直流电转换为三相交流电，以驱动电机11。
在上述直流充电电路中，外部直流充电口2输入直流电，切换桥臂变换器12中的功率开关的通断状态，配合电机线圈111实现储能和释能，桥臂变换器12输出经过升压的直流电，以供外部电池3充电。
对于电机11中的电机线圈111，在上述直流充电电路中，用于储能和释能，在上述驱动电路中，用于驱动电机11.
对于桥臂变换器12，在上述直流充电模式中，用于与电机线圈111进行配合，实现对电压的升压过程，在上述驱动模式中，用于将直流电转换为三相交流电，以驱动电机111。
具体实施时，该能量转换装置1用于充电时，该能量转换装置1可通过外部直流充电口2与外部的直流电源连接，直流电源可以是外部交流电源通过充电口再经过整流后获得的直流电，也可以是外部直流电源通过外部直流充电2口输入的直流电。
此外，需要说明的是，具体工作时，该能量转换装置1不仅可以工作于上述的驱动模式、直流充电模式，其还可以工作于直流放电模式，后续将对该能量转换装置1的各种工作模式进行详细说明，此处不再赘述。
另外，在本申请中，本实施例中所描述的“外部电池”、“外部直流充电口”和“外部交流充电口”是相对于能量转换装置1而言的“外部”，并不是能量转换装置1所在车辆的“外部”。
进一步地，作为本申请一种实施方式，如图2所示，电机线圈111包括第一相线圈U、第二相线圈V和第三相线圈W。
具体地，参见图2，每一相线圈包括N个线圈支路，每一相线圈中的N个线圈支路的第一端共接后通过引出线与桥臂变换器12连接，每一相线圈中的N个线圈支路的第二端与其他两相线圈中的N个线圈支路的第二端一一对应连接，以形成N个中性点，外部直流充电口2与M个中性点连接；其中，N为大于1的整数，M为小于N的正整数。
需要注意的是，每一相线圈可以与桥臂变换器12配合，实现对外部直流充电口2输入的直流电进行升压，同时，若经过升压的直流电的充电功率需要达到需求，线圈的电感量应当要达到预期的电感量。
进一步地，作为本申请一种实施方式，提供了一种获取接入的线圈达到预期的电感量时，所需要接入的中性点数量M的方法。
具体地，获取M数值的方法包括：
步骤101：控制电机线圈111中的一相线圈、与一相线圈连接的一相桥臂与外部直流充电口2形成对外部电池3进行充电的直流充电电路。
步骤102：通过控制一相桥臂中功率开关的导通状态，计算直流充电电路的目标电感量Lneed。
步骤103：调整外部直流充电口2与中性点连接的数量，控制电机线圈111、桥臂变换器12与外部直流充电口2形成对外部电池3进行充电的直流充电电路，分别计算出不同中性点数量下的实际电感量L1、L2、L3…。
步骤104：根据目标电感量和实际电感量确定外部直流充电口2与中性点连接的数量，从而得到M数值。
为能够更好地理解步骤101至步骤104的技术内容，对桥臂变换器12的结构进行说明，桥臂变换器至少包括并联连接的三相桥臂，每相桥臂的中点与电机线圈111中的一相线圈一一对应连接，通过切换每相桥臂的功率开关，能够与电机线圈111中的每相线圈配合，实现对直流电的升压过程。例如，桥臂变换器12包括相互并联连接的三相桥臂，分别是第一相桥臂121、第二相桥臂122、第三相桥臂123，每一相桥臂包括两个串联连接的功率开关，每相桥臂中两个功率开关的中点与每相线圈一一对应连接。
为能够更清楚的理解步骤101至104的技术内容，在以下对技术方案的描述中，以一相桥臂指定为第一相桥臂121、一相线圈指定为第一相线圈U作为说明。需要注意的是，一相线圈可以是第一相线圈U，也可以是第二相线圈V，还可以是第三相线圈W，与第一相线圈U连接的一相桥臂是第一相桥臂，与第二相线圈V连接的一相桥臂是第二相桥臂，与第三相线圈W连接的一相线圈时第三相桥臂。
对于上述步骤101，具体是通过切换第一相桥臂121中的功率开关，以实现外部直流充电口2、第一相线圈111、第一相桥臂121形成对外部电池3的直流充电电路。
对于上述步骤102，具体是切换第一相桥臂121中的第一功率开关Q1和第二功率开关Q2的导通状态，计算出直流充电电路的目标电感量Lneed。
对于上述步骤103，具体是通过调整外部直流充电口2与中性点连接的数量M，控制电机线圈111中接入线圈直流的数量，计算在不接入不同数量中性点数量M的条件下，在外部直流充电口2、第一相线圈U、第一相桥臂121、外部电池3形成直流充电电路中的第一相线圈U产生的实际电感量。
对于上述步骤104，具体是判断目标电感量Lneed和实际电感量L的大小，进而确定接入中性点连接的数量M。
在本实施例中，通过采用包括电机11和桥臂变换器12的能量转换装置1，使得该能量转换装置1可分时工作于驱动模式和直流充电模式，当用于进行驱动电机11时，外部电池2、桥臂变换器12、电机线圈111形成驱动电机11的驱动电路，当用于直流充电时，外部直流充电口2、电机线圈111、桥臂变换器12、外部电池3形成对外部电池充电的直流充电电路，因此，在驱动电路和充电电路中，复用了桥臂变换器12和电机线圈111，既精简了电路结构，也提升了集成度，从而解决了现有技术中汽车零部件集成度低、占用空间大的技术问题。同时，本实施例还提供一种计算接入中性点的数量的方法，使复用的电机线圈111满足电感量的需求，有效地提高了对外部电池3的充电功率，提升了充电效率。
进一步地，作为本申请一种实施方式，上述步骤102具体还包括以下步骤：
步骤1021：控制一相桥臂中一功率开关导通，一功率开关、一相线圈、外部直流充电口2形成储能回路，计算获得一相线圈的电流增量。
步骤1022：控制一相桥臂中的一功率开关断开，另一功率开关导通，一相线圈、另一功率开关、外部电池3形成释能回路，计算获得第一线圈的电流减量。
步骤1023：根据电流增量和电流减量获得一相线圈的目标电感量Lneed。
对于上述步骤1021，具体是控制第一相桥臂中的第二功率开关Q2导通、第一功率开关Q1断开，外部直流充电口2、第一相线圈U、第二功率开关Q2形成对第一相线圈U的储能回路，计算储能过程中第一相线圈U的电流增量。
对于上述步骤1022，具体是控制第一相桥臂121中的第一功率开关导通、第二功率开关Q2断开，外部直流充电口2、第一相线圈U、第一功率开关Q1、外部电池3形成第一相线圈U的释能回路，计算释能过程中第一相线圈U的电流减量。
在本实施例中，通过切换第一功率开关Q1和第二功率开关Q2，以获得第一相线圈的目标电感量Lneed。
对于上述步骤1021，具体地，当第二功率开关Q2导通时，第二功率开关Q2的漏极电流VDS较小，第一相线圈U产生电压降IL×RL，进而获得以下公式(1)：
VL＝VI-(VDS+IL×RL) (1)
其中，VI代表外部直流充电口2的输入电压，VDS代表第二功率开关Q2的漏极电压，RL代表第一相线圈U的电阻。
需要注意的是，第一相线圈U的电流随着外加电压的增大而增大，同时，第一相线圈U两端的电压值为恒定值，导致经过第一相线圈U的电流IL线性增加，通过以下公式(2)获得第一相线圈U两端的电压与第一相线圈U的电感量之间的关系：
Figure BDA0002147631120000081
其中，L代表第一相线圈U的电感量，t代表第一相线圈U导通的时间。
根据上述公式(1)和公式(2)计算获得电流增量，电流增量的计算公式(3)如下所示：
Figure BDA0002147631120000082
其中，ΔIL(+)代表第一相线圈U的电流增量，TON代表第二功率开关Q2导通的时间。
在本实施例中，通过公式(3)能够获得第二功率开关Q2导通状态下，第一相线圈U的电流增量。
对于上述步骤1022，具体地，当第一功率开关Q1导通时，第二功率开关Q2断开时，第二功率开关Q2的漏极阻抗变高，同时流过第一相线圈U的电感量L的电流不能瞬间改变，从而导致充电电路中的电流从第二功率开关Q2转移到第二功率开关，此时经过第一相线圈U的电流降低，第一相线圈U两端电压产生反转极性，第一相线圈U两端的电压可以通过以下公式(4)计算得到：
VL＝(VO+Vd+IL×RL)-VI (4)
其中，VO代表外部电池3的输出端电压，Vd代表第一功率开关Q1两端的电压。
需要注意的是，第一相线圈U的电流在第二功率开关Q2断开、第一功率开关Q1导通的时间内减小，同时第一相线圈U两端的电压时恒定值，故而第一相线圈U的电流线性减小，具体通过以下公式(5)计算得到：
Figure BDA0002147631120000091
其中，ΔIL(-)代表第一相线圈U的电流减量，TOFF代表第二功率开关Q2断开且第一功率开关Q1导通的时间。
在本实施例中，通过公式(5)能够获得第二功率开关Q2断开状态下，第一相线圈U的电流减量。
对于上述步骤1023，在连续切换第一功率开关Q1、第二功率开关Q2的导通和断开状态下，当电流增量和电流减量相等时，外部直流充电口2、第一相线圈U、第一相桥臂121、外部电池3形成的直流充电电路处于稳定状态，同时，在理想状态下，第二功率开关Q2的漏极电流VDS、第一相线圈U的电阻RL、第一功率开关Q1两端的电压Vd数值均较小可以忽略不计，D1+D2＝1，TON+TOFF＝1，计算ΔIL(-)＝ΔIL(+)，获得
Figure BDA0002147631120000092
将
Figure BDA0002147631120000093
带入上述公式(3)和公式(4)中，进而获得外部直流充电口2的输入电压VI与电池的输出端电压VO之间的线性关系，并基于线性关系获得目标电感量，通过以下公式(6)计算获得目标电感量：
Figure BDA0002147631120000094
其中，Lneed代表目标电感量，VO代表电池的输出端电压，VI代表外部直流充电口2的输入电压，D1代表第二功率开关导通的占空比，D2代表第二功率开关断开的占空比，ΔI1代表在第二功率开关断开的时间内外部直流充电口2的输入电流的变化量，f代表一功率开关切换导通和断开的频率。
在本实施例中，通过上述公式(6)能够计算出在连续切换第一功率开关Q1、第二功率开关Q2的导通和断开状态下，第一相线圈U的目标电感量。
对于上述步骤103，具体是通过以下公式(7)计算获得第一相线圈U的实际电感量：
Figure BDA0002147631120000101
其中，L代表实际电感量，V1代表外部直流充电口2的输入电压，I1代表t1时刻通过第一相线圈U的电流，I2代表t2时刻通过第一相线圈U的电流。
进一步地，当需要计算外部直流充电口2接入不同中性点数量的第一相线圈的电感量时，利用上述公式(7)进行重复计算，以获得不同中性点数量下的实际电感量L1、L2、L3…。
在本实施例中，通过上述公式(7)能够获得第一相线圈U的实际电感量。
对于上述步骤104，具体地，将实际电感量与目标电感量进行大小比较，当实际电感量大于目标电感量时，此刻外部直流充电口2与中性点连接的数量为M的数值。
优选地，在上述步骤103中，针对接入同一中性点数量的第一相线圈U，由于第一相线圈U旋转在不同位置时的电感量不同，测试处于不同位置的第一相线圈U的所产生的电感量，按照上述步骤103的方法，对处于不同位置的第一相线圈U进行测试，获得处于不同位置的第一相线圈U的所产生电感量，从而获得不同位置下的多个第一相线圈U的电感量，将其中最小的电感量作为第一相线圈U的实际电感量。也就是说，当第一相线圈U的所有位置的电感量均大于或等于目标电感量Lneed时，将此刻外部直流充电口2与中性点连接的数量为M的数值，根据第一相线圈U的实际电感量确定第一相线圈U中所需要接入中性点的数量。
在本实施例中，通过比较实际电感量与目标电感量的大小，获取外部直流充电口2与中性点连接的数量为M的数值，以满足直流充电电路的升压要求，增大充电功率。
通过上述步骤101至步骤104的实施，能够判断所需接入中性点的数量，以满足直流充电电路的升压的需求，提升充电功率。
需要注意的是，上述详细描述了以第一相线圈U为例，计算第一相线圈U中接入中性点连接的数量方法，同时，第二相线圈V、第三相线圈W中接入中性点连接的数量方法如第一相线圈U中接入中性点连接的数量计算方法，如上步骤101至104所述，另外，优选地，针对在旋转不同位置的第二相线圈V和第三相线圈W，测试第二相线圈V和第三相线圈W所处不同位置的电感量，获得多组数据，确定接入第二相线圈V和第三相线圈W所需要接入的中性点数量，以使第二相线圈V和第三相线圈W在任何位置均大于或等于目标电感量Lneed，满足直流电路的升压要求。
需要注意的是，在外部直流充电口2、电机线圈111、桥臂变换器12、外部电池3形成的直流充电电路中，可以是电机线圈111中的一相线圈与桥臂变换器12中的一相桥臂形成直流充电电路，也可以是电机线圈111中的两相线圈与桥臂变换器12中的两相桥臂形成直流充电电路，还可以是电机线圈111中的三相线圈与桥臂变换器12中的三相桥臂形成直流充电电路，此处不做具体限制，计算每相线圈所需要的接入的中性点数量如上步骤101至步骤104相同，此处不再赘述。
进一步地，作为本申请一种实施方式，如图3所示，该能量转换装置1还包括中性点开关13。
具体地，参见图3，中性点开关13连接在中性点与外部直流充电口之间，中性点开关13用于控制电机线圈111的N个中性点中的M个中性点与外部直流充电口2连接。
在本实施例中，中性点开关13可以控制电机线圈111的N个中性点中的M个中性点与外部直流充电口2连接，以使电机线圈111的电感量满足直流充电电路的升压要求，增加充电功率，提升对外部电池3的充电效率。
进一步地，作为本申请一种实施方式，如图4所示，该能量转换装置1还包括第一开关模块14。
具体地，参见图4，第一开关模块14连接桥臂变换器12和电机线圈111之间，第一开关模块14用于控制各相线圈与桥臂变换器12的连接。
在本实施例中，通过第一开关模块14能够控制电机线圈111中的任几相线圈与桥臂变换器12连接形成直流充电电路，增加了电路的使用的灵活性。
进一步地，作为本申请一种实施方式，如图5所示，桥臂变换器12包括第一相桥臂121、第二相桥臂122和第三相桥臂123，第一第一开关模块14包括第一开关K1、第二开关K2和第三开关K3。
具体地，参见图5，第一相桥臂121包括串联连接的第一功率开关Q1和第二功率开关Q2，第一功率开关Q1和第二功率开关Q2的第一中点通过第一引出线与第一开关K1的第一端连接，第一开关K1的第二端通过第一引出线与第一相线圈U连接，第二相桥臂122包括串联连接的第三功率开关Q3和第四功率开关Q4，第三功率开关Q3和第四功率开关Q4的第二中点通过第二引出线与第二开关K2的第一端连接，第二开关K2的第二端通过第二引出线与第二相线圈V连接，第三相桥臂123包括串联连接的第五功率开关Q5和第六功率开关Q6，第五功率开关Q5和第六功率开关Q6的第三中点通过第三中点与第三开关K3的第一端连接，第三开关K3的第二端通过第三引出线与第三相线圈W连接，第一功率开关Q1的第一端、第三功率开关Q3的第一端、第五功率开关Q5的第一端共接形成桥臂变换器12的第一汇流端，第二功率开关Q2的第二端、第四功率开关Q4的第二端、第六功率开关Q6的第二端共接形成桥臂变换器12的第二汇流端。
其中，第一功率开关Q1和第二功率开关Q2的第一中点是指位于第一功率开关Q1与第二功率开关Q2的连接线上的点，线圈通过该点同时与第一功率开关Q1和第二功率开关Q2连接，同理，可以推知第二中点和第三中点的位置，在此不再赘述。
需要说明的是，在本实施方式中，桥臂变换器12中多个功率开关可采用并联有二极管、且能执行开关动作的器件实现，例如功率三极管、金属-氧化层半导体场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)、绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)等开关器件。
具体地，当第一开关K1导通，第二开关K2、第三开关K3断开时，外部直流充电口2、中性点开关13、第一相线圈U、第一相桥臂121、外部电池3形成直流充电电路。同理可得，外部直流充电口2、中性点开关13、电机线圈111中的一相线圈、桥臂变换器12中的一相桥臂、外部电池3可形成直流充电电路。
具体地，当第一开关K2导通、第二开关K2导通，第三开关K3断开时，外部直流充电口2、中性点开关13、第一相线圈U、第二相线圈V、第一相桥臂121、第二相桥臂122、外部电池3形成直流充电电路。同理可得，外部直流充电口2、中性点开关13、电机线圈111中的两相线圈、桥臂变换器12中的两相桥臂、外部电池3可形成直流充电电路。
具体地，当第一开关K2、第二开关K2、第三开关K3均导通时，外部直流充电口2、中性点开关13、第一相线圈U、第二相线圈V、第三相线圈W、第一相桥臂121、第二相桥臂122、第三相桥臂123、外部电池3形成直流充电电路。
或者，当第一开关K2、第二开关K2、第三开关K3均导通时，外部电池3、第一相桥臂121、第二相桥臂122、第三相桥臂123、第一相线圈U、第二相线圈V、第三相线圈W形成驱动电机11的驱动电路。
在本实施例中，通过切换第一开关模块14中各个开关的通断状态，能够切换上述几种直流充电电路和驱动电路，同时复用了桥臂变换器12和电机线圈111，既精简了电路结构，也提升了集成度，从而解决了现有技术中汽车零部件集成度低、占用空间大的技术问题。
进一步地，作为本申请一种实施方式，如图6所示，该能量转换装置1还包括第一电容C1。
具体地，参见图6，第一电容C1连接在外部直流充电口2的第一端和外部直流充电口2的第二端之间。
在本实施例中，通过在能量转换装置1中设置第一电容C1，能够对外部直流直流充电口2输入的直流电进行滤波处理，可保障其他杂波不会对充电过程进行干扰。
进一步地，作为本申请一种实施方式，如图6所示，该能量转换装置1还包括第二电容C2。
具体地，参见图6，第二电容C2连接在桥臂变换器12的第一汇流端和桥臂变换器12的第二汇流端之间。
在本实施例中，通过在能量转换装置1中设置第二电容C2，能够对外部电池3输入的直流电进行滤波处理，还可以对桥臂变换器12输出的直流电进行滤波处理，可保障其他杂波不会对充电和驱动过程进行干扰。
进一步地，作为本申请一种实施方式，如图6所示，该能量转换装置1还包括第二开关模块15。
具体地，参见图6，第二开关模块15包括第四开关K4和第五开关K5，第四开关K4连接在桥臂变换器12的第二汇流端和外部直流充电口2的第一端之间，第无开关K5连接在中性点开关13和外部直流充电口2的第二端之间。
在本实施例中，通过在能量转换装置1中第二开关模块15，可以有效切换外部直流充电口2、电机线圈111、桥臂变换器12、外部电池3形成的直流充电电路。
作为本申请一种实施方式，如图6所示，该能量转换装置还包括第六开关K6、第七开关K7和电阻R。
具体地，参见图6，第六开关K6和电阻R串联后连接在外部电池3的第一端和桥臂变换器12的第一汇流端之间，第七开关K7连接在外部电池3的第一端和桥臂变换器12的第一汇流端之间。
在本实施例中，通过在能量转换装置1中设置第六开关K6、第七开关K7和电阻R，在对外部电池3充电之前，先使第六开关K6断开，第七开关K7导通，使电阻R完成预充后，第六开关K6导通，第七开关K7断开，以使第六开关K6、第七开关K7和电阻R形成一个预充电路，保护电路，降低了能量转换装置1的故障率。
为了能够更好理解本申请的内容，下面以图6所示的能量转换装置1为例，对本申请提供的能量转换装置1的工作原理进行具体说明，详述如下：
具体地，当能量转换装置1进行直流充电时，第四开关K4、第五开关K5、第一开关K1、第七开关K导通，第二开关K2、第三开关K3、第六开关K6断开，电阻R完成预充，第六开关K6导通、第七开关K7断开，外部直流充电口2输入直流电，经过电机线圈111中的第一相线圈U和第一相桥臂121进行升压后给外部电池3充电。
或者，第四开关K4、第五开关K5、第二开关K2、第七开关K导通，第一开关K1、第三开关K3、第六开关K6断开，电阻R完成预充，第六开关K6导通、第七开关K7断开，外部直流充电口2输入直流电，经过电机线圈111中的第二相线圈V和第二相桥臂122进行升压后给外部电池3充电。
或者，第四开关K4、第五开关K5、第三开关K3、第七开关K导通，第一开关K1、第二开关K2、第六开关K6断开，电阻R完成预充，第六开关K6导通、第七开关K7断开，外部直流充电口2输入直流电，经过电机线圈111中的第三相线圈W和第三相桥臂123进行升压后给外部电池3充电。
或者，第四开关K4、第五开关K5、第一开关K1、第三开关K3、第七开关K导通，第二开关K2、第六开关K6断开，电阻R完成预充，第六开关K6导通、第七开关K7断开，外部直流充电口2输入直流电，经过电机线圈111中的第一相线圈U、第三相线圈W、第一相桥臂121、第三相桥臂123进行升压后给外部电池3充电。
或者，第四开关K4、第五开关K5、第一开关K1、第二开关K2、第七开关K导通，第三开关K3、第六开关K6断开，电阻R完成预充，第六开关K6导通、第七开关K7断开，外部直流充电口2输入直流电，经过电机线圈111中的第一相线圈U、第二相线圈V、第一相桥臂121、第二相桥臂122进行升压后给外部电池3充电。
或者，第四开关K4、第五开关K5、第二开关K2、第三开关K3、第七开关K导通，第一开关K1、第六开关K6断开，电阻R完成预充，第六开关K6导通、第七开关K7断开，外部直流充电口2输入直流电，经过电机线圈111中的第二相线圈V、第三相线圈W、第二相桥臂122、第三相桥臂123进行升压后给外部电池3充电。
或者，第四开关K4、第五开关K5、、第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3、第七开关K导通，第六开关K6断开，电阻R完成预充，第六开关K6导通、第七开关K7断开，外部直流充电口2输入直流电，经过电机线圈111中的第一相线圈U、第二相线圈V、第三相线圈W、第一相桥臂121、第二相桥臂122、第三相桥臂123进行升压后给外部电池3充电。
具体地，当能量转换装置1处于驱动模式时，第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3、第六开关K6导通，第四开关K4、第五开关K5、第七开关K断开，外部电池3输出直流电，第一相桥臂121将直流电转换为三相交流电，以驱动电机运转，第二相线圈V、第三相线圈W输出交流电，第二相桥臂122和第三相桥臂123形成整流桥将交流电转换为直流电，回流给外部电池3。
另外，该能量转换装置1还可以通过外部直流充电口进行直流放电。
具体地，当第四开关K4、第五开关K5、第六开关K6导通，第七开关K7断开时，通过切换第一开关模块14中的开关，利用桥臂变换器12中的任几相桥臂、电机线圈111中的任几相线圈将外部电池3输入的直流电通过外部直流充电口2进行直流放电。
需要说明的是，在本实施例中，能量转换装置1的直流放电工作模式与其的直流充电工作模式原理相反，因此该能量转换装置1的直流放电工作模式的具体工作原理可参考其直流充电模式的具体工作过程，此处不再赘述。
在本实施例中，本申请提供的能量转换装置1通过将电机11、桥臂变换器12集成在一个电路中，可以利用桥臂变换器12实现电机11驱动，还可以利用桥臂变换器12中的桥臂与电机线圈111进行配合，实现直流升压的同时，同时还能够通过该能量转换装置1进行车辆电池的直流充放电和直流充放电，复用了桥臂变换器12和电机线圈111，精简了电路结构，提高了电路集成度的同时，降低了电路成本，减小了电路体积，并且电路结构简单，同时还提供了一种获取接入中性点数量的方法，能够判断所需接入中性点的数量，以满足直流充电电路的升压的需求，提升充电功率。
此外，由于本申请提供的能量转换装置1既可以工作在直流充电模式，又可以工作在直流放电模式，从而将增加了充电的应用场景，拓展了应用范围。
如图7所示，本申请还提出了一种动力***6，该动力***6包括能量转换装置1和控制模块62。
具体地，能量转换装置1包括电机11和电机控制器61，电机11包括电机线圈111，电机线圈111与外部直流充电口2的第二端连接，电机控制模块61包括桥臂变换器12，桥臂变换器12包括第一汇流端、第二汇流端和多条引出线，第一汇流端与外部电池3的第一端连接，第二汇流端分别与外部直流充电口2的第一端、外部电池3的第二端连接，桥臂变换器12通过多条引出线与电机线圈111连接，控制模块62用于控制外部电池3、桥臂变换器12、电机线圈111形成驱动电机11的驱动电路，还用于控制电机线圈111、桥臂变换器12与外部直流充电口2形成对外部电池3进行充电的直流充电电路，电机11的驱动电路和直流充电电路共用电机线圈111。
在本实施例中，通过采用包括电机11和电机控制器62的动力***6，使得该动力***6可分时工作于驱动模式和直流充电模式，当用于进行驱动电机11时，外部电池2、桥臂变换器12、电机线圈111形成驱动电机11的驱动电路，当用于直流充电时，外部直流充电口2、电机线圈111、桥臂变换器12、外部电池3形成对外部电池充电的直流充电电路，因此，在驱动电路和充电电路中，复用了桥臂变换器12和电机线圈111，既精简了电路结构，也提升了集成度，从而解决了现有技术中汽车零部件集成度低、占用空间大的技术问题。
进一步地，该***6中的能量转换装置1还包括开关模块，开关模块包括第一开关模块14、第二开关模块15、第六开关K6、第七开关K7，控制模块62能够控制开关模块中各个开关的通断状态。
需要注意的是，开关模块中的第一开关模块14、第二开关模块15、第六开关K6、第七开关K7可参见图4、图5和图6。
通过控制模块62控制开关模块，以实现驱动模式和充电模式的切换。当切换到驱动模式时，外部电池3、桥臂变换器12、电机线圈111形成驱动电机11的驱动电路。
当切换到直流充电模式时，外部直流充电口2、电机线圈111、桥臂变换器12形成对外部电池3充电的直流充电电路。
进一步地，作为本申请一种实施方式，该动力***还包括车载充电模块，车载充电模块和电机控制模块61设置于第一箱体中。需要注意的是，电机控制模块61、车载充电模块也可以分开设置在两个箱体中，此处不做具体限制。
在本实施例中，将电机控制模块61、车载充电模块集成在第一箱体中，可使得动力***6的整体结构更加紧凑，进而缩小了动力***6的体积，从而减小了应用该动力***6的车辆的重量。
进一步地，作为本申请一种实施方式，动力***6还包括减速机，减速机与电机11动力耦合，减速机、电机11集成于第二箱体中。
进一步地，作为本申请一种实施方式，第一箱体与第二箱体固定连接。
具体实施时，第一箱体和第二箱体可采用任何具有固定作用的连接件连接，或者第一箱体上设置有可与第二箱体连接的固定件，或者第二箱体上设置有可与第一箱体连接的固定件，此处不做具体限制。
在本实施例中，将第一箱体和第二箱体固定，可有效防止第一箱体和第二箱体之间分离，从而保证电机控制模块61、车载充电模块、减速机、电机11之间不会因箱体脱落而发生故障，提高了动力***6的工作可靠性与稳定性。
需要注意的是，在本实施例中的动力***6中的能量转换装置1、控制模块62以及开关模块的详细工作原理具体工作过程可参考前述关于能量转换装置1的详细描述，此处不再赘述。
进一步地，本申请还提供了一种车辆，该车辆包括上述实施例描述的动力***6。本申请实施例车辆中的动力***的具体工作原理，可参考前述关于动力***6详细描述，此处不再赘述。
在本申请中，本申请提供的车辆通过采用包括车载充电模块、电机控制模块61以及控制模块62的动力***6，使得车辆在应用动力***6，可分时工作于驱动模式、直流充电模式，进而实现采用同一电路结构进行车辆的电机驱动和电池充电，电路集成度高且电路结构简单，从而解决了现有技术中汽车零部件集成度低、占用空间大的技术问题。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种能量转换装置，其特征在于，包括：
电机，其包括电机线圈，所述电机线圈与外部直流充电口的第二端连接；
桥臂变换器，其包括第一汇流端、第二汇流端和多条引出线，所述第一汇流端与外部电池的第一端连接，所述第二汇流端分别与所述外部直流充电口的第一端、所述外部电池的第二端连接，所述桥臂变换器通过多条引出线与所述电机线圈连接；
所述外部电池、所述桥臂变换器、所述电机线圈形成驱动所述电机的驱动电路；
所述电机线圈、所述桥臂变换器与外部直流充电口形成对所述外部电池进行充电的直流充电电路；
所述电机线圈包括第一相线圈、第二相线圈和第三相线圈，每一相线圈包括N个线圈支路，所述每一相线圈中的N个线圈支路的第一端共接后通过所述引出线与所述桥臂变换器连接，所述每一相线圈中的N个线圈支路的第二端与其他两相线圈中的N个线圈支路的第二端一一对应连接，以形成N个中性点，所述外部直流充电口与M个中性点连接；其中，N为大于1的整数，M为小于N的正整数；
获取M数值的方法包括：
控制所述电机线圈中的一相线圈、与所述一相线圈连接的一相桥臂与所述外部直流充电口形成对所述外部电池进行充电的直流充电电路；
通过控制所述一相桥臂中功率开关的导通状态，计算所述直流充电电路的目标电感量Lneed；
调整所述外部直流充电口与中性点连接的数量，控制所述电机线圈、所述桥臂变换器与外部直流充电口形成对所述外部电池进行充电的直流充电电路，分别计算出不同中性点数量下的实际电感量L1、L2、L3…；
根据所述目标电感量和所述实际电感量确定所述外部直流充电口与中性点连接的数量，从而得到M数值。
2.根据权利要求1所述的能量转换装置，其特征在于，通过控制所述一相桥臂中功率开关的导通状态，计算所述直流充电电路的目标电感量Lneed包括：
控制所述一相桥臂中一功率开关导通，所述一功率开关、所述一相线圈、所述外部直流充电口形成储能回路，计算获得所述一相线圈的电流增量；
控制所述一相桥臂中的所述一功率开关断开，另一功率开关导通，所述一相线圈、所述另一功率开关、所述外部电池形成释能回路，计算获得所述一相线圈的电流减量；
根据所述电流增量和所述电流减量获得所述一相线圈的目标电感量Lneed。
3.根据权利要求2所述的能量转换装置，其特征在于，通过以下公式(1)获得所述电流增量：
Figure FDA0003483380530000021
其中，ΔIL(+)代表所述电流增量，L代表所述一相线圈的电感量，VI代表所述外部直流充电口的输入电压，VDS代表所述一功率开关的漏极电压，IL代表通过所述一相线圈的电流，RL代表所述一相线圈的电阻，TON代表所述一功率开关导通的时间。
4.根据权利要求3所述的能量转换装置，其特征在于，通过以下公式(2)获得所述电流减量：
Figure FDA0003483380530000022
其中，ΔIL(-)代表所述电流减量，L代表所述一相线圈的电感量，VO代表所述外部电池的输出端电压，VI代表所述外部直流充电口的输入电压，Vd代表所述另一功率开关两端的电压，IL代表通过所述一相线圈的电流，RL代表所述一相线圈的电阻，TOFF代表所述一功率开关断开且所述另一功率开关导通的时间。
5.根据权利要求4所述的能量转换装置，其特征在于，在所述一功率开关和所述另一功率开关在连续切换导通和断开状态下，获得所述外部直流充电口的输入电压与所述电池的输出端电压之间的线性关系，并基于所述线性关系获得所述目标电感量，通过以下公式(3)计算获得所述目标电感量：
Figure FDA0003483380530000031
其中，Lneed代表所述目标电感量，VO代表所述电池的输出端电压，VI代表所述外部直流充电口的输入电压，D1代表所述一功率开关导通的占空比，D2代表所述一功率开关断开的占空比，ΔI1代表在所述一功率开关断开的时间内所述外部直流充电口的输入电流的变化量，f代表所述一功率开关切换导通和断开的频率。
6.根据权利要求5所述的能量转换装置，其特征在于，调整所述外部直流充电口与中性点连接的数量，控制所述电机线圈、所述桥臂变换器与外部直流充电口形成对所述外部电池进行充电的直流充电电路，分别计算出不同中性点数量下的实际电感量L1、L2、L3…包括：
通过以下公式(4)计算得到的不同中性点数量下的实际电感量：
Figure FDA0003483380530000032
其中，L代表所述实际电感量，V1代表所述外部直流充电口的输入电压，I1代表t1时刻通过的电流，I2代表t2时刻通过的电流。
7.根据权利要求6所述的能量转换装置，其特征在于，根据所述目标电感量和所述实际电感量确定所述外部直流充电口与中性点连接的数量，从而得到M数值包括：
当实际电感量大于目标电感量时，此刻所述外部直流充电口与中性点连接的数量为所述M数值。
8.根据权利要求1所述的能量转换装置，其特征在于，还包括中性点开关，所述中性点开关用于控制所述电机线圈的N个中性点中的M个中性点与所述外部直流充电口连接。
9.根据权利要求8所述的能量转换装置，其特征在于，还包括第一开关模块，所述第一开关模块用于控制各相线圈与所述桥臂变换器的连接。
10.根据权利要求9所述的能量转换装置，其特征在于，所述桥臂变换器包括第一相桥臂、第二相桥臂和第三相桥臂，所述第一开关模块包括第一开关、第二开关和第三开关；
所述第一相桥臂包括串联连接的第一功率开关和第二功率开关，所述第一功率开关和所述第二功率开关的第一中点通过第一引出线与所述第一开关的第一端连接，所述第一开关的第二端通过所述第一引出线与所述第一相线圈连接；
所述第二相桥臂包括串联连接的第三功率开关和第四功率开关，所述第三功率开关和所述第四功率开关的第二中点通过第二引出线与所述第二开关的第一端连接，所述第二开关的第二端通过所述第二引出线与所述第二相线圈连接；
所述第三相桥臂包括串联连接的第五功率开关和第六功率开关，所述第五功率开关和所述第六功率开关的第三中点通过第三引出线与所述第三开关的第一端连接，所述第三开关的第二端通过所述第三引出线与所述第三相线圈连接；
所述第一功率开关的第一端、所述第三功率开关的第一端、所述第五功率开关的第一端共接形成所述桥臂变换器的第一汇流端；
所述第二功率开关的第二端、所述第四功率开关的第二端、所述第六功率开关的第二端共接形成所述桥臂变换器的第二汇流端。
11.一种动力***，其特征在于，其包括权利要求1-10任意一项所述的能量转换装置和控制模块，其中，所述能量转换装置包括：
电机，其包括电机线圈，所述电机线圈与外部直流充电口的第二端连接；
电机控制模块，其包括桥臂变换器，所述桥臂变换器包括第一汇流端、第二汇流端和多条引出线，所述第一汇流端与外部电池的第一端连接，所述第二汇流端分别与所述外部直流充电口的第一端、所述外部电池的第二端连接，所述桥臂变换器通过多条引出线与所述电机线圈连接；
所述控制模块用于控制所述外部电池、所述桥臂变换器、所述电机线圈形成驱动所述电机的驱动电路，还用于控制所述电机线圈、所述桥臂变换器与所述外部直流充电口形成对所述外部电池进行充电的直流充电电路；
所述电机的驱动电路和所述直流充电电路共用所述电机线圈。
12.根据权利要求11所述的动力***，其特征在于，所述控制模块用于控制直流充电模式和驱动模式的切换；
在所述驱动模式下，所述外部电池、所述桥臂变换器、所述电机线圈形成驱动所述电机的驱动电路；
在所述直流充电模式下，所述外部直流充电口、所述电机线圈、所述桥臂变换器形成对所述外部电池充电的直流充电电路。
13.根据权利要求11所述的动力***，其特征在于，还包括车载充电模块，所述电机控制模块和所述车载充电模块设置于第一箱体中。
14.根据权利要求13所述的动力***，其特征在于，还包括：
减速机，其与所述电机动力耦合，所述减速机和所述电机集成于第二箱体中。
15.根据权利要求14所述的动力***，其特征在于，所述第一箱体与所述第二箱体固定连接。
16.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求11-15任意一项所述的动力***。
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