CN112224042B - 能量转换装置及车辆 - Google Patents

Abstract

本申请提出了一种能量转换装置及车辆，能量转换装置包括电机的电机线圈、桥臂变换器、与桥臂变换器并联的母线电容和与桥臂变换器连接的控制器，控制器在能量转换装置连接至外部电源时，根据电机的待驱动功率和外部的电池的待充电功率，控制桥臂变换器使外部电源的电能流向驱动和充电电路，且调节驱动和充电电路的电流，使外部电源驱动电机输出驱动功率的同时对电池进行充电，本申请仅需要控制桥臂变换器进而调节外部电源流向驱动和充电电路的电流，即可实现使外部电源驱动电机输出驱动功率的同时对电池进行充电，解决现有技术存在电机驱动与充电系统总体结构复杂、集成度低、体积大且成本高的问题。

Description

能量转换装置及车辆

技术领域

本申请涉及车辆技术领域，尤其涉及一种能量转换装置及车辆。

背景技术

近些年来，随着电动汽车技术的不断发展，市场对电动汽车的接受程度不断提升，而电池充电和电机驱动作为电动汽车中的核心技术，得到了广泛关注。目前，市场上现有的电动汽车中的电池充电电路和电机驱动电路是分开的，电池充电电路用于给电动汽车的电池充电，电机驱动电路用于驱动电动汽车的电机，两种电路互不干涉，相互独立。

然而，虽然分别采用两种电路能够完成电动汽车的电池充电和电机驱动过程，但是由于上述方法中的两种电路互不干涉，相互独立，导致包括电池充电电路和电机驱动电路的控制电路结构复杂，集成度低，体积大且成本高。

综上所述，现有技术存在电机驱动与充电系统总体电路结构复杂、集成度低、体积大且成本高的问题。

发明内容

本申请的目的在于提供一种能量转换装置及车辆，旨在解决现有技术存在电机驱动与充电系统总体结构复杂、集成度低、体积大且成本高的问题。

本申请是这样实现的，本申请第一方面提供一种能量转换装置，包括电机的电机线圈、桥臂变换器、与所述桥臂变换器并联的母线电容和与所述桥臂变换器连接的控制器；

所述桥臂变换器与所述电机线圈连接；

所述电机线圈、所述母线电容以及所述桥臂变换器均与外部充电口连接，所述母线电容与外部的电池并联连接；

所述外部充电口、所述电机线圈、所述桥臂变换器、所述母线电容及所述电池形成驱动和充电电路；

所述控制器在所述能量转换装置通过所述外部充电口连接外部电源时，根据所述电机的待驱动功率和所述外部的电池的待充电功率，控制所述桥臂变换器使所述外部电源的电能流向所述驱动和充电电路，且调节所述驱动和充电电路的电流，使所述外部电源驱动所述电机输出驱动功率的同时对所述电池进行充电。

本申请第二方面提供一种能量转换装置，所述能量转换装置包括：

电机；

车载充电模块，包括充电连接端组，所述充电连接端组包括第一充电连接端和第二充电连接端；

电机控制模块，包括桥臂变换器，所述桥臂变换器连接所述电机的电机线圈；

能量储存模块，包括并联连接的母线电容和能量存储连接端组，所述母线电容与所述桥臂变换器并联连接，所述能量存储连接端组包括第一能量存储连接端、第二能量存储连接端；

控制器，其连接所述桥臂变换器；

所述电机线圈、所述桥臂变换器及所述母线电容形成驱动和充电电路；

所述控制器根据所述电机的待驱动功率和所述外部的电池的待充电功率，控制所述桥臂变换器使外部的电能流向所述驱动和充电电路，且调节所述驱动和充电电路的电流，使所述外部的电能驱动所述电机输出驱动功率的同时通过所述驱动和充电电路对外进行放电。

本申请第三方面提供一种车辆，所述车辆还包括第一方面或第二方面提供的所述能量转换装置。

本申请提出了一种能量转换装置及车辆，能量转换装置包括电机的电机线圈、桥臂变换器、与桥臂变换器并联的母线电容和与桥臂变换器连接的控制器，电机线圈、桥臂变换器、母线电容与外部电源、外部的电池形成驱动和充电电路，控制器在能量转换装置连接至外部电源时，根据电机的待驱动功率和外部的电池的待充电功率，控制桥臂变换器使外部电源的电能流向驱动和充电电路，且调节驱动和充电电路的电流，使外部电源驱动电机输出驱动功率的同时对电池进行充电，本申请通过在能量转换装置中设置电机线圈、桥臂变换器以及母线电容并与外部电源及外部的电池形成驱动和充电电路，仅需要控制桥臂变换器进而调节外部电源流向驱动和充电电路的电流，即可实现使外部电源驱动电机输出驱动功率的同时对电池进行充电，进而实现采用同一系统进行车辆的电机驱动和电池充电，元器件复用程度高，系统集成度高且结构简单，从而降低了系统成本，减小了系统体积，解决了现有的电机驱动与充电系统总体结构复杂、集成度低、体积大且成本高的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例，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。

图1是本申请实施例一提供的一种能量转换装置的结构示意图；

图2是本申请实施例一提供的一种能量转换装置的电路图；

图3是本申请实施例一提供的一种能量转换装置的另一电路图；

图4是本申请实施例一提供的一种能量转换装置的另一结构示意图；

图5是本申请实施例一提供的一种能量转换装置的驱动和充电电路的电流波形图；

图6是本申请实施例一提供的一种能量转换装置的另一结构示意图；

图7是本申请实施例一提供的一种能量转换装置的直流供电的电流流向图；

图8是本申请实施例一提供的一种能量转换装置的直流供电的另一电流流向图；

图9是本申请实施例一提供的一种能量转换装置的直流供电的另一电流流向图；

图10是本申请实施例一提供的一种能量转换装置的直流供电的另一电流流向图；

图11是本申请实施例一提供的一种能量转换装置的交流供电的电流流向图；

图12是本申请实施例一提供的一种能量转换装置的交流供电的另一电流流向图；

图13是本申请实施例一提供的一种能量转换装置的交流供电的另一电流流向图；

图14是本申请实施例一提供的一种能量转换装置的交流供电的另一电流流向图；

图15是本申请实施例三提供的一种能量转换装置的结构示意图；

图16是本申请实施例四提供的一种车辆的结构示意图。

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。

为了说明本申请的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

本申请实施例一提供一种能量转换装置，如图1所示，包括电机101的电机线圈、桥臂变换器102、与桥臂变换器102并联的母线电容103和与桥臂变换器102连接的控制器104；

桥臂变换器102与电机线圈连接；

电机线圈、母线电容103以及桥臂变换器102均与外部充电口106连接，母线电容103与外部的电池105并联连接；

外部充电口106、电机线圈、桥臂变换器102、母线电容103及电池105形成驱动和充电电路；

控制器104在能量转换装置连接至外部电源时，根据电机的待驱动功率和外部的电池105的待充电功率，控制桥臂变换器102使外部电源的电能流向驱动和充电电路，且调节驱动和充电电路的电流，使外部电源驱动电机输出驱动功率的同时对电池105进行充电。

其中，电机101可以是同步电机(含无刷同步电机)或者异步电机，电机相数大于等于3(如三相电机、五相电机、六相电机、九相电机、十五相电机等等)，且电机线圈的连接点形成极点引出中性线与外部电源连接，电机极点数量是极数的公约数，具体电机的极点数量取决于电机内部绕组并联结构，引出中性线的数量以及中性线在电机内部的并联极点数量由实际方案的使用情况确定；桥臂变换器102包括多相并联的桥臂，桥臂变换器102中桥臂的数量根据电机的相数进行配置，每相桥臂包括两个功率开关单元，功率开关单元可以是晶体管、IGBT、MOSFEET管、SIC管等器件类型，桥臂中两个功率开关单元的连接点连接电机中的一相线圈，桥臂变换器102中的功率开关单元可以根据控制器104的控制信号实现导通和关闭；外部电源可以是提供直流电的供电设备，供电设备可以是直流充电桩提供的直流电，也可以是单相、三相交流充电桩经过整流后输出的直流电，也可以是燃料电池发出的电能，也可以是增程器如发动机转动带动发电机发电，经发电机控制器整流后的直流电等电源形式。

其中，控制器104根据电机101的待驱动功率和外部的电池105的待充电功率，控制桥臂变换器102使外部电源的电能流向驱动和充电电路，是指根据电机的目标驱动功率和电机的当前驱动功率获取电机的待驱动功率，根据电池的充电需求功率获取电池的待充电功率，并根据待驱动功率和待充电功率通过调节桥臂变换器102中不同功率开关导通或者关断以及导通的时间，进而调节流经电机线圈的电流大小及方向，电机线圈的电流方向为流入电机中每相线圈的方向或者电机中每相线圈流出的方向，电机线圈的电流大小是指流入电机中每相线圈的大小或者从电机中每相线圈流出的电流的大小，例如，从与桥臂变换器102中的A相桥臂连接的电机线圈流入，从与桥臂变换器102中的B相和C相桥臂连接的电机线圈流出电机101，由于通过调节电机101中每相线圈的电流大小和方向可以调节电机101扭矩输出，并且流经电机101的电流大小的和等于电机101的每相线圈的连接点的输入电流，该输入电流可以用于调节充电功率，通过调节电机101的每相线圈的电流大小及方向，可以同时控制外部电源对电池105的充电过程和电机101的输出扭矩。

本申请实施例一种能量转换装置的技术效果在于：通过在能量转换装置中设置电机线圈、桥臂变换器以及母线电容并与外部电源及外部的电池形成驱动和充电电路，仅需要控制桥臂变换器的工作状态进而调节外部电源流向驱动和充电电路的电流，即可实现使外部电源驱动电机输出驱动功率的同时对电池进行充电，进而实现采用同一系统进行车辆的电机驱动和电池充电，元器件复用程度高，系统集成度高且结构简单，从而降低了系统成本，减小了系统体积，解决了现有的电机驱动与充电系统总体结构复杂、集成度低、体积大且成本高的问题。

作为一种实施方式，电机包括x套绕组，其中，x≥1，且x为整数，第x套绕组的相数为m_x相，第x套绕组中的每一相绕组包括n_x个线圈支路，每一相绕组的n_x个线圈支路共接形成一个相端点，第x套绕组中的每一相绕组的n_x个线圈支路中的一个线圈支路还分别与其他相绕组中的n_x个线圈支路中的一个线圈支路连接，以形成n_x个连接点，其中，n_x≥1，m_x≥2，且m_x，n_x为整数；

x套绕组共形成

个连接点，

个连接点形成T个中性点，T个中性点引出N条中性线，其中：

x≥1，m_x≥2，T的范围：

N的范围：T≥N≥1，且T、N均为整数。

电机101与桥臂变换器102形成的电机控制器连接，桥臂变换器102包括K组M_x路桥臂，K组M_x路桥臂中每路桥臂的第一端和第二端分别共接，一组M_x路桥臂中至少一路桥臂的中点与一套m_x相绕组中的相端点一一对应连接，其中，M_x≥m_x，K≥x，且K、M_x均为整数。

其中，如图2所示，当K＝1，x＝1，m₁＝M₁＝3时，桥臂变换器102包括三路桥臂，电机101包括三相绕组，每相绕组包括一相线圈支路，每相绕组与一路桥臂的中点对应连接，三相绕组形成一个连接点，该连接点为中性点，该中性点引出的中性线与外部充电口106连接，三路桥臂中的每路桥臂的两端分别共接形成第一汇流端和第二汇流端，第一汇流端和第二汇流端之间并联母线电容C1，母线电容C1的第一端连接开关K1的第一端和开关K2的第一端，母线电容C1的第二端连接开关K3的第一端，开关K2的第二端连接电阻R的第一端，开关K1的第二端连接电阻R的第二端以及电池105的正极端，开关K3的第二端连接电池105的负极端。

其中，如图3所示，当K＝1，x＝2，m₁＝3，M₁＝6时，桥臂变换器102包括六路桥臂，电机包括2套三相绕组，每套三相绕组中的每相绕组包括1相线圈支路，每相绕组与一路桥臂的中点对应连接，每套三相绕组形成一个连接点，2套三相绕组的2个连接点共接形成中性点，该中性点引出中性线与外部充电口106连接，六路桥臂中的每路桥臂的两端分别共接形成第一汇流端和第二汇流端，第一汇流端和第二汇流端之间并联母线电容C1，母线电容C1的第一端连接开关K1的第一端和开关K2的第一端，母线电容C1的第二端连接开关K3的第一端，开关K2的第二端连接电阻R的第一端，开关K1的第二端连接电阻R的第二以及电池105的正极端，开关K3的第二端连接电池105的负极端。

本实施方式，通过设置电机绕组的相数和桥臂变换器的桥臂数量，使电机绕组并联数量不同的连接点形成的中性点引出中性线，进而使电机等效相电感不同，并使电机的中性点中通电流的能力不同，根据充电功率和感量的需求，选择合适数量的连接点并联形成中性点引出中性线，得到需求的充电功率和电感，满足充电功率同时改善充放电性能。

作为一种实施方式，控制器104根据电机101的待驱动功率和外部的电池105的待充电功率获取桥臂变换器102的导通时刻和时长，并根据导通时刻和时长调节驱动和充电电路的电流。

其中，作为一种实施方式，如图2所示，以三相电机为例，获取降压侧电容C2的目标电压，获取电池的当前电压，并通过与外部电源(充电桩)进行通信获取充电桩的最高输出电压，降压测电容C2的目标电压为动力电池当前电压和充电桩最高输出电压的两者中的最小值，根据需求充电功率、电机扭矩输出值以及目标电压计算三相电机的目标输入电流，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，P₂为需求充电功率，U₂为降压侧电容C2的目标电压。根据电机转子位置、目标输入电流以及电机扭矩输出值按照以下公式1、公式2以及公式3计算三相电机的每相电的目标电流：

公式1：

公式2：IA+IB+IC＝I

公式3：M＝IA×IA+IB×IB+IC×IC

其中，α为转子电角度，IA，IB，IC为三相电机的每相电的目标电流，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，M取多组数据的最小值。

其中，根据公式1和公式2可以获取三相电机的每相电的目标电流IA，IB，IC的多组数据，在根据公式3获取多组数据中M最小的一组数据作为三相电机的每相电的目标电流IA，IB，IC的数据。

根据降压侧电容的目标电压、目标输入电流和动力电池的电压通过以下公式获取三相电控制脉冲的平均占空比：

公式4：U₂＝U₁×D₀-I×R，其中，U₂为降压侧电容的目标电压，U₁为动力电池的电压，D₀为三相电控制脉冲的平均占空比，I为目标输入电流，R为三相电机的等效阻抗。

其中，U₁×D₀为三相逆变器两端的电压，I×R为三相电机上的压降，可以根据三相逆变器两端的电压等于三相电机上的压降与降压侧电容的目标电压的和得到上述公式。

根据平均占空比、目标输入电流、每相电的目标电流以及动力电池的电压按照以下公式获取每相桥臂的控制脉冲的第一目标占空比：

公式5：

其中，I₁为每相电的目标电流，R₁为每相线圈的等效阻抗，D₁为每相桥臂的控制脉冲的目标占空比。

其中，当绕组线圈中电流的流动方向为从每相桥臂与每相线圈的连接点流向降压侧电容时，每相桥臂与每相线圈的连接点的电压大于降压侧电容的电压，每相桥臂与每相线圈的连接点的电压等于该相线圈上的压降与降压侧电容的目标电压之和，即U₁×D₁＝R₁×I₁+U₂，当绕组线圈中电流的流动方向为从降压侧电容流向每相桥臂与每相线圈的连接点时，每相桥臂与每相线圈的连接点的电压小于降压侧电容的电压，每相桥臂与每相线圈的连接点的电压等于降压侧电容的目标电压与该相线圈上的压降之差，即U₁×D₁＝U₂-R₁×I₁，再结合上述公式4即可得到公式5，即可以得到每相桥臂的控制脉冲的目标占空比。

其中，根据电机扭矩输出值获取电流矢量位置，进而获取三相电流的相位关系，根据每相电流的相位获取桥臂变换器的导通时刻，每相桥臂的控制脉冲的目标占空比获取桥臂变换器的导通时长。

本实施方式相对于单独实现充电或驱动控制，通过增加控制桥臂变换器的导通时长，通过调节外部电源流向驱动和充电电路的电流，可实现使外部电源驱动电机输出驱动功率的同时对电池进行充电。

作为一种实施方式，外部充电口为直流充电口，外部电源为直流供电设备，驱动和充电电路的工作周期包括第一工作阶段和第二工作阶段；电机线圈包括第一线圈和第二线圈，桥臂变换器102包括与第一线圈连接的第一桥臂和与第二线圈连接的第二桥臂。

在第一工作阶段，控制器104根据电机的待驱动功率和电池的待充电功率控制第一桥臂和第二桥臂的导通时刻及时长，使直流供电设备的电能经过第一线圈及第一桥臂后流回至直流供电设备，同时，母线电容103上的电能经过第二桥臂、第二线圈、第一线圈及第一桥臂后流回至母线电容103。

在第二工作阶段，控制器104控制第一桥臂、第二桥臂导通的时刻及时长，直流供电设备的电能经过第一线圈及第一桥臂后流经电池105和母线电容103并流回至直流供电设备，同时，电能在第二线圈、第一线圈、第一桥臂及第二桥臂之间形成环流。

其中，在第一工作阶段中，第一线圈为一相线圈或者至少两相连接在一起的线圈，第一桥臂为一路桥臂或者至少两路并联连接的桥臂，第一线圈中的一相线圈与第一桥臂中的一路桥臂连接，第二线圈为一相线圈或者至少两相连接在一起的线圈，第二桥臂为一路桥臂或者至少两路并联连接的桥臂，第二线圈中的一相线圈与第二桥臂中的一路桥臂连接，第一线圈与第二线圈之间的区别在于两个线圈的电流流向处于相反状态，例如，控制桥臂变换器102的第一桥臂使第一线圈中的电流方向为沿第一方向流动，该第一方向可以为从电机流向桥臂变换器102，控制桥臂变换器102的第二桥臂使第二线圈中的电流方向为沿第二方向流动，第二方向可以为从桥臂变换器102流向电机，即在第一工作阶段的电机线圈中同时存在不同方向电流的流动，因此，可以实现对电机101驱动的控制。

需要说明的是，第一线圈和第二线圈中的线圈不是固定的，第一线圈和第二线圈是根据电流方向随时变化的，可以选择与线圈连接的桥臂的功率开关进行控制，例如，电机包括第一相线圈L1、第二相线圈L2以及第三相线圈L3，控制与第一相线圈L1连接的桥臂的下桥臂导通使第一相线圈L1中的电流流向为从电机线圈到桥臂变换器102，控制与第二相线圈L2和第三相线圈L3连接的桥臂的上桥臂导通使第二相线圈L2和第三相线圈L3中的电流流向为从桥臂变换器102到电机线圈，此时，第一线圈为第一相线圈L1，第二线圈为第二相线圈L2以及第三相线圈L3，当下一周期时，通过改变桥臂中导通的功率开关，实现对电机线圈中电流方向的改变，可以为第一线圈为第一相线圈L1以及第二相线圈L2，第二线圈为第三相线圈L3。

其中，第一工作阶段中使直流供电设备的电能经过第一线圈及第一桥臂后流回至直流供电设备，用于实现将直流供电设备的电能存储在第一线圈中，即实现直流供电设备对电池105进行充电过程中的储能过程，由于该储能过程中第一线圈中有电流流过，此时可以驱动电机101运行，第一工作阶段中的母线电容103上的电能经过第二桥臂、第二线圈、第一线圈及第一桥臂后流回至母线电容103，用于使母线电容103通过桥臂变换器102对第一线圈和第二线圈进行放电，由于第一线圈和第二线圈连接在一起，因此，第一线圈和第二线圈中流经电流的方向不同，可以实现在直流供电设备对第一线圈进行储能的同时对电机101进行连续驱动。

其中，由于第一工作阶段和第二工作阶段构成一个周期，由于周期为定值，当第一工作阶段中第一桥臂和第二桥臂的导通时刻及时长确定之后，则第二工作阶段中第一桥臂和第二桥臂的导通时刻及时长可以直接确定。

其中，第二工作阶段中的直流供电设备的电能经过第一线圈及第一桥臂后流经电池和母线电容103并流回至直流供电设备，用于实现直流供电设备和第一线圈对电池和母线电容103进行充电，即实现直流供电设备对电池进行充电过程中的续流充电过程，第二工作阶段中的电能在第二线圈、第一线圈、第一桥臂及第二桥臂之间形成环流，用于使第二线圈中的电流流向第一线圈，由于在第一工作过程中，母线电容103输出的电流通过第二桥臂流经第二线圈，再流经第二线圈和第一线圈，使第二线圈与第二桥臂之间连接点的电压升高，由于其中充电口侧的电容的电压与线圈与第二桥臂之间连接点的电压的大小关系决定电流流动方向，如果第二线圈与第二桥臂之间连接点的电压大于充电口侧的电容的电压时，则绕组电流方向为从第二线圈与第二桥臂之间连接点点流入，因此，可以实现第二线圈中的电流流向第一线圈，由于第一线圈和第二线圈连接在一起，因此，第一线圈和第二线圈中流经电流的方向不同，可以实现在直流供电设备和第一线圈对电池105和母线电容103进行充电的同时对电机101进行驱动。

其中，如图5所示为充电驱动协同控制时，电机101其中某一相上的电流波形图，桥臂变换器102向电机端输出电流，以流入电机相绕组的电流方向为正方向，从图5中可以看出，电机101的每相电流在正弦波的基础上叠加了一个负的直流分量；负的直流分量为每个周期外部电源流入电机每相的平均电流，外部电源输出的能量大于驱动消耗的能量，剩余的能量为对电池105进行充电的能量。

本实施方式中将驱动和充电电路的工作周期分为第一工作阶段和第二工作阶段，每个工作阶段均包括对电池的充电过程和对电机的驱动过程，通过控制第一桥臂和第二桥臂的导通时刻及时长，分别调节第一工作阶段和第二工作阶段中驱动和充电电路的电流，使整个工作周期中直流供电设备输出的能量一部分用于对电池进行充电，一部分对电机进行驱动，实现了对电池进行充电和对电机进行驱动的协同工作。

作为一种实施方式，在第二工作阶段，控制器104根据电池的待充电功率控制第一桥臂、第二桥臂导通的时刻及时长，使直流供电设备的电能经过第一线圈及第一桥臂后流经电池和母线电容103并流回至直流供电设备，同时，电能在第二线圈、第一线圈、第一桥臂及第二桥臂之间形成环流。

其中，在第二工作阶段可以根据充电功率重新确定第一桥臂、第二桥臂导通的时刻及时长，本实施方式与上述实施方式区别在于驱动和充电电路的工作周期不是恒定的周期，通过重新确定第一桥臂、第二桥臂导通的时刻及时长实现了对驱动和充电电路的变周期控制，使对驱动和充电电路的充电过程和驱动过程的控制更加灵活，便于提升驱动和充电电路的工作效率。

作为一种实施方式，在驱动和充电电路的工作周期之前还包括驱动和充电电路的启动周期；

驱动和充电电路的启动周期包括第一启动阶段和第二启动阶段；

在第一启动阶段，控制器104根据电机101的待驱动功率和电池的待充电功率控制第一桥臂、第二桥臂导通时刻及时长，使直流供电设备的电能经过第一线圈及第一桥臂后流回至直流供电设备；

在第二启动阶段，控制器104控制第一桥臂、第二桥臂导通时刻及时长，使直流供电设备的电能经过第一线圈及第一桥臂后流经电池105和母线电容103并流回至直流供电设备。

其中，驱动和充电电路的工作周期之前还包括启动周期，启动周期仅在上电启动的时候工作，启动周期对工作周期完成启动后即不再工作，后面由工作周期循环工作，启动周期通过对母线电容103进行充电，启动周期中的第一启动阶段中用于使直流供电设备对第一线圈进行储能，第二启动阶段使直流供电设备和第一线圈对母线电容103和电池105进行充电，保证母线电容103两侧的母线上形成高电压，当工作周期开始时，使母线电容103通过桥臂变换器102对电机线圈进行放电，再通过直流供电设备和第一线圈对母线电容103进行充电，使工作周期能够循环工作，此外，启动周期中的第一线圈除了为电机线圈中的部分线圈外，还可以为所有线圈，例如，电机101为三相电机时，可以选择三相桥臂功率开关同时进行控制，即第一启动阶段可以使三相上桥臂同时关断，三相下桥臂同时导通，第二启动阶段可以使三相上桥臂同时导通，三相下桥臂同时关断。

作为一种实施方式，如图6所示，能量转换装置还包括双向桥臂107，外部充电口106还包括交流充电口108，双向桥臂107与桥臂变换器102并联连接，双向桥臂107还连接控制器104和交流充电口108，交流充电口108连接交流供电设备，驱动和充电电路的工作周期包括第三工作阶段和第四工作阶段；

在第三工作阶段，控制器104根据电机101的待驱动功率和电池105的待充电功率控制第一桥臂、第二桥臂以及双向桥臂107的导通时刻及时长，使交流供电设备的电能经过第一线圈、第一桥臂以及双向桥臂107后流回至交流供电设备，同时，母线电容103上的电能经过第二桥臂、第二线圈、第一线圈及第一桥臂后流回至母线电容103；

在第四工作阶段，控制器104控制第一桥臂、第二桥臂以及双向桥臂107导通的时刻及时长，使交流供电设备的电能经过第一线圈、第一桥臂、电池和母线电容103并流经双向桥臂107后流回至交流供电设备，同时，电能在第二线圈、第一线圈、第一桥臂及第二桥臂之间形成环流。

其中，双向桥臂107包括串联连接的功率开关模块，用于将接收的电流输送至交流充电口或者接收交流充电口输出的电流，第三工作阶段中的使交流供电设备的电能经过第一线圈、第一桥臂、电池105和母线电容103及双向桥臂107后流回至交流供电设备，用于实现将交流供电设备的电能存储在第一线圈中，即实现交流供电设备对电池进行充电过程中的储能过程，该储能过程中由于线圈上有电流通过，此时电机101处于驱动状态，第三工作阶段中的母线电容103上的电能经过第二桥臂、第二线圈、第一线圈及第一桥臂后流回至母线电容103，用于使母线电容103通过桥臂变换器102对第一线圈和第二线圈进行放电，由于第一线圈和第二线圈连接在一起，因此，第一线圈和第二线圈中流经电流的方向不同，可以实现在交流供电设备对第一线圈进行储能的同时对电机101进行驱动。

其中，由于第三工作阶段和第四工作阶段构成一个周期，由于周期为定值，当第三工作阶段中第一桥臂和第二桥臂的导通时刻及时长确定之后，则第四工作阶段中第一桥臂和第二桥臂的导通时刻及时长可以直接确定。

其中，第四工作阶段中的交流供电设备的电能经过第一线圈、第一桥臂及双向桥臂107后流经电池105和母线电容103并流回至交流供电设备，用于实现交流供电设备和第一线圈对电池和母线电容103进行充电，即实现交流供电设备对电池105进行充电过程中的续流充电过程，该续流充电过程中由于有电流流经电机线圈，同时也实现了对电机101的驱动，第四工作阶段中的电能在第二线圈、第一线圈、第一桥臂及第二桥臂之间形成环流，用于使第二线圈中的电流流向第一线圈，由于在第一工作过程中，母线电容103输出的电流通过第二桥臂流经第二线圈和第一线圈，使第二线圈与第二桥臂之间连接点的电压大于第一线圈和第一桥臂连接点之间的电压，因此，可以实现第二线圈中的电流流向第一线圈，由于第一线圈和第二线圈连接在一起，因此，第一线圈和第二线圈中流经电流的方向不同，可以实现在交流供电设备和第一线圈对电池和母线电容103进行充电的同时对电机进行驱动。

作为一种实施方式，在第四工作阶段，控制器104根据电池105的待充电功率控制第一桥臂、第二桥臂导通的时刻及时长，使交流供电设备的电能经过第一线圈、第一桥臂及双向桥臂107后流经电池105和母线电容103并流回至交流供电设备，同时，电能在第二线圈、第一线圈、第一桥臂及第二桥臂之间形成环流。

其中，在第四工作阶段可以根据待充电功率重新确定第一桥臂、第二桥臂导通的时刻及时长，本实施方式与上述实施方式区别在于驱动和充电电路的工作周期不是恒定的周期，通过重新确定第一桥臂、第二桥臂导通的时刻及时长实现了对驱动和充电电路的变周期控制，使对驱动和充电电路的充电过程和驱动过程的控制更加灵活，便于提升驱动和充电电路的工作效率。

作为一种实施方式，在驱动和充电电路的工作周期之前还包括驱动和充电电路的启动周期；

驱动和充电电路的启动周期包括第三启动阶段和第四启动阶段；

在第三启动阶段，控制器104根据电机101的待驱动功率和电池105的待充电功率控制第一桥臂、第二桥臂以及双向桥臂107的导通时刻及时长，使交流供电设备的电能经过第一线圈、第一桥臂以及双向桥臂107后流回至交流供电设备；

在第四启动阶段，控制器104控制第一桥臂、第二桥臂以及双向桥臂107的导通时刻及时长，使交流供电设备的电能经过第一线圈、第一桥臂、及电池和母线电容103后流经双向桥臂107后并流回至交流供电设备。

其中，驱动和充电电路的工作周期之前还包括启动周期，用于对母线电容103进行充电，第三启动阶段中用于使交流供电设备对第一线圈进行储能，第四启动阶段使交流供电设备和第一线圈对母线电容103进行充电，保证母线电容103两侧的母线上形成高电压，当工作周期开始时，使母线电容103通过桥臂变换器102对电机线圈进行放电，再通过交流供电设备和第一线圈对母线电容103进行充电，使工作周期能够循环工作。

下面通过具体的电路结构对本申请实施例的技术方案进行具体说明：

如图7所示，桥臂变换器102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，每个功率开关单元的控制端连接控制器104，桥臂变换器102中第一功率开关单元和第二功率开关单元构成第一相桥臂，第三功率开关单元和第四功率开关单元构成第二相桥臂，第五功率开关单元和第六功率开关单元构成第三相桥臂，第一功率开关单元包括第一上桥臂VT1和第一上桥二极管VD1，第二功率开关单元包括第二下桥臂VT2和第二下桥二极管VD2，第三功率开关单元包括第三上桥臂VT3和第三上桥二极管VD3，第四功率开关单元包括第四下桥臂VT4和第四下桥二极管VD4，第五功率开关单元包括第五上桥臂VT5和第五上桥二极管VD5，第六功率开关单元包括第六下桥臂VT6和第六下桥二极管VD6，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共接形成第一汇流端，第二功率开关单元、第四功率开关以及第六功率开关共接形成第二汇流端，第一汇流端和第二汇流端之间连接母线电容C1，母线电容C1的第一端连接开关K1的第一端和开关K2的第一端，母线电容C1的第二端连接开关K3的第一端，开关K2的第二端连接电阻R的第一端，开关K1的第二端连接电阻R的第二端以及电池105的正极端，开关K3的第二端连接电池105的负极端，电机包括第一相线圈L1、第二相线圈L2以及第三相线圈L3，每相线圈的一端共接后形成中性点连接直流供电设备，每相线圈的另一端分别连接一相桥臂的中点，其中，当第一线圈为第一相线圈L1，第二线圈包括第二相线圈L2和第三相线圈L3时，直流供电设备、第一相线圈L1、第二功率开关形成直流储能回路，直流储能回路不仅用于储能同时用于驱动，作为一种实施方式，电流流向为直流供电设备正极流经第一相线圈L1、第二下桥臂VT2回到直流供电设备负极；直流供电设备、第一相线圈L1、第一功率开关、母线电容C1、外部的电池形成电池充电回路，电池充电回路不仅用于储能同时用于驱动，电流流向为直流供电设备正极流经第一相线圈L1、第一上桥臂VT1、电池105及母线电容C1回到直流供电设备负极；母线电容C1、第五功率开关、第三功率开关、第三相线圈L3、第二相线圈L2、第一相线圈L1、第二功率开关形成电机第一驱动电路，电流从母线电容C1的一端流经第五上桥臂VT5、第三相线圈L3、第一相线圈L1、第二下桥臂VT2回到母线电容C1的另一端的同时电流从母线电容C1的一端流经第三上桥臂VT3、第二相线圈L2、第一相线圈L1、第二下桥臂VT2回到母线电容C1的另一端；第二相线圈L2、第三相线圈L3、第一相线圈L1、第一功率开关、第三功率开关以及第五功率开关形成电机第二驱动电路，电流的流向在第二相线圈L2、第一相线圈L1、第一上桥二极管VD1及第三上桥臂VT3间和第三相线圈L3、第一相线圈L1、第一上桥二极管VD1及第五上桥臂VT5间分别形成环流；当第一线圈为第一相线圈L1和第二相线圈L2，第二线圈为第三相线圈L3时，直流供电设备、第一相线圈L1、第二相线圈L2、第二功率开关、第四功率开关形成直流储能回路，直流储能回路不仅用于储能同时用于驱动，作为一种实施方式，电流流向为直流供电设备正极流经第一相线圈L1、第二下桥臂VT2回到直流供电设备负极，同时直流供电设备正极流经第二相线圈L2、第四下桥臂VT4回到直流供电设备负极；直流供电设备、第一相线圈L1、第二相线圈L2、第一功率开关、第三功率开关、母线电容C1、外部的电池形成电池充电回路，电池充电回路不仅用于储能同时用于驱动，电流流向为直流供电设备正极流经第一相线圈L1、第一上桥臂VT1、电池105及母线电容C1回到直流供电设备负极，同时，直流供电设备正极流经第二相线圈L2、第二上桥臂VT2、电池105及母线电容C1回到直流供电设备负极；母线电容C1、第五功率开关、第三相线圈L3、第一相线圈L1、第二相线圈L2、第二功率开关、第四功率开关形成电机第一驱动电路，电流流向从母线电容C1的一端流经第五上桥臂VT5、第三相线圈L3、第一相线圈L1、第二下桥臂VT2回到母线电容C1的另一端，同时电流流向从母线电容C1的一端流经第五上桥臂VT5、第三相线圈L3、第二相线圈L2、第四下桥臂VT2回到母线电容C1的另一端；第三相线圈L3、第一相线圈L1、第二相线圈L2、第一功率开关、第三功率开关以及第五功率开关形成电机第二驱动电路，电流的流向在第三相线圈L3、第一相线圈L1、第一上桥二极管VD1及第五上桥臂VT5间和第三相线圈L3、第二相线圈L2、第三上桥二极管VD3及第三上桥臂VT5间分别形成环流。

对于直流供电，当第一线圈为第一相线圈L1，第二线圈为第二相线圈L2和第三相线圈L3时，如图7所示，在第一工作阶段，控制器104根据电机的待驱动功率和电池的待充电功率控制第一桥臂和第二桥臂的导通时刻及时长，使直流储能回路中直流供电设备输出的电流依次流经第一相线圈L1、第二功率开关流回直流供电设备，同时使电机第一驱动电路中母线电容C1输出的电流依次流经第五功率开关、第三功率开关、第三相线圈L3、第二相线圈L2、第一相线圈L1、第二功率开关流回母线电容C1，使直流储能回路和电机第一驱动电路同时工作。

如图8所示，在第二工作阶段，控制器104控制第一桥臂、第二桥臂导通的时刻及时长，使电池充电回路中直流供电设备输出的电流流经第一相线圈L1、第一功率开关、母线电容C1、电池流回直流供电设备，使电机第二驱动电路之能够第二相线圈L2和第三相线圈L3输出的电流流经第一相线圈L1、第一功率开关、第三功率开关以及第五功率开关流回第二相线圈L2和第三相线圈L3，使电池充电回路和电机第二驱动电路同时工作。

对于直流供电，当第一线圈为第一相线圈L1和第二相线圈L2，第二线圈为第三相线圈L3时，如图9所示，在第一工作阶段，控制器104根据电机的驱动功率和电池的充电功率控制第一桥臂和第二桥臂的导通时刻及时长，使直流储能回路中直流供电设备输出的电流依次流经第一相线圈L1、第二相线圈L2、第二功率开关、第四功率开关流回直流供电设备，同时使电机第一驱动电路中母线电容C1输出的电流依次流经第五功率开关、第三相线圈L3、第二相线圈L2、第一相线圈L1、第二功率开关、第四功率开关流回母线电容C1，使直流储能回路和电机第一驱动电路同时工作。

如图10所示，在第二工作阶段，控制器104控制第一桥臂、第二桥臂导通的时刻及时长，使电池充电回路中直流供电设备输出的电流流经第一相线圈L1、第二相线圈L2、第一功率开关、第三功率开关、母线电容C1、电池流回直流供电设备，使电机第二驱动电路中第三相线圈L3输出的电流流经第一相线圈L1、第二相线圈L2、第一功率开关、第三功率开关以及第五功率开关流回第三相线圈L3，使电池充电回路和电机第二驱动电路同时工作。

对于交流供电，如图11所示，与图7的不同点在于：驱动和充电电路还包括双向桥臂107，双向桥臂107包括第七功率开关和第八功率开关，第七功率开关的第一端连接桥臂变换器102的第一汇流端，第七功率开关的第二端和第八功率开关的第一端共接于交流供电设备的一端，第八功率开关的第二端连接桥臂变换器102的第二汇流端，当第一线圈为第一相线圈L1，第二线圈包括第二相线圈L2和第三相线圈L3时，交流供电设备、第一相线圈L1、第二功率开关、第八功率开关形成交流储能回路，交流供电设备、第一相线圈L1、第一功率开关、第七功率开关也可以形成交流储能回路，作为一种实施方式，电流流向为交流供电设备正极流经第一相线圈L1、第二下桥臂VT2、第八下桥臂VT8回到直流供电设备负极；交流供电设备、第一相线圈L1、第一功率开关、母线电容C1、外部的电池、第八功率开关形成电池充电回路，电池充电回路不仅用于储能同时用于驱动，电流流向为交流供电设备正极流经第一相线圈L1、第一上桥臂VT1、电池105、母线电容C1及第八下桥二极管VD8回到交流供电设备负极；母线电容C1、第五功率开关、第三功率开关、第三相线圈L3、第二相线圈L2、第一相线圈L1、第二功率开关形成电机第三驱动电路，电流从母线电容C1的一端流经第五上桥臂VT5、第三相线圈L3、第一相线圈L1、第二下桥臂VT2回到母线电容C1的另一端的同时电流从母线电容C1的一端流经第三上桥臂VT3、第二相线圈L2、第一相线圈L1、第二下桥臂VT2回到母线电容C1的另一端；第二相线圈L2、第三相线圈L3、第一相线圈L1、第一功率开关、第三功率开关以及第五功率开关形成电机第四驱动电路，电流的流向在第二相线圈L2、第一相线圈L1、第一上桥二极管VD1及第三上桥臂VT3间和第三相线圈L3、第一相线圈L1、第一上桥二极管VD1及第五上桥臂VT5间分别形成环流；当第一线圈为第一相线圈L1和第二相线圈L2，第二线圈为第三相线圈L3时，交流供电设备、第一相线圈L1、第二相线圈L2、第二功率开关、第四功率开关、第八功率开关形成交流储能回路，交流储能回路不仅用于储能同时用于驱动，作为一种实施方式，电流流向为交流供电设备正极流经第一相线圈L1、第二下桥臂VT2、第八下桥臂VT8回到交流供电设备负极，同时交流供电设备正极流经第二相线圈L2、第四下桥臂VT4、第八下桥臂VT8回到交流供电设备负极；交流供电设备、第一相线圈L1、第二相线圈L2、第一功率开关、第三功率开关、母线电容103、外部的电池、第八功率开关形成电池充电回路，电池充电回路不仅用于储能同时用于驱动，电流流向为交流供电设备正极流经第一相线圈L1、第一上桥臂VT1、电池105、母线电容C1、第八下桥二极管VD8回到交流供电设备负极，同时，交流供电设备正极流经第二相线圈L2、第二上桥臂VT3、电池105、母线电容C1、第八下桥二极管VD8回到交流供电设备负极；母线电容C1、第五功率开关、第三相线圈L3、第二相线圈L2、第一相线圈L1、第二功率开关、第四功率开关形成电机第三驱动电路，电流流向从母线电容C1的一端流经第五上桥臂VT5、第三相线圈L3、第一相线圈L1、第二下桥臂VT2回到母线电容C1的另一端，同时电流流向从母线电容C1的一端流经第五上桥臂VT5、第三相线圈L3、第二相线圈L2、第四下桥臂VT4回到母线电容C1的另一端；第三相线圈L3、第一相线圈L1、第二相线圈L2、第一功率开关、第三功率开关以及第五功率开关形成电机第四驱动电路，电流的流向在第三相线圈L3、第一相线圈L1、第一上桥二极管VD1及第五上桥臂VT5间和第三相线圈L3、第二相线圈L2、第三上桥二极管VD3及第三上桥臂VT5间分别形成环流。

当第一线圈为第一相线圈L1，第二线圈包括第二相线圈L2和第三相线圈L3时，如图11所示，在第三工作阶段，控制器104根据电机的待驱动功率和电池的待充电功率控制第一桥臂和第二桥臂的导通时刻及时长，使交流储能回路中直流供电设备输出的电流依次流经第一相线圈L1、第二功率开关、第八功率开关流回交流供电设备，同时使电机第三驱动电路中母线电容103输出的电流依次流经第五功率开关、第三功率开关、第三相线圈L3、第二相线圈L2、第一相线圈L1、第二功率开关流回母线电容103，使交流储能回路和电机第三驱动电路同时工作。

如图12所示，在第四工作阶段，控制器104控制第一桥臂、第二桥臂导通的时刻及时长，使电池充电回路中交流供电设备输出的电流流经第一相线圈L1、第一功率开关、母线电容103、电池、第八功率开关流回交流供电设备，使电机第四驱动电路中第二相线圈L2和第三相线圈L3输出的电流流经第一相线圈L1、第一功率开关、第三功率开关以及第五功率开关流回第二相线圈L2和第三相线圈L3，使电池充电回路和电机第四驱动电路同时工作。

当第一线圈为第一相线圈L1和第二相线圈L2，第二线圈为第三相线圈L3时，如图13所示，在第三工作阶段，控制器104根据电机的待驱动功率和电池的待充电功率控制第一桥臂和第二桥臂的导通时刻及时长，使交流储能回路中直流供电设备输出的电流依次流经第一相线圈L1、第二相线圈L2、第二功率开关、第四功率开关、第八功率开关流回交流供电设备，同时使电机第三驱动电路中母线电容103输出的电流依次流经第五功率开关、第三相线圈L3、第一相线圈L1、第二相线圈L2、第二功率开关、第四功率开关流回母线电容103，使交流储能回路和电机第三驱动电路同时工作。

如图14所示，在第四工作阶段，控制器104控制第一桥臂、第二桥臂导通的时刻及时长，使电池充电回路中交流供电设备输出的电流流经第一相线圈L1、第二相线圈L2、第一功率开关、第三功率开关、母线电容103、电池、第八功率开关流回交流供电设备，使电机第四驱动电路中第三相线圈L3输出的电流流经第一相线圈L1、第二相线圈L2、第一功率开关、第三功率开关以及第五功率开关流回第三相线圈L3，使电池充电回路和电机第四驱动电路同时工作。

本发明实施例二提供一种能量转换装置，外部充电口106、电机线圈、桥臂变换器102、母线电容103及电池形成驱动充电加热电路；

在外部的充电口连接至外部电源时，根据电机的待驱动功率、电池的待充电功率以及电机线圈的待加热功率，控制桥臂变换器102使外部电源的电能流向驱动充电加热电路，且调节驱动充电加热电路的电流，使外部电源驱动电机输出驱动功率、对电池进行充电以及使电机线圈进行耗电产生热量同时进行。

其中，电机可以是同步电机(含无刷同步电机)或者异步电机，电机相数大于等于3(如三相电机、五相电机、六相电机、九相电机、十五相等等)，且电机线圈的连接点形成极点引出中性线与外部电源连接，电机极点数量是极数的公约数，具体电机的极点数量取决于电机内部绕组并联结构，引出中性线的数量以及中性线在电机内部的并联极点数量由实际方案的使用情况确定；桥臂变换器102包括多相并联的桥臂，桥臂变换器102中桥臂的数量根据电机的相数进行配置，每相桥臂包括两个功率开关单元，功率开关单元可以是晶体管、IGBT、MOSFEET管、SIC管等器件类型，桥臂中两个功率开关单元的连接点连接电机中的一相线圈，桥臂变换器102中的功率开关单元可以根据控制器104的控制信号实现导通和关闭；外部电源可以是提供直流电的供电设备，供电设备可以是直流充电桩提供的直流电，也可以是单相、三相交流充电桩经过整流后输出的直流电，也可以是燃料电池发出的电能，也可以是增程器如发动机转动带动发电机发电，经发电机控制器104整流后的直流电等电源形式。

其中，通过电机线圈进行耗电产生热量，可以用于给待加热设备进行加热，例如在外界环境温度较低的情况下给电池进行加热，通过电机线圈进行加热，可以对流经电机线圈的换热介质进行加热，电机的冷却回路与电池的冷却回路是连通的，进而实现给电池进行加热。

其中，控制器104根据电机的待驱动功率、外部的电池的待充电功率以及电机线圈的待加热功率，根据电机的目标驱动功率和电机的当前驱动功率获取电机的待驱动功率，根据电机线圈的目标加热功率和电机线圈的当前加热功率获取电机线圈的待加热功率，并根据待驱动功率、待加热功率和待充电功率，控制桥臂变换器102使外部电源的电能流向驱动充电加热电路，是指通过调节桥臂变换器102中不同功率开关导通或者关断以及导通的时间，进而调节流经电机线圈的电流大小及方向，电机线圈的电流方向为流入电机中每相线圈的方向或者电机中每相线圈流出的方向，电机线圈的电流大小是指流入电机中每相线圈的大小或者从电机中每相线圈流出的电流的大小，例如，从与桥臂变换器102中的A相桥臂连接的电机线圈流入，从与桥臂变换器102中的B相和C相桥臂连接的电机线圈流出电机，由于通过调节电机中每相线圈的电流大小和方向可以调节电机扭矩输出和加热功率，并且流经电机的电流大小的和等于电机的每相线圈的连接点的输入电流，该输入电流可以用于调节充电功率，通过调节电机的每相线圈的电流大小及方向，可以同时控制直流供电设备对动力电池的充电过程、电机的输出扭矩以及电机线圈的加热过程。

本申请实施例一种能量转换装置的技术效果在于：通过在能量转换装置中设置电机线圈、桥臂变换器102以及母线电容103并与外部电源及外部的电池形成驱动充电加热电路，仅需要控制桥臂变换器102进而调节外部电源流向驱动充电加热电路的电流，即可实现使外部电源驱动电机输出功率的同时对电池进行充电和使电机线圈进行耗电产生热量，进而实现采用同一系统同时进行车辆的电机驱动、电池充电以及电机线圈加热的过程，元器件复用程度高，系统集成度高且结构简单，从而降低了系统成本，减小了系统体积，解决了现有的电机驱动与充电系统总体结构复杂、集成度低、体积大且成本高的问题。

作为一种实施方式，桥臂变换器102获取导通时刻和时长，并根据导通时刻和时长调节驱动充电加热电路的电流。

其中，作为一种实施方式，如图2所示，以三相电机为例，根据待加热功率、待充电功率、电机扭矩输出值以及目标电压计算三相电机的目标输入电流，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，P₂为需求充电功率，U₂为降压侧电容的目标电压。根据电机转子位置、目标输入电流以及电机扭矩输出值按照以下公式1、公式2以及公式3计算三相电机的每相电的目标电流：

公式1：

公式2：IA+IB+IC＝I

公式3：P＝(IA×IA+IB×IB+IC×IC)×R

其中，α为转子电角度，IA，IB，IC为三相电机的每相电的目标电流，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。

其中，根据公式1、公式2、公式3可以获取三相电机的每相电的目标电流IA，IB，IC的数据。

根据降压侧电容的目标电压、目标输入电流和动力电池的电压通过以下公式获取三相电控制脉冲的平均占空比：

公式4：U₂＝U₁×D₀-I×R，其中，U₂为降压侧电容的目标电压，U₁为动力电池的电压，D₀为三相电控制脉冲的平均占空比，I为目标输入电流，R为三相电机的等效阻抗。

其中，U₁×D₀为三相逆变器两端的电压，I×R为三相电机上的压降，可以根据三相逆变器两端的电压等于三相电机上的压降与降压侧电容的目标电压的和得到上述公式。

根据平均占空比、目标输入电流、每相电的目标电流以及动力电池的电压按照以下公式获取每相桥臂的控制脉冲的第一目标占空比：

公式5：

其中，I₁为每相电的目标电流，R₁为每相线圈的等效阻抗，D₁为每相桥臂的控制脉冲的目标占空比。

其中，当绕组线圈中电流的流动方向为从每相桥臂与每相线圈的连接点流向降压侧电容时，每相桥臂与每相线圈的连接点的电压大于降压侧电容的电压，每相桥臂与每相线圈的连接点的电压等于该相线圈上的压降与降压侧电容的目标电压之和，即U₁×D₁＝R₁×I₁+U₂，当绕组线圈中电流的流动方向为从降压侧电容流向每相桥臂与每相线圈的连接点时，每相桥臂与每相线圈的连接点的电压小于降压侧电容的电压，每相桥臂与每相线圈的连接点的电压等于降压侧电容的目标电压与该相线圈上的压降之差，即U₁×D₁＝U₂-R₁×I₁，再结合上述公式4即可得到公式5，即可以得到每相桥臂的控制脉冲的目标占空比。

作为一种实施方式，外部电源为直流供电设备，驱动充电加热电路的工作周期包括第一工作阶段和第二工作阶段；电机线圈包括第一线圈和第二线圈，桥臂变换器102包括与第一线圈连接的第一桥臂和与第二线圈连接的第二桥臂；

在第一工作阶段，控制器104根据电机的待驱动功率、电池的待充电功率以及电机线圈的待加热功率控制第一桥臂和第二桥臂的导通时刻及时长，使直流供电设备的电能经过第一线圈及第一桥臂后流回至直流供电设备，同时，母线电容103上的电能经过第二桥臂、第二线圈、第一线圈及第一桥臂后流回至母线电容103；

在第二工作阶段，控制器104控制第一桥臂、第二桥臂的导通时刻及时长，直流供电设备的电能经过第一线圈及第一桥臂后流经电池和母线电容103并流回至直流供电设备，同时，电能在第二线圈、第一线圈、第一桥臂及第二桥臂之间形成环流。

其中，在第一工作阶段中，第一线圈为一相线圈或者至少两相连接在一起的线圈，第一桥臂为一路桥臂或者至少两路并联连接的桥臂，第一线圈中的一相线圈与第一桥臂中的一路桥臂连接，第二线圈为一相线圈或者至少两相连接在一起的线圈，第二桥臂为一路桥臂或者至少两路并联连接的桥臂，第二线圈中的一相线圈与第二桥臂中的一路桥臂连接，第一线圈与第二线圈之间的区别在于两个线圈的电流流向处于相反状态，例如，控制桥臂变换器102的第一桥臂使第一线圈中的电流方向为沿第一方向流动，该第一方向可以为从电机流向桥臂变换器102，控制桥臂变换器102的第二桥臂使第二线圈中的电流方向为沿第二方向流动，第二方向可以为从桥臂变换器102流向电机，即在第一工作阶段的电机线圈中同时存在不同方向电流的流动，因此，可以实现对电机驱动、电池充电和电机线圈加热的控制。

需要说明的是，第一线圈和第二线圈中的线圈不是固定的，第一线圈和第二线圈是根据电流方向随时变化的，可以选择与线圈连接的桥臂的功率开关进行控制，例如，电机包括第一相线圈L1、第二相线圈L2以及第三相线圈L3，控制与第一相线圈L1连接的桥臂的下桥臂导通使第一相线圈L1中的电流流向为从电机线圈到桥臂变换器102，控制与第二相线圈L2和第三相线圈L3连接的桥臂的上桥臂导通使第二相线圈L2和第三相线圈L3中的电流流向为从桥臂变换器102到电机线圈，此时，第一线圈为第一相线圈L1，第二线圈为第二相线圈L2以及第三相线圈L3，当下一周期时，通过改变桥臂中导通的功率开关，实现对电机线圈中电流方向的改变，可以为第一线圈为第一相线圈L1以及第二相线圈L2，第二线圈为第三相线圈L3。

其中，第一工作阶段中使直流供电设备的电能经过第一线圈及第一桥臂后流回至直流供电设备，用于实现将直流供电设备的电能存储在第一线圈中，即实现直流供电设备对电池进行充电过程中的储能过程、电机驱动过程以及电机线圈的加热过程，由于第一线圈中有电流流过，此时可以驱动电机运行和产生热量，第一工作阶段中的母线电容103上的电能经过第二桥臂、第二线圈、第一线圈及第一桥臂后流回至母线电容103，用于使母线电容103通过桥臂变换器102对第一线圈和第二线圈进行放电，由于第一线圈和第二线圈连接在一起，因此，第一线圈和第二线圈中流经电流的方向不同，可以实现在直流供电设备对第一线圈进行储能的同时对电机进行连续驱动和加热。

其中，由于第一工作阶段和第二工作阶段构成一个周期，由于周期为定值，当第一工作阶段中第一桥臂和第二桥臂的导通时刻及时长确定之后，则第二工作阶段中第一桥臂和第二桥臂的导通时刻及时长可以直接确定。

其中，第二工作阶段中的直流供电设备的电能经过第一线圈及第一桥臂后流经电池和母线电容103并流回至直流供电设备，用于实现直流供电设备和第一线圈对电池和母线电容103进行充电，即实现直流供电设备对电池进行充电过程中的续流充电过程，同时第一线圈中有电流流动可以实现驱动电机和使电机线圈加热，第二工作阶段中的电能在第二线圈、第一线圈、第一桥臂及第二桥臂之间形成环流，用于使第二线圈中的电流流向第一线圈，由于在第一工作过程中，母线电容103输出的电流通过第二桥臂流经第二线圈，再流经第二线圈和第一线圈，使第二线圈与第二桥臂之间连接点的电压升高，由于其中充电口侧的电容的电压与线圈与第二桥臂之间连接点的电压的大小关系决定电流流动方向，如果第二线圈与第二桥臂之间连接点的电压大于充电口侧的电容的电压时，则绕组电流方向为从第二线圈与第二桥臂之间连接点点流入，因此，可以实现第二线圈中的电流流向第一线圈，由于第一线圈和第二线圈连接在一起，因此，第一线圈和第二线圈中流经电流的方向不同，可以实现在直流供电设备和第一线圈对电池和母线电容103进行充电的同时对电机进行驱动和加热。

本实施方式中将驱动充电加热电路的工作周期分为第一工作阶段和第二工作阶段，每个工作阶段均包括对电池的充电过程、对电机的驱动过程以及对电机线圈的加热过程，通过控制第一桥臂和第二桥臂的导通时刻及时长，分别调节第一工作阶段和第二工作阶段中驱动充电加热电路的电流，使整个工作周期中直流供电设备输出的能量一部分用于对电池进行充电，一部分对电机进行驱动，一部分对电机线圈进行加热，实现了对电池进行充电、对电机进行驱动以及对电机线圈进行加热的协同工作。

作为一种实施方式，在第二工作阶段，控制器104根据电池的待充电功率控制第一桥臂、第二桥臂导通的时刻及时长，使直流供电设备的电能经过第一线圈及第一桥臂后流经电池和母线电容103并流回至直流供电设备，同时，电能在第二线圈、第一线圈、第一桥臂及第二桥臂之间形成环流。

其中，在第二工作阶段可以根据待充电功率重新确定第一桥臂、第二桥臂导通的时刻及时长，本实施方式与上述实施方式区别在于驱动和充电电路的工作周期不是恒定的周期，通过重新确定第一桥臂、第二桥臂导通的时刻及时长实现了对驱动充电加热电路的变周期控制，使对驱动充电加热电路的充电过程、驱动过程以及加热过程的控制更加灵活，便于提升驱动充电加热电路的工作效率。

作为一种实施方式，在驱动充电加热电路的工作周期之前还包括驱动充电加热电路的启动周期；

驱动充电加热电路的启动周期包括第一启动阶段和第二启动阶段；

在第一启动阶段，控制器104根据电机的待驱动功率、电池的待充电功率以及电机线圈的待加热功率控制第一桥臂、第二桥臂导通时刻及时长，使直流供电设备的电能经过第一线圈及第一桥臂后流回至直流供电设备；

在第二启动阶段，控制器104控制第一桥臂、第二桥臂导通时刻及时长，使直流供电设备的电能经过第一线圈及第一桥臂后流经电池和母线电容103并流回至直流供电设备。

其中，驱动充电加热电路的工作周期之前还包括启动周期，启动周期仅在上电启动的时候工作，启动周期对工作周期完成启动后即不再工作，后面由工作周期循环工作，启动周期通过对母线电容103进行充电，再通过母线电容103进行放电完成工作周期的，启动周期中的第一启动阶段中用于使直流供电设备对第一线圈进行储能，第二启动阶段使直流供电设备和第一线圈对母线电容103和电池进行充电，保证母线电容103两侧的母线上形成高电压，当工作周期开始时，使母线电容103通过桥臂变换器102对电机线圈进行放电，再通过直流供电设备和第一线圈对母线电容103进行充电，使工作周期能够循环工作，此外，启动周期中的第一线圈除了为电机线圈中的部分线圈外，还可以为所有线圈，例如可以选择三相桥臂功率开关同时进行控制，即第一启动阶段可以使三相上桥臂同时关断，三相下桥臂同时导通，第二启动阶段可以使三相上桥臂同时导通，三相下桥臂同时关断。

作为一种实施方式，其还包括双向桥臂，双向桥臂与桥臂变换器102并联连接，双向桥臂还连接控制器104，外部电源为交流供电设备，交流供电设备连接双向桥臂，驱动充电加热电路的工作周期包括第三工作阶段和第四工作阶段，电机线圈包括第一线圈和第二线圈，桥臂变换器102包括与第一线圈连接的第一桥臂和与第二线圈连接的第二桥臂；

在第三工作阶段，控制器104根据电机的待驱动功率、电池的待充电功率以及电机线圈的待加热功率控制第一桥臂、第二桥臂以及双向桥臂的导通时刻及时长，使交流供电设备的电能经过第一线圈、第一桥臂以及双向桥臂后流回至交流供电设备，同时，母线电容103上的电能经过第二桥臂、第二线圈、第一线圈及第一桥臂后流回至母线电容103；

在第四工作阶段，控制器104控制第一桥臂、第二桥臂以及双向桥臂导通的时刻及时长，使交流供电设备的电能经过第一线圈、第一桥臂、电池和母线电容103并流经双向桥臂后流回至交流供电设备，同时，电能在第二线圈、第一线圈、第一桥臂及第二桥臂之间形成环流。

其中，第三工作阶段中的使交流供电设备的电能经过第一线圈、第一桥臂及双向桥臂后流回至交流供电设备，用于实现将交流供电设备的电能存储在第一线圈中，即实现交流供电设备对电池进行充电过程中的储能过程，同时该储能过程也实现了对电机进行驱动和对电机线圈进行加热，第三工作阶段中的母线电容103上的电能经过第二桥臂、第二线圈、第一线圈及第一桥臂后流回至母线电容103，用于使母线电容103通过桥臂变换器102对第一线圈和第二线圈进行放电，由于第一线圈和第二线圈连接在一起，因此，第一线圈和第二线圈中流经电流的方向不同，可以实现在交流供电设备对第一线圈进行储能的同时对电机进行驱动和对电机线圈进行加热。

其中，由于第三工作阶段和第四工作阶段构成一个周期，由于周期为定值，当第三工作阶段中第一桥臂和第二桥臂的导通时刻及时长确定之后，则第四工作阶段中第一桥臂和第二桥臂的导通时刻及时长可以直接确定。

其中，第四工作阶段中的交流供电设备的电能经过第一线圈、第一桥臂及双向桥臂后流经电池和母线电容103并流回至交流供电设备，用于实现交流供电设备和第一线圈对电池和母线电容103进行充电，即实现交流供电设备对电池进行充电过程中的续流充电过程，同时该续流充电过程由于有电流流经电机线圈也实现了对电机进行驱动和对电机线圈进行加热，第四工作阶段中的电能在第二线圈、第一线圈、第一桥臂及第二桥臂之间形成环流，用于使第二线圈中的电流流向第一线圈，由于在第三工作过程中，母线电容103输出的电流通过第二桥臂流经第二线圈和第一线圈，使第二线圈与第二桥臂之间连接点的电压大于第一线圈和第一桥臂连接点之间的电压，因此，可以实现第二线圈中的电流流向第一线圈，由于第一线圈和第二线圈连接在一起，因此，第一线圈和第二线圈中流经电流的方向不同，可以实现在交流供电设备和第一线圈对电池和母线电容103进行充电的同时对电机进行驱动和电机线圈进行加热。

作为一种实施方式，在第四工作阶段，控制器104根据电池的待充电功率控制第一桥臂、第二桥臂导通的时刻及时长，使交流供电设备的电能经过第一线圈、第一桥臂、电池和母线电容103并流经双向桥臂后流回至交流供电设备，同时，电能在第二线圈、第一线圈、第一桥臂及第二桥臂之间形成环流。

其中，在第四工作阶段可以根据充电功率重新确定第一桥臂、第二桥臂导通的时刻及时长，本实施方式与上述实施方式区别在于驱动充电加热电路的工作周期不是恒定的周期，通过重新确定第一桥臂、第二桥臂导通的时刻及时长实现了对驱动充电加热电路的变周期控制，使对驱动充电加热电路的充电过程和驱动过程以及对电机线圈的加热过程的控制更加灵活，便于提升驱动充电加热电路的工作效率。

作为一种实施方式，在驱动充电加热电路的工作周期之前还包括驱动充电加热电路的启动周期；

驱动充电加热电路的启动周期包括第三启动阶段和第四启动阶段；

在第三启动阶段，控制器104根据电机的待驱动功率、电池的待充电功率以及电机线圈的待加热功率控制第一桥臂、第二桥臂以及双向桥臂导通的时刻及时长，使交流供电设备的电能经过第一线圈、第一桥臂以及双向桥臂后流回至交流供电设备；

在第四启动阶段，控制器104控制第一桥臂、第二桥臂以及双向桥臂的导通时刻及时长，使交流供电设备的电能经过第一线圈、第一桥臂及双向桥臂后流经电池和母线电容103并流回至交流供电设备。

其中，驱动充电加热电路的工作周期之前还包括启动周期，用于对母线电容103进行充电，第三启动阶段中用于使直流供电设备对第一线圈进行储能，第四启动阶段使交流供电设备和第一线圈对母线电容103进行充电，保证母线电容103两侧的母线上形成高电压，当工作周期开始时，使母线电容103通过桥臂变换器102对电机线圈进行放电，再通过交流供电设备和第一线圈对母线电容103进行充电，使工作周期能够循环工作。

本申请实施例三提供一种能量转换装置，如图15所示，能量转换装置包括：

电机；

车载充电模块，包括充电连接端组110，充电连接端组110包括第一充电连接端和第二充电连接端；

电机控制模块，包括桥臂变换器102，桥臂变换器102连接电机的电机线圈；

能量储存模块，包括并联连接的母线电容103和能量存储连接端组109，母线电容103与桥臂变换器102并联连接，所述能量存储连接端组109包括第一能量存储连接端、第二能量存储连接端；

控制器104，其连接所述桥臂变换器102；

电机线圈、桥臂变换器102及母线电容103形成驱动和充电电路；控制器104根据电机的待驱动功率和外部的电池的待充电功率，控制桥臂变换器102使外部的电能流向驱动和充电电路，且调节驱动和充电电路的电流，使外部的电能驱动电机输出驱动功率的同时通过驱动和充电电路对外进行放电。

进一步的，第一充电连接端、第二充电连接端分别与外部电源连接，外部电池分别与第一能量存储连接端、第二能量存储连接端连接；

外部电源、电机线圈、桥臂变换器102、母线电容103及电池形成驱动和充电电路。

进一步的，控制器104获取桥臂变换器102的导通时刻和时长，并根据导通时刻和时长调节驱动和充电电路的电流，通过驱动和充电电路驱动电机输出驱动功率的同时对电池进行充电。

进一步的，外部电源为直流供电设备，驱动和充电电路的工作周期包括第一工作阶段和第二工作阶段；电机线圈包括第一线圈和第二线圈，桥臂变换器102包括与第一线圈连接的第一桥臂和与第二线圈连接的第二桥臂；

在第一工作阶段，控制器104根据电机的待驱动功率和电池的待充电功率控制第一桥臂和第二桥臂的导通时刻及时长，使直流供电设备的电能经过第一线圈及第一桥臂后流回至直流供电设备，同时，母线电容103上的电能经过第二桥臂、第二线圈、第一线圈及第一桥臂后流回至母线电容103；

在第二工作阶段，控制器104控制第一桥臂、第二桥臂导通的时刻及时长，直流供电设备的电能经过第一线圈及第一桥臂后流经电池和母线电容103并流回至直流供电设备，同时，电能在第二线圈、第一线圈、第一桥臂及第二桥臂之间形成环流。

进一步的，在第二工作阶段，控制器104根据电池的待充电功率控制第一桥臂、第二桥臂导通的时刻及时长，使直流供电设备的电能经过第一线圈及第一桥臂后流经电池和母线电容103并流回至直流供电设备，同时，电能在第二线圈、第一线圈、第一桥臂及第二桥臂之间形成环流。

进一步的，在驱动和充电电路的工作周期之前还包括驱动和充电电路的启动周期；

驱动和充电电路的启动周期包括第一启动阶段和第二启动阶段；

在第一启动阶段，控制器104根据电机的待驱动功率和电池的待充电功率控制第一桥臂、第二桥臂导通时刻及时长，使直流供电设备的电能经过第一线圈及第一桥臂后流回至直流供电设备；

在第二启动阶段，控制器104控制第一桥臂、第二桥臂导通时刻及时长，使直流供电设备的电能经过第一线圈及第一桥臂后流经电池和母线电容103并流回至直流供电设备。

进一步的，其还包括双向桥臂，双向桥臂与桥臂变换器102并联连接，双向桥臂与桥臂变换器102并联连接，充电连接端组还包括第三充电连接端，双向桥臂还连接控制器104和第三充电连接端，第三充电连接端连接外部电源，外部电源、电机线圈、桥臂变换器102、双向桥臂、母线电容103及电池形成驱动和充电电路；

控制器104获取桥臂变换器102的导通时刻和时长，并根据导通时刻和时长调节驱动和充电电路的电流，通过驱动和充电电路驱动电机输出驱动功率的同时对电池进行充电。

进一步的，外部电源还包括交流供电设备，交流供电设备连接双向桥臂，驱动和充电电路的工作周期包括第三工作阶段和第四工作阶段，电机线圈包括第一线圈和第二线圈，桥臂变换器102包括与第一线圈连接的第一桥臂和与第二线圈连接的第二桥臂；

在第三工作阶段，控制器104根据电机的待驱动功率和电池的待充电功率控制第一桥臂、第二桥臂以及双向桥臂的导通时刻及时长，使交流供电设备的电能经过第一线圈、第一桥臂以及双向桥臂后流回至交流供电设备，同时，母线电容103上的电能经过第二桥臂、第二线圈、第一线圈及第一桥臂后流回至母线电容103；

在第四工作阶段，控制器104控制第一桥臂、第二桥臂以及双向桥臂导通的时刻及时长，使交流供电设备的电能经过第一线圈、第一桥臂及双向桥臂后流经电池和母线电容103并流回至交流供电设备，同时，电能在第二线圈、第一线圈、第一桥臂及第二桥臂之间形成环流。

进一步的，在第四工作阶段，控制器104根据电池的待充电功率控制第一桥臂、第二桥臂导通的时刻及时长，使交流供电设备的电能经过第一线圈、第一桥臂、电池和母线电容103后流经双向桥臂并流回至交流供电设备，同时，电能在第二线圈、第一线圈、第一桥臂及第二桥臂之间形成环流。

进一步的，在驱动和充电电路的工作周期之前还包括驱动和充电电路的启动周期；

驱动和充电电路的启动周期包括第三启动阶段和第四启动阶段；

在第三启动阶段，控制器104根据电机的待驱动功率和电池的待充电功率控制第一桥臂、第二桥臂导通时刻及时长，使交流供电设备的电能经过第一线圈、第一桥臂以及双向桥臂后流回至交流供电设备；

在第四启动阶段，控制器104控制第一桥臂、第二桥臂导通时刻及时长，使所述交流供电设备的电能经过所述第一线圈、所述第一桥臂、所述电池和所述母线电容后并流经所述双向桥臂后流回至所述交流供电设备。

其中，在第四启动阶段，控制器104根据电池的待充电功率控制第一桥臂、第二桥臂以及双向桥臂导通时刻及时长，使交流供电设备的电能经过第一线圈、第一桥臂及双向桥臂后流经电池和母线电容103并流回至交流供电设备。

进一步的，外部电源、电机线圈、桥臂变换器102、母线电容103及电池形成驱动充电加热电路；

在充电连接端组连接至外部电源时，根据电机的待驱动功率、电池的待充电功率以及电机线圈的待加热功率，控制桥臂变换器102使外部电源的电能流向驱动充电加热电路，且调节驱动充电加热电路的电流，使外部电源驱动电机输出驱动功率、对电池进行充电以及使电机线圈进行耗电产生热量同时进行。

进一步的，控制器获取桥臂变换器102导通时刻和时长，并根据导通时刻和时长调节驱动充电加热电路的电流。

进一步的，外部电源为直流供电设备，驱动充电加热电路的工作周期包括第一工作阶段和第二工作阶段；电机线圈包括第一线圈和第二线圈，桥臂变换器102包括与第一线圈连接的第一桥臂和与第二线圈连接的第二桥臂；

在第一工作阶段，控制器104根据电机的待驱动功率、电池的待充电功率以及电机线圈的待加热功率控制第一桥臂和第二桥臂的导通时刻及时长，使直流供电设备的电能经过第一线圈及第一桥臂后流回至直流供电设备，同时，母线电容103上的电能经过第二桥臂、第二线圈、第一线圈及第一桥臂后流回至母线电容103；

在第二工作阶段，控制器104控制第一桥臂、第二桥臂导通的时刻及时长，直流供电设备的电能经过第一线圈及第一桥臂后流经电池和母线电容103并流回至直流供电设备，同时，电能在第二线圈、第一线圈、第一桥臂及第二桥臂之间形成环流。

进一步的，在驱动充电加热电路的工作周期之前还包括驱动充电加热电路的启动周期；

驱动充电加热电路的启动周期包括第一启动阶段和第二启动阶段；

在第一启动阶段，控制器104根据电机的待驱动功率、电池的待充电功率以及电机线圈的待加热功率控制第一桥臂、第二桥臂导通时刻及时长，使直流供电设备的电能经过第一线圈及第一桥臂后流回至直流供电设备；

在第二启动阶段，控制器104控制第一桥臂、第二桥臂导通时刻及时长，使直流供电设备的电能经过第一线圈及第一桥臂后流经电池和母线电容103并流回至直流供电设备。

进一步的，其还包括双向桥臂，双向桥臂与桥臂变换器102并联连接，双向桥臂还连接控制器104，外部电源为交流供电设备，交流供电设备连接双向桥臂，驱动充电加热电路的工作周期包括第三工作阶段和第四工作阶段；

在第三工作阶段，控制器104根据电机的待驱动功率、电池的待充电功率以及电机线圈的待加热功率控制第一桥臂、第二桥臂以及双向桥臂的导通时刻及时长，使交流供电设备的电能经过第一线圈、第一桥臂以及双向桥臂后流回至交流供电设备，同时，母线电容103上的电能经过第二桥臂、第二线圈、第一线圈及第一桥臂后流回至母线电容103；

在第四工作阶段，控制器104控制第一桥臂、第二桥臂以及双向桥臂导通的时刻及时长，使交流供电设备的电能经过第一线圈、第一桥臂、电池和母线电容103并流经双向桥臂后流回至交流供电设备，同时，电能在第二线圈、第一线圈、第一桥臂及第二桥臂之间形成环流。

进一步的，在驱动充电加热电路的工作周期之前还包括驱动充电加热电路的启动周期；

驱动充电加热电路的启动周期包括第三启动阶段和第四启动阶段；

在第三启动阶段，控制器104根据电机的待驱动功率、电池的待充电功率以及电机线圈的待加热功率控制第一桥臂、第二桥臂以及双向桥臂导通的时刻及时长，使交流供电设备的电能经过第一线圈、第一桥臂以及双向桥臂后流回至交流供电设备；

在第四启动阶段，控制器104控制第一桥臂、第二桥臂以及双向桥臂导通时刻及时长，使交流供电设备的电能经过第一线圈、第一桥臂及双向桥臂后流经电池和母线电容103并流回至交流供电设备。

其中，在第四启动阶段，控制器104根据电池的待充电功率控制第一桥臂、第二桥臂以及双向桥臂导通时刻及时长，使交流供电设备的电能经过第一线圈、第一桥臂及双向桥臂后流经电池和母线电容103并流回至交流供电设备。

综上所述，本公开实施例的能量转换装置的驱动和充电电路、驱动充电加热电路是根据电机的待驱动功率、外部电池的待充电功率以及电机线圈的待加热功率控制桥臂变换器的导通时刻和导通时长，复用电机的电机线圈实现电机驱动、电池充电、电机线圈加热待加热设备的协同控制。

本申请实施例四提供一种车辆10，如图16所示，车辆还包括上述实施例的能量转换装置。

以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，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申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (27)

1.一种能量转换装置，其特征在于，包括电机的电机线圈、桥臂变换器、与所述桥臂变换器并联的母线电容和与所述桥臂变换器连接的控制器；

所述桥臂变换器与所述电机线圈连接；

所述电机线圈、所述母线电容以及所述桥臂变换器均与外部充电口连接，所述母线电容与外部的电池并联连接；

所述外部充电口、所述电机线圈、所述桥臂变换器、所述母线电容及所述电池形成驱动和充电电路；

所述控制器在所述能量转换装置通过所述外部充电口连接至外部电源时，根据所述电机的待驱动功率和所述外部的电池的待充电功率，控制所述桥臂变换器使所述外部电源的电能流向所述驱动和充电电路，且调节所述驱动和充电电路的电流，使所述外部电源驱动所述电机输出驱动功率的同时对所述电池进行充电。

2.如权利要求1所述的能量转换装置，其特征在于，所述控制器根据所述电机的待驱动功率和所述外部的电池的待充电功率获取所述桥臂变换器的导通时刻和时长，并根据所述导通时刻和时长调节所述驱动和充电电路的电流。

3.如权利要求2所述的能量转换装置，其特征在于，所述外部充电口为直流充电口，所述外部电源为直流供电设备，所述驱动和充电电路的工作周期包括第一工作阶段和第二工作阶段，所述电机线圈包括第一线圈和第二线圈，所述桥臂变换器包括与所述第一线圈连接的第一桥臂和与所述第二线圈连接的第二桥臂；

在所述第一工作阶段，所述控制器根据所述电机的待驱动功率和所述电池的待充电功率控制所述第一桥臂和所述第二桥臂的导通时刻及时长，使所述直流供电设备的电能经过所述第一线圈及所述第一桥臂后流回至所述直流供电设备，同时，所述母线电容上的电能经过所述第二桥臂、所述第二线圈、所述第一线圈及所述第一桥臂后流回至所述母线电容；

在所述第二工作阶段，所述控制器控制所述第一桥臂、所述第二桥臂导通的时刻及时长，所述直流供电设备的电能经过所述第一线圈及所述第一桥臂后流经所述电池和所述母线电容并流回至所述直流供电设备，同时，电能在所述第二线圈、所述第一线圈、所述第一桥臂及所述第二桥臂之间形成环流。

4.如权利要求3所述的能量转换装置，其特征在于，在第二工作阶段，所述控制器根据所述电池的待充电功率控制所述第一桥臂、所述第二桥臂导通的时刻及时长，使所述直流供电设备的电能经过所述第一线圈及所述第一桥臂后流经所述电池和所述母线电容并流回至所述直流供电设备，同时，电能在所述第二线圈、所述第一线圈、所述第一桥臂及所述第二桥臂之间形成环流。

5.如权利要求3所述的能量转换装置，其特征在于，在所述驱动和充电电路的工作周期之前还包括驱动和充电电路的启动周期；

所述驱动和充电电路的启动周期包括第一启动阶段和第二启动阶段；

在所述第一启动阶段，所述控制器根据所述电机的待驱动功率和所述电池的待充电功率控制所述第一桥臂、所述第二桥臂导通时刻及时长，使所述直流供电设备的电能经过第一线圈及第一桥臂后流回至所述直流供电设备；

在所述第二启动阶段，所述控制器控制所述第一桥臂、所述第二桥臂导通时刻及时长，使所述直流供电设备的电能经过所述第一线圈及所述第一桥臂后流经所述电池和所述母线电容并流回至所述直流供电设备。

6.如权利要求1所述的能量转换装置，其特征在于，其还包括双向桥臂，所述外部充电口还包括交流充电口，所述双向桥臂与所述桥臂变换器并联连接，所述双向桥臂还连接所述控制器和所述交流充电口，所述交流充电口连接交流供电设备，所述驱动和充电电路的工作周期包括第三工作阶段和第四工作阶段；

所述电机线圈包括第一线圈和第二线圈，所述桥臂变换器包括与所述第一线圈连接的第一桥臂和与所述第二线圈连接的第二桥臂；

在所述第三工作阶段，所述控制器根据所述电机的待驱动功率和所述电池的待充电功率控制所述第一桥臂、所述第二桥臂以及所述双向桥臂的导通时刻及时长，使所述交流供电设备的电能经过所述第一线圈、所述第一桥臂以及所述双向桥臂后流回至所述交流供电设备，同时，所述母线电容上的电能经过所述第二桥臂、所述第二线圈、所述第一线圈及所述第一桥臂后流回至所述母线电容；

在所述第四工作阶段，所述控制器控制所述第一桥臂、所述第二桥臂以及所述双向桥臂导通的时刻及时长，使所述交流供电设备的电能经过所述第一线圈、所述第一桥臂、所述电池和所述母线电容并流经所述双向桥臂后流回至所述交流供电设备，同时，电能在所述第二线圈、所述第一线圈、所述第一桥臂及所述第二桥臂之间形成环流。

7.如权利要求6所述的能量转换装置，其特征在于，在所述第四工作阶段，所述控制器根据所述电池的待充电功率控制所述第一桥臂、所述第二桥臂导通的时刻及时长，使所述交流供电设备的电能经过所述第一线圈、所述第一桥臂及所述双向桥臂后流经所述电池和所述母线电容并流回至所述交流供电设备，同时，电能在所述第二线圈、所述第一线圈、所述第一桥臂及所述第二桥臂之间形成环流。

8.如权利要求6所述的能量转换装置，其特征在于，在所述驱动和充电电路的工作周期之前还包括驱动和充电电路的启动周期；

所述驱动和充电电路的启动周期包括第三启动阶段和第四启动阶段；

在所述第三启动阶段，所述控制器根据所述电机的待驱动功率和所述电池的待充电功率控制所述第一桥臂、所述第二桥臂以及所述双向桥臂的导通时刻及时长，使所述交流供电设备的电能经过第一线圈、第一桥臂以及所述双向桥臂后流回至所述交流供电设备；

在所述第四启动阶段，所述控制器控制所述第一桥臂、所述第二桥臂以及所述双向桥臂的导通时刻及时长，使所述交流供电设备的电能经过所述第一线圈、所述第一桥臂、所述电池和所述母线电容后并流经所述双向桥臂后流回至所述交流供电设备。

9.如权利要求1所述的能量转换装置，其特征在于，所述外部充电口、所述电机线圈、所述桥臂变换器、所述母线电容及所述电池形成驱动充电加热电路；

在所述外部充电口连接至外部电源时，根据所述电机的待驱动功率、所述电池的待充电功率以及所述电机线圈的待加热功率，控制所述桥臂变换器使所述外部电源的电能流向所述驱动充电加热电路，且调节所述驱动充电加热电路的电流，使所述外部电源驱动所述电机输出驱动功率、对所述电池进行充电以及使所述电机线圈进行耗电产生热量同时进行。

10.如权利要求9所述的能量转换装置，其特征在于，所述控制器根据所述电机的待驱动功率、所述电池的待充电功率以及所述电机线圈的待加热功率获取所述桥臂变换器的导通时刻和时长，并根据所述导通时刻和时长调节所述驱动充电加热电路的电流。

11.如权利要求10所述的能量转换装置，其特征在于，所述外部充电口为直流充电口，所述外部电源为直流供电设备，所述驱动充电加热电路的工作周期包括第一工作阶段和第二工作阶段；所述电机线圈包括第一线圈和第二线圈，所述桥臂变换器包括与所述第一线圈连接的第一桥臂和与所述第二线圈连接的第二桥臂；

在所述第一工作阶段，所述控制器根据所述电机的待驱动功率、所述电池的待充电功率以及所述电机线圈的待加热功率控制所述第一桥臂和所述第二桥臂的导通时刻及时长，使所述直流供电设备的电能经过所述第一线圈及所述第一桥臂后流回至所述直流供电设备，同时，所述母线电容上的电能经过所述第二桥臂、所述第二线圈、所述第一线圈及所述第一桥臂后流回至所述母线电容；

在所述第二工作阶段，所述控制器控制所述第一桥臂、所述第二桥臂的导通时刻及时长，所述直流供电设备的电能经过所述第一线圈及所述第一桥臂后流经所述电池和所述母线电容并流回至所述直流供电设备，同时，电能在所述第二线圈、所述第一线圈、所述第一桥臂及所述第二桥臂之间形成环流。

12.如权利要求11所述的能量转换装置，其特征在于，在第二工作阶段，所述控制器根据所述电池的待充电功率控制所述第一桥臂、所述第二桥臂导通的时刻及时长，使所述直流供电设备的电能经过所述第一线圈及所述第一桥臂后流经所述电池和所述母线电容并流回至所述直流供电设备，同时，电能在所述第二线圈、所述第一线圈、所述第一桥臂及所述第二桥臂之间形成环流。

13.如权利要求11所述的能量转换装置，其特征在于，在所述驱动充电加热电路的工作周期之前还包括驱动充电加热电路的启动周期；

所述驱动充电加热电路的启动周期包括第一启动阶段和第二启动阶段；

在所述第一启动阶段，所述控制器根据所述电机的待驱动功率、所述电池的待充电功率以及所述电机线圈的待加热功率控制所述第一桥臂、所述第二桥臂导通时刻及时长，使所述直流供电设备的电能经过第一线圈及第一桥臂后流回至所述直流供电设备；

在所述第二启动阶段，所述控制器控制所述第一桥臂、所述第二桥臂导通时刻及时长，使所述直流供电设备的电能经过所述第一线圈及所述第一桥臂后流经所述电池和所述母线电容并流回至所述直流供电设备。

14.如权利要求9所述的能量转换装置，其特征在于，其还包括双向桥臂，所述外部充电口还包括交流充电口，所述双向桥臂与所述桥臂变换器并联连接，所述双向桥臂还连接所述控制器和所述交流充电口，所述交流充电口连接交流供电设备，所述驱动充电加热电路的工作周期包括第三工作阶段和第四工作阶段，所述电机线圈包括第一线圈和第二线圈，所述桥臂变换器包括与所述第一线圈连接的第一桥臂和与所述第二线圈连接的第二桥臂；

在所述第三工作阶段，所述控制器根据所述电机的待驱动功率、所述电池的待充电功率以及所述电机线圈的待加热功率控制所述第一桥臂、所述第二桥臂以及所述双向桥臂的导通时刻及时长，使所述交流供电设备的电能经过所述第一线圈、所述第一桥臂以及所述双向桥臂后流回至所述交流供电设备，同时，所述母线电容上的电能经过所述第二桥臂、所述第二线圈、所述第一线圈及所述第一桥臂后流回至所述母线电容；

在所述第四工作阶段，所述控制器控制所述第一桥臂、所述第二桥臂以及所述双向桥臂导通的时刻及时长，使所述交流供电设备的电能经过所述第一线圈、所述第一桥臂、所述电池和所述母线电容并流经所述双向桥臂后流回至所述交流供电设备，同时，电能在所述第二线圈、所述第一线圈、所述第一桥臂及所述第二桥臂之间形成环流。

15.如权利要求14所述的能量转换装置，其特征在于，在所述第四工作阶段，所述控制器根据所述电池的待充电功率控制所述第一桥臂、所述第二桥臂导通的时刻及时长，使所述交流供电设备的电能经过所述第一线圈、所述第一桥臂、所述电池和所述母线电容并流经所述双向桥臂后流回至所述交流供电设备，同时，电能在所述第二线圈、所述第一线圈、所述第一桥臂及所述第二桥臂之间形成环流。

16.如权利要求14所述的能量转换装置，其特征在于，在所述驱动充电加热电路的工作周期之前还包括驱动充电加热电路的启动周期；

所述驱动充电加热电路的启动周期包括第三启动阶段和第四启动阶段；

在所述第三启动阶段，所述控制器根据所述电机的待驱动功率、所述电池的待充电功率以及所述电机线圈的待加热功率控制所述第一桥臂、所述第二桥臂以及所述双向桥臂导通的时刻及时长，使所述交流供电设备的电能经过第一线圈、第一桥臂以及所述双向桥臂后流回至所述交流供电设备；

在所述第四启动阶段，所述控制器控制所述第一桥臂、所述第二桥臂以及所述双向桥臂的导通时刻及时长，使所述交流供电设备的电能经过所述第一线圈、所述第一桥臂、所述电池和所述母线电容后并流经所述双向桥臂后流回至所述交流供电设备。

17.一种能量转换装置，其特征在于，所述能量转换装置包括：

电机；

车载充电模块，包括充电连接端组，所述充电连接端组包括第一充电连接端和第二充电连接端；

电机控制模块，包括桥臂变换器，所述桥臂变换器连接所述电机的电机线圈；

能量储存模块，包括并联连接的母线电容和能量存储连接端组，所述母线电容与所述桥臂变换器并联连接，所述能量存储连接端组包括第一能量存储连接端、第二能量存储连接端；

控制器，其连接所述桥臂变换器；

所述电机线圈、所述桥臂变换器及所述母线电容形成驱动和充电电路；

所述控制器根据所述电机的待驱动功率和所述能量储存模块的待充电功率，控制所述桥臂变换器使外部的电能流向所述驱动和充电电路，且调节所述驱动和充电电路的电流，使所述外部的电能驱动所述电机输出驱动功率的同时通过所述驱动和充电电路对外进行放电。

18.如权利要求17所述的能量转换装置，其特征在于，所述第一充电连接端、所述第二充电连接端分别与外部电源连接，能量储存模块分别与所述第一能量存储连接端、所述第二能量存储连接端连接；

所述外部电源、所述电机线圈、所述桥臂变换器、所述母线电容及所述电池形成驱动和充电电路。

19.如权利要求18所述的能量转换装置，其特征在于，所述控制器获取所述桥臂变换器的导通时刻和时长，并根据所述导通时刻和时长调节所述驱动和充电电路的电流，通过所述驱动和充电电路驱动所述电机输出驱动功率的同时对所述电池进行充电。

20.如权利要求19所述的能量转换装置，其特征在于，所述外部电源为直流供电设备，所述驱动和充电电路的工作周期包括第一工作阶段和第二工作阶段；所述电机线圈包括第一线圈和第二线圈，所述桥臂变换器包括与所述第一线圈连接的第一桥臂和与所述第二线圈连接的第二桥臂；

在所述第一工作阶段，所述控制器根据所述电机的待功率和所述电池的待充电功率控制所述第一桥臂和所述第二桥臂的导通时刻及时长，使所述直流供电设备的电能经过所述第一线圈及所述第一桥臂后流回至所述直流供电设备，同时，所述母线电容上的电能经过所述第二桥臂、所述第二线圈、所述第一线圈及所述第一桥臂后流回至所述母线电容；

在所述第二工作阶段，所述控制器控制所述第一桥臂、所述第二桥臂导通的时刻及时长，所述直流供电设备的电能经过所述第一线圈及所述第一桥臂后流经所述电池和所述母线电容并流回至所述直流供电设备，同时，电能在所述第二线圈、所述第一线圈、所述第一桥臂及所述第二桥臂之间形成环流。

21.如权利要求18所述的能量转换装置，其特征在于，其还包括双向桥臂，所述双向桥臂与所述桥臂变换器并联连接，所述充电连接端组还包括第三充电连接端，所述双向桥臂还连接所述控制器和所述第三充电连接端，所述第三充电连接端连接外部电源，所述外部电源、所述电机线圈、所述桥臂变换器、所述双向桥臂、所述母线电容及所述电池形成驱动和充电电路；

所述控制器获取所述桥臂变换器的导通时刻和时长，并根据所述导通时刻和时长调节所述驱动和充电电路的电流，通过所述驱动和充电电路驱动所述电机输出驱动功率的同时对所述电池进行充电。

22.如权利要求21所述的能量转换装置，其特征在于，所述外部电源为交流供电设备，所述交流供电设备连接所述双向桥臂，所述驱动和充电电路的工作周期包括第三工作阶段和第四工作阶段，所述电机线圈包括第一线圈和第二线圈，所述桥臂变换器包括与所述第一线圈连接的第一桥臂和与所述第二线圈连接的第二桥臂；

在所述第三工作阶段，所述控制器根据所述电机的待驱动功率和所述电池的待充电功率控制所述第一桥臂、所述第二桥臂以及所述双向桥臂导通的时刻及时长，使所述交流供电设备的电能经过所述第一线圈、所述第一桥臂以及所述双向桥臂后流回至所述交流供电设备，同时，所述母线电容上的电能经过所述第二桥臂、所述第二线圈、所述第一线圈及所述第一桥臂后流回至所述母线电容；

在所述第四工作阶段，所述控制器控制所述第一桥臂、所述第二桥臂以及所述双向桥臂导通的时刻及时长，使所述交流供电设备的电能经过所述第一线圈、所述第一桥臂、所述电池和所述母线电容后并流经所述双向桥臂后流回至所述交流供电设备，同时，电能在所述第二线圈、所述第一线圈、所述第一桥臂及所述第二桥臂之间形成环流。

23.如权利要求18所述的能量转换装置，其特征在于，所述外部电源、所述电机线圈、所述桥臂变换器、所述母线电容及所述电池形成驱动充电加热电路；

在所述充电连接端组连接至外部电源时，根据所述电机的待驱动功率、所述电池的待充电功率以及所述电机线圈的待加热功率，控制所述桥臂变换器使所述外部电源的电能流向所述驱动充电加热电路，且调节所述驱动充电加热电路的电流，使所述外部电源驱动所述电机输出驱动功率、对所述电池进行充电以及使所述电机线圈进行耗电产生热量同时进行。

24.如权利要求23所述的能量转换装置，其特征在于，所述控制器根据所述电机的待驱动功率、所述电池的待充电功率以及所述电机线圈的待加热功率获取所述桥臂变换器的导通时刻和时长，并根据所述导通时刻和时长调节所述驱动充电加热电路的电流。

25.如权利要求24所述的能量转换装置，其特征在于，所述外部电源为直流供电设备，所述驱动充电加热电路的工作周期包括第一工作阶段和第二工作阶段；所述电机线圈包括第一线圈和第二线圈，所述桥臂变换器包括与所述第一线圈连接的第一桥臂和与所述第二线圈连接的第二桥臂；

在所述第一工作阶段，所述控制器根据所述电机的待驱动功率、所述电池的待充电功率以及所述电机线圈的待加热功率控制所述第一桥臂和所述第二桥臂的导通时刻及时长，使所述直流供电设备的电能经过所述第一线圈及所述第一桥臂后流回至所述直流供电设备，同时，所述母线电容上的电能经过所述第二桥臂、所述第二线圈、所述第一线圈及所述第一桥臂后流回至所述母线电容；

在所述第二工作阶段，所述控制器控制所述第一桥臂、所述第二桥臂导通的时刻及时长，所述直流供电设备的电能经过所述第一线圈及所述第一桥臂后流经所述电池和所述母线电容并流回至所述直流供电设备，同时，电能在所述第二线圈、所述第一线圈、所述第一桥臂及所述第二桥臂之间形成环流。

26.如权利要求23所述的能量转换装置，其特征在于，其还包括双向桥臂，所述双向桥臂与所述桥臂变换器并联连接，所述双向桥臂还连接所述控制器，所述外部电源为交流供电设备，所述交流供电设备连接所述双向桥臂，所述驱动充电加热电路的工作周期包括第三工作阶段和第四工作阶段；所述电机线圈包括第一线圈和第二线圈，所述桥臂变换器包括与所述第一线圈连接的第一桥臂和与所述第二线圈连接的第二桥臂；

在所述第三工作阶段，所述控制器根据所述电机的待驱动功率、所述电池的待充电功率以及所述电机线圈的待加热功率控制所述第一桥臂、所述第二桥臂以及所述双向桥臂的导通时刻及时长，使所述交流供电设备的电能经过所述第一线圈、所述第一桥臂以及所述双向桥臂后流回至所述交流供电设备，同时，所述母线电容上的电能经过所述第二桥臂、所述第二线圈、所述第一线圈及所述第一桥臂后流回至所述母线电容；

在所述第四工作阶段，所述控制器控制所述第一桥臂、所述第二桥臂以及所述双向桥臂导通的时刻及时长，使所述交流供电设备的电能经过所述第一线圈、所述第一桥臂、所述电池和所述母线电容并流经所述双向桥臂后流回至所述交流供电设备，同时，电能在所述第二线圈、所述第一线圈、所述第一桥臂及所述第二桥臂之间形成环流。

27.一种车辆，其特征在于，所述车辆还包括权利要求1至26任一项所述的能量转换装置。

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