能量转换装置的协同控制方法、装置、存储介质及车辆

摘要

本申请提出了一种能量转换装置的协同控制方法、装置、存储介质及车辆，协同控制方法包括：根据目标充放电功率获取第一加热功率，根据目标驱动功率获取第一交轴电流和第一直轴电流，根据第一加热功率和目标加热功率之间的关系获取目标交轴电流和目标直轴电流，再根据目标交轴电流、目标直轴电流、目标充放电电流、每相线圈上的采样电流值以及电机转子位置计算PWM整流器中每相桥臂的占空比，根据目标充放电电流和充放电电流采样值计算功率开关模块中桥臂的占空比，根据占空比控制PWM整流器和功率开关模块，使外部的电池或者供电设备输出的电流流经电机线圈以产生热量，同时实现充放电过程、加热过程和扭矩输出过程的两者或者三者协同工作。

权利要求

1.一种能量转换装置的协同控制方法，其特征在于，所述能量转换装置包括可逆PWM整流器、电机线圈、功率开关模块以及电感，所述可逆PWM整流器连接所述电机线圈，外部的电池的正极端连接所述可逆PWM整流器的第一汇流端和所述功率开关模块的第一端，外部的电池的负极端连接所述可逆PWM整流器的第二汇流端和所述功率开关模块的第二端，所述功率开关模块的第三端连接电感的第一端，外部的充放电口的第一端和第二端分别连接所述电感的第二端和所述功率开关模块的第二端；

所述协同控制方法包括：

获取目标加热功率、目标充放电功率以及目标驱动功率；

根据目标充放电功率获取所述外部的充放电口输出的目标充放电电流，根据所述目标驱动功率获取基于电机转子磁场定向的同步旋转坐标系中的第一交轴电流和第一直轴电流，并根据所述第一交轴电流和所述第一直轴电流获取所述电机线圈的第一加热功率；

当所述第一加热功率与所述目标加热功率之间的偏差不在预设范围内时，根据所述目标驱动功率调节所述第一交轴电流和所述第一直轴电流至目标交轴电流和目标直轴电流，使所述第一加热功率与所述目标加热功率之间的偏差在预设范围内；

获取每相线圈上的采样电流值、充放电电流采样值以及电机转子位置，并根据目标交轴电流、目标直轴电流、每相线圈上的采样电流值以及电机转子位置计算所述可逆PWM整流器中每相桥臂的占空比，以及根据所述目标充放电电流和所述充放电电流采样值计算所述功率开关模块中桥臂的占空比。

2.如权利要求1所述的协同控制方法，其特征在于，所述根据所述第一交轴电流和所述第一直轴电流获取所述电机线圈的第一加热功率之后还包括：当所述第一加热功率与所述目标加热功率之间的偏差在预设范围内时，将所述第一交轴电流和所述第一直轴电流设置为目标交轴电流和目标直轴电流。

3.如权利要求2所述的协同控制方法，其特征在于，当所述目标充放电功率为零时，所述目标充放电电流为零，则所述协同控制方法包括：获取目标加热功率以及目标驱动功率；

根据所述目标驱动功率获取第一交轴电流和第一直轴电流，并根据所述第一交轴电流和所述第一直轴电流获取所述电机线圈的第一加热功率；

当所述第一加热功率与所述目标加热功率之间的偏差不在预设范围内时，根据所述目标驱动功率调节所述第一交轴电流和所述第一直轴电流至目标交轴电流和目标直轴电流，使所述第一加热功率与所述目标加热功率之间的偏差在预设范围内；

当所述第一加热功率与所述目标加热功率之间的偏差在预设范围内时，将所述第一交轴电流和所述第一直轴电流设置为目标交轴电流和目标直轴电流；

获取每相线圈上的采样电流值以及电机转子位置，并根据目标交轴电流、目标直轴电流、每相线圈上的采样电流值以及电机转子位置计算所述可逆PWM整流器中每相桥臂的占空比；

或者，当所述目标加热功率为零时，所述协同控制方法包括：获取目标充放电功率以及目标驱动功率；

根据目标充放电功率获取所述外部的充放电口输出的目标充放电电流；

根据所述目标驱动功率获取第一交轴电流和第一直轴电流，并将所述第一交轴电流和所述第一直轴电流设置为目标交轴电流和目标直轴电流；

获取每相线圈上的采样电流值以及电机转子位置，并根据目标交轴电流、目标直轴电流、每相线圈上的采样电流值以及电机转子位置计算所述可逆PWM整流器中每相桥臂的占空比，以及根据所述目标充放电电流和所述充放电电流采样值计算所述功率开关模块中桥臂的占空比；

或者，当所述目标驱动功率为零时，则所述协同控制方法包括：获取目标加热功率以及目标充放电功率；

根据所述目标充放电功率获取所述外部的充放电口输出的目标充放电电流；

根据所述目标加热功率获取目标交轴电流和目标直轴电流；

获取每相线圈上的采样电流值、充放电电流采样值以及转子电角度电机转子位置，并根据目标交轴电流、目标直轴电流、目标充放电电流、每相线圈上的采样电流值以及电机转子位置电机转子电角度计算所述可逆PWM整流器中每相桥臂的占空比，以及根据所述目标充放电电流和所述充放电电流采样值计算所述功率开关模块中桥臂的占空比。

4.如权利要求1或2所述的协同控制方法，其特征在于，所述根据目标充放电功率获取所述外部的充放电口输出的目标充放电电流，包括：当连接到所述外部的充放电口的外部电源为恒流充放电模式，根据所述目标充放电功率获取外部的电池的目标电压；

获取充放电口的实际电压，根据所述目标电压和所述充放电口的实际电压获取电压差值；

对所述电压差值进行闭环控制获取输出到电感上的目标充放电电流；

或，当连接到所述外部的充放电口的所述外部电源为恒压充放电模式，根据所述目标充放电功率获取所述外部的充放电口的电流作为所述外部的充放电口输出的目标充放电电流。

5.如权利要求1或2所述的协同控制方法，其特征在于，所述根据目标驱动功率获取基于电机转子磁场定向的同步旋转坐标系中的第一交轴电流和第一直轴电流，包括：根据扭矩输出指令在预定的扭矩曲线图中进行查表获取第一交轴电流和第一直轴电流。

6.如权利要求1或2所述的协同控制方法，其特征在于，所述根据所述目标驱动功率调节所述第一交轴电流和所述第一直轴电流至目标交轴电流和目标直轴电流，使所述第一加热功率与所述目标加热功率之间的偏差在预设范围内，包括：在预定的扭矩曲线图中进行查表获取另一组交轴电流和直轴电流，直至使所述第一加热功率与所述目标加热功率之间的偏差在预设范围内。

7.如权利要求4所述的协同控制方法，其特征在于，所述根据目标交轴电流、目标直轴电流、每相线圈上的采样电流值以及电机转子位置计算所述可逆PWM整流器中每相桥臂的占空比，以及根据所述目标充放电电流和所述充放电电流采样值计算所述功率开关模块中桥臂的占空比，包括：

根据所述每相线圈上的采样电流值和所述电机转子位置获取每套绕组的实际交轴电流和实际直轴电流；

根据所述目标交轴电流和所述实际交轴电流、所述目标直轴电流和所述实际直轴电流分别进行闭环控制获取直轴参考电压和交轴参考电压，根据所述直轴参考电压、交轴参考电压以及所述电机转子位置获取每相桥臂的占空比；

根据所述目标充放电电流和所述充放电电流采样值进行闭环控制获取所述功率开关模块中桥臂的占空比。

8.如权利要求7所述的协同控制方法，其特征在于，所述根据所述每相线圈上的采样电流值和所述电机转子位置获取实际交轴电流和实际直轴电流，包括：所述每相线圈上的采样电流值进行clark坐标变换得到静止坐标系的电流值；

根据所述静止坐标系的电流值以及所述电机转子位置进行park坐标变换得到实际交轴电流和实际直轴电流。

9.如权利要求7所述的协同控制方法，其特征在于，所述根据所述目标交轴电流和所述实际交轴电流、所述目标直轴电流和所述实际直轴电流分别进行闭环控制获取直轴参考电压和交轴参考电压包括：

对所述目标交轴电流和所述实际交轴电流进行运算得到交轴电流差值并对所述目标直轴电流和所述实际直轴电流进行运算得到直轴电流差值；

分别对所述交轴电流差值和所述直轴电流差值进行控制后得到交轴参考电压和直轴参考电压；

根据所述直轴参考电压、交轴参考电压以及所述电机转子位置获取每相桥臂的占空比，包括：

对所述交轴参考电压、直轴参考电压以及所述电机转子位置进行反park坐标变换得到静止坐标系的电压；

对所述静止坐标系的电压进行空间矢量调制变换后得到每相桥臂的占空比。

10.如权利要求4所述的协同控制方法，其特征在于，所述根据目标交轴电流、目标直轴电流、每相线圈上的采样电流值以及电机转子位置计算所述可逆PWM整流器中每相桥臂的占空比，以及根据所述目标充放电电流和所述充放电电流采样值计算所述功率开关模块中桥臂的占空比，包括：

根据所述目标交轴电流、所述目标直轴电流以及所述电机转子位置获取每相线圈的目标电流值；

根据所述每相线圈上的采样电流值和所述每相线圈的目标电流值获取每相桥臂的参考电压；

根据每相桥臂的参考电压获取每相桥臂的占空比；

根据所述目标充放电电流和所述充放电电流采样值进行闭环控制获取所述功率开关模块中桥臂的占空比。

11.如权利要求10所述的协同控制方法，其特征在于，所述根据所述目标交轴电流、目标直轴电流以及所述电机转子位置获取每相线圈的目标电流值，包括：根据所述目标交轴电流、目标直轴电流以及所述转子位置进行反park和反clark坐标变换获取每相线圈的目标电流值。

12.如权利要求4所述的协同控制方法，其特征在于，所述根据目标交轴电流、目标直轴电流、每相线圈上的采样电流值以及电机转子位置计算所述可逆PWM整流器中每相桥臂的占空比，以及根据所述目标充放电电流和所述充放电电流采样值计算所述功率开关模块中桥臂的占空比，包括：

根据所述目标交轴电流、所述目标直轴电流和所述转子位置获取电机静止坐标系的目标α轴电流和目标β轴电流；

根据所述每相线圈上的采样电流值获取电机静止坐标系的实际α轴电流和实际β轴电流；

根据目标α轴电流、目标β轴电流、实际α轴电流和实际β轴电流获取电机线圈在静止坐标系的参考电压；

对所述静止坐标系的参考电压进行空间矢量调制变换后得到每相桥臂的占空比；

根据所述目标充放电电流和所述充放电电流采样值进行闭环控制获取所述功率开关模块中桥臂的占空比。

13.如权利要求1所述的协同控制方法，其特征在于，所述协同控制方法还包括：当所述目标驱动功率由第一目标驱动功率转换为第二目标驱动功率时，根据所述第一目标驱动功率对应的目标交轴电流和目标直轴电流获取合成电流矢量幅值；

获取以预定的扭矩曲线图中的原点为圆心以及所述合成电流矢量幅值为半径的圆与所述第二目标驱动功率对应的扭矩曲线所形成的第一交点坐标和第二交点坐标；

分别获取所述第一交点坐标与所述目标交轴电流和所述目标直轴电流形成的坐标点之间的第一距离以及所述第二交点坐标与所述目标交轴电流和所述目标直轴电流形成的坐标点之间的第二距离；

将所述第一距离和第二距离中的较小值所对应的交点坐标确定为所述第二目标驱动功率的目标直轴电流和目标交轴电流。

14.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至13任一项所述方法的步骤。

15.一种能量转换装置的协同控制装置，其特征在于，所述能量转换装置包括可逆PWM整流器、电机线圈、功率开关模块以及电感，所述可逆PWM整流器连接所述电机线圈，外部的电池的正极端连接所述可逆PWM整流器的第一汇流端和所述功率开关模块的第一端，外部的电池的负极端连接所述可逆PWM整流器的第二汇流端和所述功率开关模块的第二端，所述功率开关模块的第三端连接电感的第一端，外部的充放电口的第一端和第二端分别连接所述电感的第二端和所述功率开关模块的第二端；

所述协同控制装置包括：

功率获取模块，用于获取目标加热功率、目标充放电功率以及目标驱动功率；

目标电流获取模块，用于根据目标充放电功率获取所述外部的充放电口输出的目标充放电电流，根据所述目标驱动功率获取基于电机转子磁场定向的同步旋转坐标系中的第一交轴电流和第一直轴电流，并根据所述第一交轴电流和所述第一直轴电流获取所述电机线圈的第一加热功率；且当所述第一加热功率与所述目标加热功率之间的偏差不在预设范围内时，根据所述目标驱动功率调节所述第一交轴电流和所述第一直轴电流至目标交轴电流和目标直轴电流，使所述第一加热功率与所述目标加热功率之间的偏差在预设范围内；

占空比获取模块，用于获取每相线圈上的采样电流值、充放电电流采样值以及转子电角度，并根据目标交轴电流、目标直轴电流、目标充放电电流、每相线圈上的采样电流值以及电机转子电角度计算所述可逆PWM整流器中每相桥臂的占空比，以及根据所述目标充放电电流和所述充放电电流采样值计算所述功率开关模块中桥臂的占空比。

16.一种车辆，其特征在于，所述车辆还包括权利要求15所述的能量转换装置。

说明书

能量转换装置的协同控制方法、装置、存储介质及车辆

技术领域

[0001] 本申请涉及车辆技术领域，尤其涉及一种能量转换装置的协同控制方法、装置、存储介质及车辆。

背景技术

[0002] 随着电动车辆的不断普及，越来越多的电动车辆将进入社会和家庭，为人们的出行带来很大便利，电动车辆中的动力电池通常采用锂离子电池，锂离子电池的一般工作温
度为‑20℃到55℃，锂离子电池在低温以下不允许充电。现有技术中对低温电池进行加热的
方案是利用PTC加热器或者电热丝加热器或者发动机或者电机在低温时对电池冷却回路的
冷却液进行加热，通过冷却液来给电池电芯加热到预定温度。并且当电池处于低温低电量
状态下，比如极端条件‑19℃，SOC＝0，电池不容许放电，只允许小电流充电，大功率加热小
功率充电，甚至0功率加热，0功率充电启动，PTC加热器难以胜任，无法边充电边加热，导致
电池充电时间长。

[0003] 综上所述，现有技术中存在低温状态下采用加热设备对动力电池进行加热时导致成本增加，以及充放电过程、加热过程和扭矩输出过程中的两者或者三者不能协同工作的
问题。

发明内容

[0004] 本申请的目的在于提供一种能量转换装置的协同控制方法、装置、存储介质及车辆，能够解决低温状态下采用加热设备对动力电池进行加热时导致成本增加，以及充放电
过程、加热过程和扭矩输出过程中的两者或者三者不能协同工作的问题。

[0005] 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的协同控制方法，所述能量转换装置包括可逆PWM整流器、电机线圈、功率开关模块以及电感，所述可逆PWM整
流器连接所述电机线圈，外部的电池的正极端连接所述可逆PWM整流器的第一汇流端和所
述功率开关模块的第一端，外部的电池的负极端连接所述可逆PWM整流器的第二汇流端和
所述功率开关模块的第二端，所述功率开关模块的第三端连接电感的第一端，外部的充放
电口的第一端和第二端分别连接所述电感的第二端和所述功率开关模块的第二端；

[0006] 所述协同控制方法包括：

[0007] 获取目标加热功率、目标充放电功率以及目标驱动功率；

[0008] 根据目标充放电功率获取所述外部的充放电口输出的目标充放电电流，根据所述目标驱动功率获取基于电机转子磁场定向的同步旋转坐标系中的第一交轴电流和第一直
轴电流，并根据所述第一交轴电流和所述第一直轴电流获取所述电机线圈的第一加热功
率；

[0009] 当所述第一加热功率与所述目标加热功率之间的偏差不在预设范围内时，根据所述目标驱动功率调节所述第一交轴电流和所述第一直轴电流至目标交轴电流和目标直轴
电流，使所述第一加热功率与所述目标加热功率之间的偏差在预设范围内；

[0010] 获取每相线圈上的采样电流值、充放电电流采样值以及电机转子位置，并根据目标交轴电流、目标直轴电流、每相线圈上的采样电流值以及电机转子位置计算所述可逆PWM
整流器中每相桥臂的占空比，以及根据所述目标充放电电流和所述充放电电流采样值计算
所述功率开关模块中桥臂的占空比。

[0011] 本申请第二方面提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现第一方面所述方法的步骤。

[0012] 本申请第三方面提供一种能量转换装置的协同控制装置，所述能量转换装置包括可逆PWM整流器、电机线圈、功率开关模块以及电感，所述可逆PWM整流器连接所述电机线
圈，外部的电池的正极端连接所述可逆PWM整流器的第一汇流端和所述功率开关模块的第
一端，外部的电池的负极端连接所述可逆PWM整流器的第二汇流端和所述功率开关模块的
第二端，所述功率开关模块的第三端连接电感的第一端，外部的充放电口的第一端和第二
端分别连接所述电感的第二端和所述功率开关模块的第二端；

[0013] 所述协同控制装置包括：

[0014] 功率获取模块，用于获取目标加热功率、目标充放电功率以及目标驱动功率；

[0015] 第一加热功率计算模块，用于根据目标充放电功率获取所述外部的充放电口输出的目标充放电电流，根据所述目标驱动功率获取基于电机转子磁场定向的同步旋转坐标系
中的第一交轴电流和第一直轴电流，并根据所述第一交轴电流和所述第一直轴电流获取所
述电机线圈的第一加热功率；且当所述第一加热功率与所述目标加热功率之间的偏差不在
预设范围内时，根据所述目标驱动功率调节所述第一交轴电流和所述第一直轴电流至目标
交轴电流和目标直轴电流，使所述第一加热功率与所述目标加热功率之间的偏差在预设范
围内；占空比获取模块，用于获取每相线圈上的采样电流值、充放电电流采样值以及转子电
角度，并根据目标交轴电流、目标直轴电流、目标充放电电流、每相线圈上的采样电流值以
及电机转子电角度计算所述可逆PWM整流器中每相桥臂的占空比，以及根据所述目标充放
电电流和所述充放电电流采样值计算所述功率开关模块中桥臂的占空比。

[0016] 本申请第四方面提供一种车辆，所述车辆还包括第三方面所述的能量转换装置的协同控制装置。

[0017] 本申请提出的一种能量转换装置的协同控制方法、装置、存储介质及车辆的技术效果在于：通过采用包括可逆PWM整流器和电机线圈的能量转换装置，使该能量转换装置与
外部的电池连接以及通过充放电口与供电设备或者用电设备连接时，获取目标加热功率、
目标驱动功率以及目标充放电功率，根据目标充放电功率获取外部的充放电口输出的目标
充放电电流，根据目标驱动功率获取第一交轴电流和第一直轴电流，根据第一交轴电流和
第一直轴电流获取电机线圈的第一加热功率，再根据第一加热功率与目标加热功率之间的
关系调节第一交轴电流和第一直轴电流以得到目标交轴电流和目标直轴电流，再根据目标
交轴电流、目标直轴电流、目标充放电电流、每相线圈上的采样电流值以及电机转子位置计
算所述PWM整流器中每相桥臂的占空比，以及根据目标充放电电流和充放电电流采样值计
算功率开关模块中桥臂的占空比，根据占空比控制PWM整流器中每相桥臂上的开关器件以
及功率开关模块中桥臂的开关器件的导通和关断，实现了使外部的电池或者供电设备输出
的电流流经电机线圈以产生热量，以加热流经电机线圈的冷却管中的冷却液，当该冷却液
流经动力电池时加热动力电池，可省去额外动力电池加热装置，降低了整个装置的成本，确
保电池在低温状态下的充放电得到保障，同时实现了充放电过程、加热过程和扭矩输出过
程中的两者或者三者协同工作。

附图说明

[0018] 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。

[0019] 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；

[0020] 图2是本申请实施例一提供的一种能量转换装置的协同控制方法的流程图；

[0021] 图3是本申请实施例一提供的一种能量转换装置的协同控制方法中的步骤S20的流程图；

[0022] 图4是本申请实施例一提供的一种能量转换装置的协同控制方法中的三维空间变换图；

[0023] 图5是本申请实施例一提供的一种能量转换装置的协同控制方法中的坐标变换图；

[0024] 图6是本申请实施例一提供的一种能量转换装置的协同控制方法中的扭矩曲线图；

[0025] 图7是本申请实施例一提供的一种能量转换装置的协同控制方法中的步骤S50的流程图；

[0026] 图8是本申请实施例一提供的一种能量转换装置的协同控制方法中的步骤S501的流程图；

[0027] 图9是本申请实施例一提供的一种能量转换装置的协同控制方法中的步骤S502的流程图；

[0028] 图10是本申请实施例一提供的一种能量转换装置的协同控制方法中的步骤S502的另一流程图；

[0029] 图11是本申请实施例一提供的一种能量转换装置的协同控制方法中的步骤S50的流程图；

[0030] 图12是本申请实施例一提供的一种能量转换装置的协同控制方法中的步骤S50的流程图；

[0031] 图13是本申请实施例二提供的一种能量转换装置的协同控制方法的流程图；

[0032] 图14是本申请实施例三提供的一种能量转换装置的协同控制方法的流程图；

[0033] 图15是本申请实施例四提供的一种能量转换装置的协同控制方法的流程图；

[0034] 图16是本申请实施例一提供的一种能量转换装置的协同控制方法的矢量控制图；

[0035] 图17是本申请实施例一提供的一种能量转换装置的协同控制方法的另一矢量控制图；

[0036] 图18是本申请实施例一提供的一种能量转换装置的电路图；

[0037] 图19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；

[0038] 图20是本申请实施例一提供的一种能量转换装置的另一电流流向图；

[0039] 图21是本申请实施例七提供的一种车辆的结构示意图。

具体实施方式

[0040] 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。

[0041] 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。

[0042] 本申请实施例一提供一种能量转换装置的协同控制方法，如图1所示，能量转换装置包括可逆PWM整流器102、电机线圈103、功率开关模块104以及电感105，可逆PWM整流器
102连接电机线圈103，外部的电池101的正极端连接可逆PWM整流器102的第一汇流端和功
率开关模块104的第一端，外部的电池101的负极端连接可逆PWM整流器102的第二汇流端和
功率开关模块104的第二端，功率开关模块104的第三端连接电感的第一端，外部的充放电
口106的第一端和第二端分别连接电感的第二端和功率开关模块104的第二端。

[0043] 其中，电机可以是同步电机(含无刷同步机)或者异步电机，电机线圈103的相数大于等于2，电机绕组的套数大于等于2(如双三相电机、三相电机、六相电机、九相电机、十五
相等)，且电机线圈103的连接点形成中性点，具体电机线圈103的连接点数量取决于电机内
部绕组并联结构，电机线圈103在电机内部的并联连接点的数量由实际方案的使用情况确
定；可逆PWM整流器102中的PWM为脉冲宽度调制(Pulse width modulation)，可逆PWM整流
器102包括多相桥臂，多相桥臂共接形成第一汇流端和第二汇流端，桥臂数量根据电机线圈
103的相数进行配置，每相逆变器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、MOSFET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，可逆PWM整流器102中的功率开关单元可以根据外部控制信号实现导通和关闭；功
率开关模块104包括至少两个功率开关单元，功率开关模块104根据控制信号可以实现能量
转换装置中不同的回路导通；电感105用于在与外部的电池101、功率开关模块104以及外部
的充电口106形成的储能回路时储能电能，并且还用于形成储能续流回路时释放电能，以实
现对外部的电池进行升压充电或外部电池对充放电口连接的外部用电设备进行降压放电；
外部的充放电口106为直流充放电口，直流充放电口用于连接直流供电设备或者直流用电
设备，可以接收直流供电设备输出的电流或者向直流用电设备输出电流，外部的电池101可
以为车辆内的电池，例如动力电池等。

[0044] 其中，能量转换装置还包括控制器，控制器与可逆PWM整流器102连接，并向可逆PWM整流器102发送控制信号，控制器可以包括整车控制器、可逆PWM整流器102控制电路和
BMS电池101管理器电路，三者通过CAN线连接，控制器中的不同模块根据所获取的信息控制
可逆PWM整流器102中功率开关单元的导通和关断以实现不同电流回路的导通；控制器向能
量转换装置中的可逆PWM整流器102发送控制信号，使外部的电池101或者充放电口106连接
的供电设备输出的电流流经电机线圈103以产生热量，以加热流经电机线圈103的冷却管中
的冷却液，当该冷却液流经动力电池101时加热动力电池101。

[0045] 如图2所示，能量转换装置的协同控制方法包括：

[0046] 步骤10.获取目标加热功率、目标驱动功率以及目标充放电功率。

[0047] 其中，在本步骤中，目标加热功率是指能量转换装置从外部的电池101或者外部的充放电口106连接的供电设备取电通过电机线圈103产热时需要生成的热量；目标驱动功率
是指能量转换装置从外部的电池101或者外部的充放电口106连接的供电设备取电通过电
机线圈103时使电机输出扭矩时产生的功率；目标充放电功率是指外部的充放电口106连接
用电设备时外部的电池101通过能量转换装置对用电设备进行放电产生的功率或者外部的
充放电口106连接供电设备时供电设备通过能量转换装置对外部的电池101进行充电产生
的功率。

[0048] 其中，目标加热功率、目标驱动功率以及目标充放电功率三者之中可以一者为零以及两者不为零，也可以一者不为零以及两者为零，也可以三者均不为零。

[0049] 步骤20.根据目标充放电功率获取外部的充放电口输出的目标充放电电流，根据目标驱动功率获取基于电机转子磁场定向的同步旋转坐标系中的第一交轴电流和第一直
轴电流，并根据第一交轴电流和第一直轴电流获取电机线圈的第一加热功率。

[0050] 其中，在本步骤中，当外部的充放电口106连接的外部电源时，根据外部电源的充放电方式计算目标充放电电流。

[0051] 作为一种实施方式，如图3所示，步骤20中的根据目标充放电功率获取外部的充放电口输出的目标充放电电流，包括：

[0052] 步骤201.当连接到外部的充放电口的外部的电源的充电模式为恒流充放电模式，根据目标充放电功率获取外部的电源的目标电压。

[0053] 其中，在本步骤中，根据外部的电池101需求的目标充放电功率按照公式P＝U*×I，获取充放电口106的目标电压U*，I为外部的电源的充放电电流。

[0054] 步骤202.获取充放电口的实际电压，根据目标电压和充放电口的实际电压获取电压差值；

[0055] 步骤203.对电压差值进行闭环控制获取输出到电感上的目标充放电电流。

[0056] 在步骤202和步骤203中，通过电压传感器采集充放电口106的实际电压，将目标电压和充放电口106的实际电压进行差值运算获取电压差值再经过闭环控制(例如PID
(proportion、integral、differential，比例积分微分))控制得到目标充放电电流。

[0057] 本实施方式当检测到外部的电源的充电模式为恒流充放电模式，根据目标充放电功率获取外部的电源的目标电压，根据目标电压和充放电口106的实际电压计算获取目标
充放电电流，实现了恒流充放电模式下目标充放电电流的获取。

[0058] 作为另一种实施方式，步骤20中的根据目标充放电功率获取外部的充放电口输出的目标充放电电流，包括：

[0059] 当连接到外部的充放电口的外部电源为恒压充放电模式，根据目标充放电功率获取外部的充放电口的电流作为外部的充放电口输出的目标充放电电流。

[0060] 在本步骤中，外部的电源输出恒定的电压U，根据电池101需求的目标充放电功率按照公式P＝U×in*计算获取目标充放电电流in*(即电感上的电流)。

[0061] 作为一种实施方式，步骤20中根据目标驱动功率获取基于电机转子磁场定向的同步旋转坐标系中的第一交轴电流和第一直轴电流，包括：

[0062] 根据目标驱动功率获取扭矩输出指令，根据扭矩输出指令在预定的扭矩曲线图中进行查表获取第一交轴电流和第一直轴电流。

[0063] 其中，本申请的技术方案中包括三个坐标系，分别为电机N相轴坐标系、静止坐标系以及基于电机转子磁场定向的同步旋转坐标系，如图4和图5所示，当电机为三相电机时，
N相轴坐标系包括A相轴、B相轴和C相轴，A相轴、B相轴和C相轴立体状态时两两之间相差90
度，映射到静止坐标系后相差120度，静止坐标系包括α轴和β轴，基于电机转子磁场定向的
同步旋转坐标系为d‑q坐标系(直轴‑交轴坐标系)，此坐标系与转子同步转动，取转子磁场
方向为d轴，垂直于转子磁场方向为q轴(q轴超前d轴90度)；为了便于对A相轴、B相轴和C相
轴三相交变量的控制，通常将A相轴、B相轴和C相轴三相交变量转换至静止坐标系中的α轴
和β轴的交变量，再将α轴和β轴交变量转换为同步旋转坐标系的直流量d轴和q轴，通过对直
流量d轴和q轴的控制实现对A相轴、B相轴和C相轴三相交变量的控制；可以通过坐标变换实
现不同坐标系之间的变换，通过Clark变换实现将N相轴系变换到两相静止坐标系，一般不
包含零轴矢量；通过反Clark变换实现将两相静止坐标系变换到N相轴系；通过拓展Clark变
换实现将N相轴系变换到两相静止坐标系，包含零轴矢量；通过PARK变换实现将两相静止坐
标系变换到同步旋转坐标系，一般不包含零轴矢量；通过反PARK变换实现将同步旋转坐标
系变换到两相静止坐标系；通过拓展PARK变换实现两相静止坐标系变换到同步旋转坐标
系，包含零轴矢量。

[0064] 其中，如图6所示为扭矩曲线图，横轴和纵轴分别为直轴和交轴，Te1、Te2、Te3分别为恒扭矩曲线，电压椭圆形虚线指在一个转速ω下达到某一电压值时id和iq的取值范围；以
原点为圆心，id和iq的合成电流矢量为半径画圆分别与恒扭矩曲线相切于H、F、D、A，将O‑H‑
F‑D‑A连接在一起即得到MTPA曲线即最大转矩电流比曲线，H、F、D、A对应恒扭矩曲线上id和
iq最小值的点，以C点为圆心，电压椭圆分别与恒扭矩曲线相切于B、E、G、I，并与合成电流矢
量和电压椭圆相交于A、B，将B‑E‑G‑I‑C连接的曲线以及A和B之间的最大电流圆的圆弧曲线
共接在一起即得到MTPV曲线即最大转矩电压比曲线，MTPA&MTPV曲线和恒扭矩曲线可以预
先计算并台架标定好，一般使用查表或者查表和插值结合或者分段线性拟合的方法由转矩
Te结合转速ω获得MTPA&MTPV曲线或者恒扭矩曲线上不同的控制交轴电流和直轴电流。

[0065] 作为一种实施方式，对于MTPA曲线：电机工作过程中产生的电磁力矩Te受到d、q轴电流id和iq的控制，并且满足以下方程：

[0066] 公式1： 其中，Te为电机轴端输出转矩，m为电机线圈的相数，Pn为电机极对数，ψf表示电机永磁体磁链，Ld为直轴电感，Lq为交轴电感，id
为直轴电流，iq为交轴电流。

[0067] 在电机中，合成电流矢量方程满足：

[0068] 公式2：

[0069] 故MTPA控制电流的求解等效于下公式3极值求解

[0070] 公式3：

[0071] 联合公式2和公式3，求解MTPA曲线，即图6扭矩曲线图中的O‑H‑F‑D‑A，MTPV曲线：

[0072] 公式4：

[0073] 其中，ωe为电角速度，Rs为电机线圈的相电阻，Ld、Lq分别为d‑q轴坐标系下绕组电感，ud、uq分别为d‑q轴坐标系下的电压。

[0074] 公式5：

[0075]

[0076] 图6扭矩曲线图，在电流平面上，上式可分别表示为以O点(0，0)为圆心的电流极限圆和以C点(‑ψf/Ld，0)为圆心的电压极限椭圆。电机工作在电流极限圆和电压极限椭圆的
相交区域，联合公式4、公式5，MTPV曲线即图6扭矩曲线图中的A‑B‑E‑G‑I‑C曲线。

[0077] 其中，本步骤中，根据电机线圈103需要产生的扭矩，进行扭矩曲线图中的MTPA&MTPV曲线查表，获得基于电机转子磁场定向的同步旋转坐标系中的第一直轴电流id1*和第
一交轴电流iq1*，第一直轴电流id1*和第一交轴电流iq1*可以为MTPA&MTPV曲线中的最小
值。

[0078] 作为一种实施方式，步骤30中根据第一交轴电流和第一直轴电流获取电机线圈103的第一加热功率，包括：

[0079] 根据以下公式计算电机线圈103的第一加热功率：

[0080] 公式6：

[0081] 其中，m为电机线圈103的相数，Rs为电机线圈103的相电阻，id1*为第一直轴电流，iq1*为第一交轴电流，ismax为扭矩曲线上合成矢量电流的最大值。

[0082] 步骤30.当第一加热功率与目标加热功率之间的偏差不在预设范围内时，根据目标驱动功率调节第一交轴电流和第一直轴电流至目标交轴电流和目标直轴电流，使第一加
热功率与目标加热功率之间的偏差在预设范围内。

[0083] 在本步骤中，第一加热功率与目标加热功率之间的偏差不在预设范围内是指第一加热功率大于预设范围值的最大值或者小于预设范围值的最小值，即当第一加热功率过大
或者过小时，调节第一交轴电流和第一直轴电流进而调节第一加热功率使第一加热功率与
目标加热功率之间的偏差在预设范围内，其中，将第一加热功率与目标加热功率进行差值
运算获取差值，当该差值不在预设范围内时，根据目标驱动功率获取输出扭矩，在扭矩曲线
图上查找该输出扭矩对应的恒扭矩曲线，见图6扭矩曲线图中的恒扭矩曲线Te1、Te2、Te3，
其中Te1>Te2>Te3，扭矩曲线图中的恒扭矩曲线可以事先计算并台架标定好，一般使用查表
或者线性拟合的方法由转矩获得控制电流指令，其中预设范围包括预设上限范围和预设下
限范围，其中预设上限范围是个大于零的值，预设下限范围是个小于零的值。首先通过
MTPA&MTPV曲线找出满足扭矩指令的第一直轴电流id1*、第一交轴电流iq1*，将第一直轴电
流id1*、第一交轴电流iq1*代入公式6获取第一加热功率，检验第一加热功率与目标加热功
率之间的差值是否属于预设范围，当第一加热功率与目标加热功率的差值小于预设下限范
2 2
围时就沿着恒扭矩曲线进行滑动，朝着((id*)+(iq*))增大的方向移动，既可以朝着id*正
半轴增大的方向移动，也可以朝着id*负半轴减小的方向移动，优选的选择朝着id*正半轴
增大的方向移动；当第一加热功率与目标加热功率的差值大于预设上限范围，就沿着恒扭
2 2
矩曲线进行滑动，朝着((id*) +(iq*))减小的方向移动，直到差值小于预设上限范围，假若
2 2
滑动到当前扭矩、电压下的((id*)+(iq*) )的最小点即MTPA&MTPV曲线满足扭矩指令的目
标直轴电流、目标交轴电流点，差值仍然大于预设上限范围就保持当前电流点作为目标直
轴电流、目标交轴电流。

[0084] 本实施方式的技术效果在于根据目标驱动功率获取输出扭矩，根据输出扭矩在扭矩曲线图上查找恒扭矩曲线，根据恒扭矩曲线获取直轴电流和交轴电流，根据所选择的直
轴电流和交轴电流获取第一加热功率，再根据目标加热功率与第一加热功率之间的关系调
节直轴电流和交轴电流，使第一加热功率与目标加热功率相匹配，实现输出扭矩过程与加
热过程以及充电过程之间的协同工作。

[0085] 进一步的，该协同控制方法还包括：

[0086] 当目标驱动功率由第一目标驱动功率转换为第二目标驱动功率时，根据第一目标驱动功率对应的目标交轴电流和目标直轴电流获取合成电流矢量幅值；

[0087] 获取以预定的扭矩曲线图中的原点为圆心以及合成电流矢量幅值为半径的圆与第二目标驱动功率对应的扭矩曲线所形成的第一交点坐标幅和第二交点坐标；

[0088] 分别获取第一交点坐标与目标交轴电流和目标直轴电流形成的坐标幅之间的第一距离以及第二交点坐标与目标交轴电流和目标直轴电流形成的坐标幅之间的第二距离；

[0089] 将第一距离和第二距离中的较小值所对应的交点坐标确定为第二目标驱动功率的目标直轴电流和目标交轴电流。

[0090] 特别地，由加热功率获得满足条件的目标直轴电流id*和目标交轴电流iq*后，当目标驱动功率发生变化时，根据当前目标驱动功率获取当前扭矩输出指令，当前扭矩值的
2
恒扭矩曲线上找到与第一目标驱动功率对应的目标的合成电流矢量幅值的((id*) +(iq*
2
))电流圆相交，且距离id*和iq*最近的电流点作为当前扭矩值的目标直轴电流id*和目标
交轴电流iq*，实现输出扭矩变化后的输出扭矩过程与加热过程以及充电过程之间的协同
工作。

[0091] 步骤40.当第一加热功率与目标加热功率之间的偏差在预设范围内时，将第一交轴电流和第一直轴电流设置为目标交轴电流和目标直轴电流。

[0092] 本步骤中，通过扭矩曲线图中的MTPA&MTPV曲线获取满足扭矩指令的第一直轴电流id1*和第一交轴电流iq1*，将第一直轴电流id1*和第一交轴电流iq1*代入公式6进行检
验是否满足需求的加热功率，如果第一加热功率在目标加热功率误差的预设范围内，直接
将第一交轴电流和第一直轴电流设置为目标交轴电流和目标直轴电流。

[0093] 步骤50.获取每相线圈上的采样电流值、充放电电流采样值以及电机转子位置，并根据目标交轴电流、目标直轴电流、每相线圈上的采样电流值以及电机转子位置计算可逆
PWM整流器中每相桥臂的占空比，以及根据目标充放电电流和充放电电流采样值计算功率
开关模块中桥臂的占空比。

[0094] 本步骤中，作为第一种实施方式，如图7所示，步骤S50包括：

[0095] 步骤S501.根据每相线圈上的采样电流值和电机转子位置获取每套绕组的实际交轴电流iq和实际直轴电流id。

[0096] 作为一种实施方式，如图8所示，步骤S501中的根据每相线圈上的采样电流值和电机转子位置获取每套绕组的实际交轴电流iq和实际直轴电流id，包括：

[0097] 步骤S5011.将每相线圈上的采样电流值进行clark坐标变换得到静止坐标系的电流值iα、iβ。

[0098] 本步骤中，将电机线圈103上的三相或者多相电流转换为静止坐标系的两相电流iα、iβ，通常采用Clark坐标变换将N相轴坐标系转换为两相静止坐标系。

[0099] 多相电机的拓展的Clark(2/m是恒幅值Clark，恒功率变换类似)变换公式：

[0100]

[0101] 多相电机的拓展的反Clark(恒幅值Clark)变换公式：

[0102]

[0103] 其中，电机相数m，α＝2π/m，为每套绕组中相邻两相绕组之间相差的电角度；例如，以三相四线电机为实施例进行描述：测量三相线圈中的2相电流ib和ic，根据ia＝‑ib‑ic计
算出ia，将电流(ia、ib、ic)通过克拉克(Clark)转换到两相静止坐标系上的电流值iα和iβ，
iα＝‑ib‑ic、 其中，Clark坐标变换公式如下：

[0104]

[0105] 步骤S5012.根据静止坐标系的电流值iα、iβ以及电机转子位置进行park坐标变换得到实际交轴电流iq和实际直轴电流id。

[0106] 本步骤中，将静止坐标系的两相电流值iα、iβ转换至基于电机转子磁场定向的同步旋转坐标系的交轴电流和直轴电流，电机转子位置可以为电机转子直轴与电机线圈103
的A相绕组间的电角度θ，如果是异步电机，θ＝(转子转速Wr+转差Ws)*t，通过旋变或者其他
位置传感器或者无位置传感器读取转子位置，得到θ。

[0107] 可以通过以下Park坐标变换获取实际交轴电流iq和实际直轴电流id：

[0108]

[0109] 拓展的Park坐标变换：

[0110] 拓展的反Park坐标变换：

[0111] 其中，θ电机转子位置。

[0112] 步骤S502.根据目标交轴电流iq*和实际交轴电流iq、目标直轴电流id*和实际直轴电流id分别进行闭环控制获取直轴参考电压和交轴参考电压，根据直轴参考电压、交轴
参考电压以及电机转子位置获取每相桥臂的的占空比D11、D12…D1m，其中，m为相数，D1m表
示第m相电机线圈的占空比。

[0113] 作为一种实施方式，如图9所示，步骤S502中的根据目标交轴电流iq*和实际交轴电流iq、目标直轴电流id*和实际直轴电流id分别进行闭环控制获取直轴参考电压和交轴
参考电压包括：

[0114] 步骤S5021.对目标交轴电流iq*和实际交轴电流iq进行运算得到交轴电流差值并对目标直轴电流id*和实际直轴电流id进行运算得到直轴电流差值；

[0115] 步骤S5022.分别对交轴电流差值和直轴电流差值进行控制(例如PID控制)后得到交轴参考电压Uq和直轴电压差值Ud。

[0116] 上述两个步骤中，用目标交轴电流iq*减去实际交轴电流iq再经过控制(例如PID控制)后得到交轴参考电压Uq，同理，用目标直轴电流id*减去实际直轴电流id再经过控制
(例如PID控制)后得到直轴参考电压Ud。

[0117] 作为一种实施方式，如图10所示，步骤S602中的根据直轴参考电压、交轴参考电压以及电机转子位置获取每相桥臂的的占空比D11、D12…D1m，包括：

[0118] 步骤S5023.对交轴参考电压Uq、直轴参考电压Ud以及电机转子位置进行反park坐标变换得到静止坐标系的电压Uα、Uβ。

[0119] 在本步骤中，可以通过以下反Park坐标变换公式获取静止坐标系的电压Uα、Uβ：

[0120]

[0121] 步骤S5024.对静止坐标系的电压Uα、Uβ进行空间矢量脉宽调制变换后得到每相桥臂的占空比。

[0122] 在本步骤中，将静止坐标系的电压Uα、Uβ经过SVPWM(Space Vector Pulse Width Modulation，空间矢量脉宽调制变换)算法后得到可逆PWM整流器102中桥臂的占空比D11、
D12…D1m。

[0123] 步骤S503.根据目标充放电电流和充放电电流采样值进行闭环控制获取功率开关模块中桥臂的占空比。

[0124] 作为一种实施方式，步骤S503包括：

[0125] 根据目标充放电电流in*和充放电电流采样值进行运算再经过PID控制后得到功率开关模块104中桥臂的占空比。

[0126] 步骤S50的第一种实施方式包括步骤S501、步骤S502以及步骤S503，本实施方式通过将多相电机的参数值解算到同步旋转坐标系中进行闭环控制，实现了加热过程、充放电
过程以及输出扭矩过程的协同工作。

[0127] 对于步骤S50中，作为第二种实施方式，如图11所示，根据目标交轴电流、目标直轴电流、每相线圈上的采样电流值以及电机转子位置计算所述可逆PWM整流器中每相桥臂的
占空比，以及根据所述目标充放电电流和所述充放电电流采样值计算所述功率开关模块中
桥臂的占空比，包括：

[0128] 步骤S511.根据目标交轴电流、目标直轴电流、电机转子位置以及目标充放电电流获取每相线圈的目标电流值；

[0129] 作为一种实施方式，步骤S511包括：

[0130] 根据目标交轴电流iq*、目标直轴电流id*以及电机转子位置进行反park和反clark坐标变换获取每相线圈的目标电流值。

[0131] 步骤S512.根据每相线圈上的采样电流值和每相线圈的目标电流值获取每相桥臂的参考电压。

[0132] 步骤S513.根据每相桥臂的参考电压获取每相桥臂的占空比。

[0133] 步骤S514.根据目标充放电电流和充放电电流采样值进行闭环控制获取所述功率开关模块中桥臂的占空比。

[0134] 其中，在上述步骤中，将每相线圈上的采样电流值和每相线圈的目标电流值进行闭环调节，闭环调节的方式可以是PID控制或者PR控制或者滑膜控制等等。

[0135] 本实施方式与上述实施方式的不同点在于将多相电机的参数值解算到相轴坐标系中进行闭环控制，实现了加热过程、充放电过程以及输出扭矩过程的协同工作。

[0136] 对于步骤S50中，作为第三种实施方式，如图12所示，步骤S50包括：

[0137] 步骤S521.根据目标交轴电流iq*、目标直轴电流id*和转子位置获取电机静止坐标系的目标α轴电流和目标β轴电流；

[0138] 步骤S522.根据每相线圈上的采样电流值获取电机静止坐标系的实际α轴电流和实际β轴电流；

[0139] 步骤S523.根据目标α轴电流、目标β轴电流、实际α轴电流和实际β轴电流获取电机线圈在静止坐标系的参考电压Uα、Uβ；

[0140] 步骤S524.对静止坐标系的参考电压Uα、Uβ进行空间矢量调制变换后得到每相桥臂的占空比；

[0141] 步骤S525.根据目标充放电电流和充放电电流采样值进行闭环控制获取所述功率开关模块中桥臂的占空比。

[0142] 本实施方式与上述实施方式的不同点在于将多相电机的参数值解算到静止坐标系中进行闭环控制，实现了加热过程、充放电过程以及输出扭矩过程的协同工作。

[0143] 本申请实施例一提出一种能量转换装置的协同控制方法，通过采用包括可逆PWM整流器和电机线圈的能量转换装置，使该能量转换装置与外部的电池连接以及通过充放电
口与供电设备或者用电设备连接时，获取目标加热功率、目标驱动功率以及目标充放电功
率，根据目标充放电功率获取外部的充放电口输出的目标充放电电流，根据目标驱动功率
获取第一交轴电流和第一直轴电流，根据第一交轴电流和第一直轴电流获取电机线圈的第
一加热功率，再根据第一加热功率与目标加热功率之间的关系调节第一交轴电流和第一直
轴电流以得到目标交轴电流和目标直轴电流，再根据目标交轴电流、目标直轴电流、目标充
放电电流、每相线圈上的采样电流值以及电机转子位置计算所述PWM整流器中每相桥臂的
占空比，以及根据目标充放电电流和充放电电流采样值计算功率开关模块中桥臂的占空
比，根据占空比控制PWM整流器中每相桥臂上的开关器件以及功率开关模块中桥臂的开关
器件的导通和关断，实现了使外部的电池或者供电设备输出的电流流经电机线圈以产生热
量，以加热流经电机线圈的冷却管中的冷却液，当该冷却液流经动力电池时加热动力电池
且结合电池本身充电或者放电产热一起加热动力电池，可省去额外动力电池加热装置，降
低了整个装置的成本，确保电池在低温状态下的充放电得到保障，同时实现了充放电过程、
加热过程和扭矩输出过程中的两者或者三者协同工作，即外部供电设备(如充电桩)放电给
电池充电过程、电机加热过程和电机扭矩输出过程中三者协同工作；或者电池放电给外部
用电设备(如车辆)进行供电、电机加热过程和电机扭矩输出过程中三者协同工作。

[0144] 本申请实施例二提供一种能量转换装置的协同控制方法，如图13所示，当目标充放电功率为零时，目标充放电电流和第一加热功率为零，则协同控制方法包括：

[0145] 步骤S11.获取目标加热功率以及目标驱动功率；

[0146] 步骤S21.根据目标驱动功率获取第一交轴电流和第一直轴电流，并根据第一交轴电流和第一直轴电流获取电机线圈的第一加热功率；

[0147] 步骤S31.当第一加热功率与目标加热功率之间的偏差不在预设范围内时，根据目标驱动功率调节第一交轴电流和第一直轴电流至目标交轴电流和目标直轴电流，使第一加
热功率与目标加热功率之间的偏差在预设范围内；

[0148] 步骤S41.当第一加热功率与目标加热功率之间的偏差在预设范围内时，将第一交轴电流和第一直轴电流设置为目标交轴电流和目标直轴电流；

[0149] 步骤S51.获取每相线圈上的采样电流值以及电机转子位置，并根据目标交轴电流、目标直轴电流、每相线圈上的采样电流值以及电机转子位置计算可逆PWM整流器中每相
桥臂的占空比。

[0150] 本申请实施例二提出的一种能量转换装置的协同控制方法，与实施例一不同点在于目标充放电功率为零，控制电机线圈103加热和控制电机输出扭矩同时进行，通过采用包
括可逆PWM整流器102和电机线圈103的能量转换装置，使该能量转换装置与外部的电池101
连接以及通过充放电口106与供电设备或者用电设备连接时，获取目标加热功率以及目标
驱动功率，根据目标驱动功率获取第一加热功率，根据第一加热功率与目标加热功率之间
的关系调节第一交轴电流和第一直轴电流以得到目标交轴电流和目标直轴电流，再根据目
标交轴电流、目标直轴电流、每相线圈上的采样电流值以及电机转子位置计算PWM整流器中
每相桥臂的占空比，根据占空比控制PWM整流器中每相桥臂上开关器件的导通和关断，实现
了并使外部的电池101或者供电设备输出的电流流经电机线圈103以产生热量，以加热流经
电机线圈103的冷却管中的冷却液，当该冷却液流经动力电池101时加热动力电池101，可省
去额外动力电池101加热装置，降低了整个装置的成本，确保电池101在低温状态下的充放
电得到保障，同时实现了加热过程和扭矩输出过程中的两者协同工作。

[0151] 本申请实施例三提供一种能量转换装置的协同控制方法，如图14所示，当目标加热功率为零时，协同控制方法包括：

[0152] 步骤S12.获取目标充放电功率以及目标驱动功率；

[0153] 步骤S22.根据目标充放电功率获取外部的充放电口输出的目标充放电电流；

[0154] 步骤S32.根据目标驱动功率获取第一交轴电流和第一直轴电流，并将第一交轴电流和第一直轴电流设置为目标交轴电流和目标直轴电流；

[0155] 步骤S42.获取每相线圈上的采样电流值以及电机转子位置，并根据目标交轴电流、目标直轴电流、每相线圈上的采样电流值以及电机转子位置计算可逆PWM整流器中每相
桥臂的占空比，以及根据目标充放电电流和充放电电流采样值计算功率开关模块中桥臂的
占空比。

[0156] 本申请实施例三提出一种能量转换装置的协同控制方法，与实施例一不同点在于目标加热功率为零，控制电机线圈充放电和控制电机输出扭矩同时进行，获取目标充放电
功率以及目标驱动功率，根据目标驱动功率、每相线圈上的采样电流值以及电机转子位置
计算可逆PWM整流器中每相桥臂的占空比，根据目标充放电功率以及充放电电流采样值计
算功率开关模块中桥臂的占空比，实现了加热过程和扭矩输出过程中两者协同工作。

[0157] 本申请实施例四提供一种能量转换装置的协同控制方法，如图15所示，当目标驱动功率为零时，则协同控制方法包括：

[0158] 步骤S13.获取目标加热功率以及目标充放电功率；

[0159] 步骤S23.根据目标充放电功率获取外部的充放电口输出的目标充放电电流；

[0160] 步骤S33.根据目标加热功率获取目标交轴电流和目标直轴电流；

[0161] 步骤S43.获取每相线圈上的采样电流值、充放电电流采样值以及转子电角度电机转子位置，并根据目标交轴电流、目标直轴电流、目标充放电电流、每相线圈上的采样电流
值以及电机转子位置电机转子电角度计算可逆PWM整流器中每相桥臂的占空比，以及根据
目标充放电电流和充放电电流采样值计算功率开关模块中桥臂的占空比。

[0162] 本申请实施例四提出一种能量转换装置的协同控制方法，与实施例一不同点在于目标驱动功率为零，控制电机线圈充放电和控制电机线圈加热同时进行，获取目标加热功
率以及目标充放电功率，根据目标加热功率以及目标充放电功率结合采集的每相线圈上的
采样电流值以及电机转子位置计算可逆PWM整流器中每相桥臂的占空比，并且根据目标充
放电功率结合采集的充放电电流采样值计算功率开关模块中桥臂的占空比，实现了加热过
程和充放电过程两者协同工作，同时实现零扭矩输出。

[0163] 下面通过具体的矢量控制图对本申请进行具体说明：

[0164] 图16是本发明n相电机的矢量控制框图，涉及多相电机的矢量控制，将多相电机矢量解算到同步旋转坐标系上进行闭环控制，图17是对应图16以三相电机为例，举例示范三
相电机矢量控制系统框。控制过程：控制器接收充放电指令、扭矩输出指令和加热功率指
令，充放电指令是给定电压值或者给定电流值，根据充放电指令获取电压目标，获取充电口
电压并与电压目标进行控制得到目标充放电电流in*，获取实际充放电电流in，将目标充放
电电流in*和实际充放电电流in做差并经过闭环控制(例如PID控制)后输出功率开关模块
104的占空比D0；根据输出扭矩和加热功率进行指令解算过程后得到目标交轴电流iq*和目
标直轴电流id*，采样三相电流值ia、ib、ic，通过坐标变换换算到dq坐标系上得到实际直轴
电流id和实际交轴电流iq，分别与目标直轴电流id*和目标交轴电流iq*做差后，经过PID控
制输出Ud目标值和Uq目标值，Ud、Uq通过反Park变换得到Uα、Uβ，Uα、Uβ被传输至空间矢量脉
宽调制算法(SVPWM)得到逆变器的三相桥臂占空比Da、Db、Dc。

[0165] 下面根据能量转换装置所处的不同模式对本申请进行具体说明：

[0166] 当充放电指令、扭矩输出指令和加热功率指令：三个指令中最多只有一个不为零时，按照下面的方式进行指令解算分配：

[0167] 第一种工作模式：充放电指令、扭矩输出指令和加热功率指令(指令即为需求功率)全为零时，所有开关处于关断状态。

[0168] 第二种工作模式：只有扭矩输出指令：

[0169] 充放电指令为0，即充放电电流in*＝0，加热功率指令为0，指令解算过程按照图6扭矩曲线图中的MTPA&MTPV曲线，由扭矩输出指令和电机当前转速ωe，查表或者计算出同
步旋转坐标系d‑q坐标轴上对应的目标交轴电流iq*和目标直轴电流id*两个需求值，保证
扭矩指令需求，此时目标充放电电流in*的电流回路不进行控制运算，扭矩指令所需能量来
源于外部的电池101或外部供电设备。

[0170] 第三种工作模式：只有加热功率指令：

[0171] 充电放电指令为0，即充放电电流in*＝0，扭矩输出指令为0或者一个较小值，即目标交轴电流iq*＝0或者iq*＝一个较小的值(啮合齿轮间隙，防止电机转子抖动)，对目标直
轴电流id*方向上的矢量进行给定；给定加热功率根据公式7公式求解出id*，id*可正可负，
优选的id*取正值即增强磁场方向，或者将得到的id*叠加一个正选的高频信号，利用电池
101阻抗越大发热越大，增大电池101的发热；加热功率可以事先计算并台架标定好，使用查
表或者线性拟合的方法由加热功率获得控制电流指令id*、iq*。

[0172] 公式7：

[0173] 根据当前指令给定判断模式，解算过程后，得到id*、iq*、in*，此时目标in*电流回路不进行控制运算，加热指令所需能量来源于电池101或外部供电设备。

[0174] 第四种工作模式：只有充放电指令：扭矩输出指令为0，加热功率指令为0，iq*＝0，id*＝0，in*≠0。

[0175] 当连接到外部的充放电口106的外部电源为恒流充放电模式，控制器采用电压电流双闭环控制：电流指令in*是充放电电压指令U*和电压采样闭环控制后的输出量。

[0176] 当连接到外部的充放电口106的外部电源为恒流充放电模式，电机控制器还可以采用单电压上闭环控制：只有电压闭环的环节，电压指令U*和电压采样闭环控制后输出量
直接转化为桥臂占空比，采样电感上电流获取in。

[0177] 当连接到外部的充放电口106的外部电源为恒压充放电模式，电机控制器采用单电流上闭环控制：电流指令in*是直接由电池管理器下发给定，没有电压闭环的环节。

[0178] 通过矢量控制解算过程得到目标id*、iq*、in*。

[0179] 其中，充电时in*>0，放电时in*<0。

[0180] 当充放电指令、扭矩输出指令和加热功率指令：三个指令中至少只两个不为零时，按照下面的方式进行指令解算分配：

[0181] 第五种工作模式：只有充放电指令、加热功率指令，扭矩输出指令*为0：

[0182] 充放电指令：

[0183] 当连接到外部的充放电口106的外部电源为恒流充放电模式，电机控制器可以采用电压电流双闭环控制：电流指令in*是充放电电压指令U*和电压采样闭环控制后的输出
量；采样电感上电流in，进行电流闭环控制。

[0184] 当连接到外部的充放电口106的外部电源为恒压充放电模式，电机控制器还可以采用单电流上闭环控制：电流指令in*是直接由电池101管理器下发给定，没有电压闭环的
环节，采样电感上电流in，进行电流闭环控制；

[0185] 当连接到外部的充放电口106的外部电源为恒流充放电模式，电机控制器还可以采用单电压上闭环控制：只有电压闭环的环节，电压指令U*和电压采样闭环控制后输出量
直接转化为桥臂占空比。

[0186] 加热功率指令：给定加热功率，根据公式8求解出id*，id*可正可负，优选的id*取正值即增强磁场方向；加热功率可以事先计算并台架标定好，使用查表或者线性拟合的方
法由加热功率获得目标电流id*、iq*。

[0187] 公式8：

[0188] 根据充放电指令和加热功率指令的解算过程后，得到目标id*、iq*、in*。充电时in>0，放电时in<0。

[0189] 第六种工作模式：只有充放电指令、扭矩输出指令，加热功率指令为0：

[0190] 充放电指令：

[0191] 当连接到外部的充放电口106的外部电源为恒流充放电模式，电机控制器可以采用电压电流上闭环控制：电流指令in*是充放电电压指令U*和电压采样闭环控制后的输出
量，采样电感上电流in，进行电流闭环控制。

[0192] 当连接到外部的充放电口106的外部电源为恒压充放电模式，电机控制器还可以采用单电流上闭环控制：电流指令in*是直接由电池101管理器下发给定，没有电压闭环的
环节，采样电感上电流in，进行电流闭环控制。

[0193] 当连接到外部的充放电口106的外部电源为恒流充放电模式，电机控制器还可以采用单电压上闭环控制：只有电压闭环的环节，电压指令U*和电压采样闭环控制后输出量
直接转化为桥臂占空比，采样电感上电流in。

[0194] 扭矩输出指令：指令解算过程按照图6扭矩曲线图中的MTPA&MTPV曲线，由扭矩输出指令找出同步旋转坐标系dq坐标轴上对应的id*、iq*两个值的需求进行给定，保证扭矩
指令需求；

[0195] 解算过程后，得到目标id*、iq*、in*，充电时in>0，放电时in<0。

[0196] 第七种工作模式：只有加热功率指令、扭矩输出指令，充放电指令为0：

[0197] 加热功率指令：

[0198] 公式9：

[0199] 扭矩输出指令：解算出恒扭矩曲线，见图6扭矩曲线图中的恒扭矩曲线Te1、Te2、Te3，其中Te1>Te2>Te3，扭矩曲线图中的恒扭矩曲线可以事先计算并台架标定好，一般使用
查表或者线性拟合的方法由转矩获得控制电流指令。首先通过MTPA&MTPV曲线找出满足扭
矩指令的id*、iq*，将id*、iq*代入公式9进行检验是否满足需求的加热功率，不满足的话就
沿着恒扭矩曲线进行滑动，可以朝着id正半轴增大的方向移动，也可以朝着id负半轴减小
的方向移动，优选的选择朝着id正半轴增大的方向移动，进行迭代直到满足公式9或者在公
式9规定的误差范围内即可，加热功率可以事先计算并台架标定好，使用查表或者线性拟合
的方法由由加热功率获得控制电流指令id*、iq*。

[0200] 此时目标in*电流回路不进行控制运算，解算过程后，得到目标id*、iq*、in*。

[0201] 第八种工作模式：充放电指令、加热功率指令、扭矩输出指令均不为零。

[0202] 充放电指令：当连接到外部的充放电口106的外部电源为恒流充放电模式，电机控制器可以采用电压电流上闭环控制：电流指令in*是充放电电压指令U*和电压采样闭环控
制后的输出量，采样电感上电流in，进行电流闭环控制。

[0203] 当连接到外部的充放电口106的外部电源为恒压充放电模式，电机控制器可以采用单电流上闭环控制：电流指令in*是直接由电池101管理器下发给定，没有电压闭环的环
节，采样电感上电流in，进行电流闭环控制。

[0204] 当连接到外部的充放电口106的外部电源为恒流充放电模式，电机控制器可以采用单电压上闭环控制：只有电压闭环的环节，电压指令U*和电压采样闭环控制后输出量直
接转化为桥臂占空比，采样电感上电流in。

[0205] 加热功率指令*：

[0206] 公式10：

[0207] 扭矩输出指令：解算出恒扭矩曲线，扭矩曲线图中的恒扭矩曲线可以事先计算并台架标定好，一般使用查表或者线性拟合的方法由转矩获得控制电流指令。首先通过MTPA&
MTPV曲线找出满足扭矩指令的id*、iq*，将id*、iq*代入式8进行检验是否满足需求的加热
2 2
功率，不满足的话就沿着恒扭矩曲线进行滑动，朝着((id*)+(iq*))增大的方向移动，既可
以朝着id*正半轴增大的方向移动，也可以朝着id*负半轴减小的方向移动，优选的选择朝着
id*正半轴增大的方向移动，进行迭代知道满足式10或者在式10规定的误差范围内即可。加
热功率可以事先计算并台架标定好，使用查表或者线性拟合的方法由由加热功率获得控制
电流指令id*、iq*。

[0208] 解算过程后，得到目标id*、iq*、in*。

[0209] 充放电指令、加热功率指令、扭矩输出指令均有的使用场景为太阳能高压线上除冰车或者月球车。

[0210] 对于能量转换装置的电路结构，可以采用以下电路结构：

[0211] 图18为本实施方式提供的能量转换装置的电路图，能量转换装置包括可逆PWM整流器102、电机线圈103以及功率开关模块104，还包括开关K1、开关K2，电阻R、开关K3以及电
容C1，外部的电池101的正极连接开关K1的第一端和开关K2的第一端，开关K1的第二端连接
电阻R的第一端，开关K2的第二端和电阻R的第二端连接电容C1的第一端，电池10的负极连
接开关K3的第一端，开关K3的第二端连接电容C1的第二端，可逆PWM整流器102包括三相桥
臂，第一相桥臂包括串联连接的第一功率开关单元和第二功率开关单元，第二相桥臂包括
串联连接的第三功率开关单元和第四功率开关单元，第三相桥臂包括串联连接的第五功率
开关单元和第六功率开关单元，功率开关模块104包括串联连接的第七功率开关单元和第
八功率开关单元，第一功率开关单元的输入端、第三功率开关单元的输入端、第五功率开关
单元的输入端共接形成第一汇流端并与电容C1的第一端连接，第一汇流端还连接第七功率
开关的输入端，第二功率开关单元的输出端、第四功率开关单元的输出端、第六功率开关单
元的输出端的输出端共接形成第二汇流端并与电容C1的第二端连接，第二汇流端还连接第
八功率开关单元的输出端，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，第七功率开关单元包括第七上桥臂VT7和第七上
桥二极管VD7，第八功率开关单元包括第八下桥臂VT8和第八下桥二极管VD8，电机线圈103
包括一套三相绕组，第一相线圈连接第一相桥臂的中点，第二相线圈连接于第二相桥臂的
中点，第三相线圈连接于第三相桥臂的中点，第一相线圈、第二相线圈、第三相线圈共接形
成中性点，能量转换模块还包括开关K4、开关K5、电感L、电容C2，充放电口106的第一端和第
二端分别连接开关K4的第二端和开关K5的第二端，开关K4的第一端连接电感L的第二端和
电容C2的第一端，电感L的第一端连接功率开关模块104中第七功率开关单元的输出端和第
八功率开关单元的输入端，开关K5的第一端连接电容C2的第二端和第二汇流端。

[0212] 如图19和图20所示，当能量转换装置与外部车辆连接时，进行充电过程的储能过程和储能释放过程，同时，能量转换装置可以进行加热和输出扭矩。

[0213] 其中，当充放电口连接外部用电设备时，电池101、可逆PWM整流器102、电机线圈103形成驱动回路和加热回路，电池101、功率开关模块104、充放电口106形成放电回路，控
制器控制可逆PWM整流器102、功率开关模块104导通的时刻及时长，使电池输出的电流流经
第一功率开关单元、第一相线圈L1、第二相线圈L2和第三相线圈L3、第四功率开关单元和第
六功率开关单元形成驱动储能回路和加热储能回路，电池输出的电流还流经第七功率开关
单元、电感L、充放电口106形成放电储能回路，第一相线圈L1、第二相线圈L2和第三相线圈
L3、第三功率开关单元和第五功率开关单元、第一功率开关单元形成驱动储能释放回路和
加热储能释放回路，电感L、充放电口106、第八功率开关单元形成放电储能释放回路，控制
器根据结算出的可逆PWM整流器102的占空比和功率开关模块的占空比使驱动储能回路、加
热储能回路和放电储能回路同时工作，以及使驱动储能释放回路、加热储能释放回路和放
电储能释放回路同时工作。

[0214] 本申请实施例五提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，计算机程序被处理器执行时实现如实施例一至实施例四的步骤。

[0215] 本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取
存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请
所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非
易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、
电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取
存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态
RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM
(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直
接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。

[0216] 所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的
功能单元、模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述
的全部或者部分功能。

[0217] 本申请实施例六提供一种能量转换装置的协同控制装置，能量转换装置包括可逆PWM整流器102、电机线圈103、功率开关模块104以及电感105，可逆PWM整流器102连接电机
线圈103，外部的电池101的正极端连接可逆PWM整流器102的第一汇流端和功率开关模块
104的第一端，外部的电池101的负极端连接可逆PWM整流器102的第二汇流端和功率开关模
块104的第二端，功率开关模块104的第三端连接电感105的第一端，外部的充放电口106的
第一端和第二端分别连接电感105的第二端和功率开关模块104的第二端；

[0218] 协同控制装置包括：

[0219] 功率获取模块，用于获取目标加热功率、目标充放电功率以及目标驱动功率；

[0220] 目标电流获取模块，用于根据目标充放电功率获取所述外部的充放电口输出的目标充放电电流，根据所述目标驱动功率获取基于电机转子磁场定向的同步旋转坐标系中的
第一交轴电流和第一直轴电流，并根据所述第一交轴电流和所述第一直轴电流获取所述电
机线圈的第一加热功率；且当所述第一加热功率与所述目标加热功率之间的偏差不在预设
范围内时，根据所述目标驱动功率调节所述第一交轴电流和所述第一直轴电流至目标交轴
电流和目标直轴电流，使所述第一加热功率与所述目标加热功率之间的偏差在预设范围
内；

[0221] 占空比获取模块，用于获取每相线圈上的采样电流值、充放电电流采样值以及转子电角度，并根据目标交轴电流、目标直轴电流、目标充放电电流、每相线圈上的采样电流
值以及电机转子电角度计算所述可逆PWM整流器中每相桥臂的占空比，以及根据所述目标
充放电电流和所述充放电电流采样值计算所述功率开关模块中桥臂的占空比。

[0222] 本申请实施例七提供一种车辆，电动汽车还包括上述实施例六提供的能量转换装置。

[0223] 如图21所示，电池包的加热和冷却回路包含以下回路：电机驱动系统冷却回路、电池冷却系统回路、空调系统的冷却回路。电池冷却系统回路通过换热板和空调冷却系统融
合；电池冷却系统回路通过四通阀和电机驱动系统冷却回路贯通。电机驱动系统冷却回路
通过三通阀的切换将散热器连接和断开。电机驱动系统冷却回路与电池冷却系统回路通过
阀体切换，改变管道中冷却液流向，使电机驱动系统加热后的冷却液的流向电池冷却系统，
完成热量从电机驱动系统到电池冷却的传递；电机驱动系统处于非加热模式，通过三通阀
和四通阀切换，电机驱动系统冷却液走A回路，电池冷却系统的冷却液走C回路；电机处于加
热模式，通过三通阀和四通阀切换，电机驱动系统冷却液走B回路，实现电机驱动系统加热
后的冷却液流向电池包冷却回路来给电池加热。

[0224] 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。