带有扩展的马达扭矩能力的增强的电驱动车辆性能的制作方法

1.本发明总体涉及混合动力和全电动汽车。更具体地说，本发明的方面涉及用于优化电池电动汽车（bev）的电驱动操作的系统、方法和装置。


背景技术：

2.当前生产的机动车辆，例如现代化汽车，原始地配备有动力系，所述动力系操作以推动车辆并为车辆的车载电子器件供电。例如，在汽车应用中，车辆动力系通常以原动机为代表，其通过自动或手动换挡的动力变速器将驱动扭矩传递到车辆的最终驱动系统（例如，差速器、车桥半轴、道路车轮等）。由于其立即可用性和相对便宜的成本、重量轻和效率，历史上汽车由往复活塞式内燃机（ice）组件供给动力。这类发动机包括作为非限制性示例的压缩点火（ci）柴油发动机、火花点火（si）汽油发动机、二、四和六冲程架构以及旋转发动机。另一方面，混合动力电动和全电动（统称为“电动驱动”）车辆利用替代动力源推动车辆，且因此对于牵引动力最小化或消除对基于化石燃料的发动机的依赖。
3.全电动汽车（fev）通俗地称为“电动汽车”，是一种电动汽车配置，完全省略了内燃机和动力传动系统附带的外围部件，依靠可充电储能系统（ress）和牵引电机进行车辆推进。基于内燃机车辆的发动机总成、燃油供应系统和排气系统被一个或多个牵引电机、一个牵引电池组以及基于电池fev中的电池冷却和充电硬件所取代。相比之下，混合动力电动汽车（hev）动力系统采用多种牵引动力来驱动车辆，最常见的是将内燃机总成与电池或燃料电池驱动的牵引电机结合使用。由于混合动力电动汽车能够从发动机以外的其他来源获得动力，因此当车辆由电动机驱动时，hev发动机可以全部或部分关闭。
4.许多商用混合动力电动汽车和全电动汽车采用可充电牵引电池组来存储和提供运行动力总成牵引电机所需的电力。为了在足够的车辆行驶里程和速度下产生牵引力，牵引电池组比标准的12伏起动、照明和点火（sli）电池要大得多、功率更大、容量（安培-小时）更高。与sli电池的单体电池相比，现代动力电池将锂离子电池、铅酸电池或镍基电池组封装到单个电池模块中，这些模块安装在车辆底盘上，例如通过电池外壳或支撑托盘。堆叠的电化学电池单元可通过使用电互连板（icb）串联和/或并联连接。从模块外壳伸出的单个电池单元的电气凸耳被向共享母线板弯曲并随后焊接到共享母线板上，以实现模块间的连接。专用电池组控制模块（bpcm）通过与车辆动力传动系统控制模块（pcm）的协同操作，调节电池组接触器的打开和关闭，以调节电池组的操作，为车辆牵引电机供电。
5.高压（hv）电气系统有助于控制电驱动车辆牵引电机和车载牵引电池组之间的电力传输。高压电气系统通常采用前端直流-直流电力转换器，该转换器与车辆的牵引电池组电气连接，以增加对高压主直流（dc）母线和电子功率逆变器模块（pim）的电压供应。高频大容量电容器可布置在主直流母线的正极和负极轨道上，以提供电气稳定性并存储补充电能。牵引电机的操作和控制，可能是多相交流（ac）电机发电机单元（mgu）的性质，可以通过使用pim将电池产生的直流电源转换为使用pcm输出的脉宽调制控制信号驱动交流电源的电机来完成。每个多相ac mgu的电机绕组可耦合到pim的逆变器子模块，每个逆变器子模块
采用一对以互补方式打开/关闭的开关来执行快速开关功能以将dc功率转换为ac功率，反之亦然。


技术实现要素：

6.本文介绍具有用于优化马达扭矩输出的伴随控制逻辑的高压电气系统、制造和操作此类系统的方法以及具有增强的电驱动性能以扩展基于冷却剂温度的扭矩能力的智能电驱动车辆。举例来说，所公开的系统和方法利用系统控制灵活性和脉宽调制（pwm）类型选择来增强电驱动性能，以在更大范围的逆变器冷却剂温度上扩展马达扭矩能力。根据逆变器冷却剂温度、车辆/逆变器工作模式、直流母线电流和直流母线电压，可以智能地实时或接近实时地改变马达扭矩工作范围。这些扭矩工作范围可能受到系统硬件的电气过应力和热限制的限制，例如，通过实施扭矩和电流限制。
7.所公开的概念中的至少一些的附带益处包括增加的马达扭矩和功率能力，其在校准的硬件操作和热限制内工作时排除电应力过大和不必要的硬件降额。此外，通过对扭矩-转速曲线施加可变电流限制，电应力/耐久性影响与机械应力/耐久性影响解耦。此外，增强的扭矩能力可限于预定义的逆变器性能模式和/或车辆运行模式，以平衡增强的电机性能与硬件耐久性、热性能、系统效率以及噪声、振动和不平顺性（nvh）。利用系统控制和校准灵活性来优化马达扭矩能力也可以通过缩小功率逆变器和逆变器额定电流来降低零件和系统成本。
8.本发明的方面涉及高压电气系统控制逻辑、闭环反馈控制技术和计算机可读介质（crm），用于在更大的逆变器冷却剂温度范围内扩展马达扭矩输出。在一个例子中，提出了一种操作高压电气系统的方法，该方法可用于汽车和非汽车应用。该代表性方法包括，以任何顺序和与上述和以下公开的选项和特征中的任何一个的任意组合：通过一个或多个驻留或远程电子控制器识别电驱动车辆和/或功率逆变器的操作模式；选择、检索、计算和/或估计（统称为“确定”）与此操作模式对应的一组校准设置，校准设置包括第一（低）冷却剂温度（cooltemp）阈值、高于第一冷却剂温度阈值的第二（高）冷却剂温度阈值和数据集（例如，查找表、图表等）作为冷却剂温度和直流母线当前直流母线电压函数的电机校准扭矩限值；确定流经功率逆变器的冷却剂的当前冷却剂温度是否大于或等于第一（低）冷却剂温度阈值和小于或等于第二（高）冷却剂温度阈值；如果是，则响应地将一个或多个电动机的电动机扭矩限值设置为第一（正常）扭矩限值，该第一（正常）扭矩限值是从位于电动机校准扭矩限值数据内的第一（正常）固定扭矩限值区域中选择，在第一和第二冷却剂温度阈值之间；以及经由所述控制器向所述功率逆变器发送一个或多个命令信号，以基于所述预设的马达扭矩限值来调节可充电电池/电池组与所述电机之间的电功率传输。
9.本发明的附加方面涉及高压电气系统、电气化动力系统和具有扩展马达扭矩能力的机动车。如本文所用，术语“车辆”和“机动车辆”可互换使用并同义地包括任何相关车辆平台，例如乘用车（hev、fev、燃料电池、完全和部分自主等）、商用车、工业车、履带车辆、越野和全地形车（atv），摩托车、农场设备、船艇、飞机、电动自行车（ebike）、电动滑板车等。对于非汽车应用，公开的概念可用于独立发电站、商业或住宅发电机系统等。在一个示例中，机动车包括带乘客舱的车体，安装在车身上的多个车轮和其他标准原装设备。对于电力驱动车辆应用，一个或多个电力牵引电机单独运行（例如，对于fev动力系统）或与内燃机总成
（例如，对于hev动力系统）一起运行，以选择性地驱动一个或多个车轮，从而推动车辆。
10.继续上述示例的讨论，车辆还包括至少一个安装在车身上的牵引电池组，用于为车辆动力总成的牵引电机供电。电源逆变器模块，例如通过主直流母线将牵引电池组与牵引电机电连接，接收电池组输出的直流电。电功率逆变器模块（pim）将接收到的直流电源转换为交流电源，一旦转换，交流电源将传输至牵引电机或多个电机，以实现所需的车辆推进。动力传动系接口模块还可以将从电机接收到的交流电源转换为直流电源，然后再传输到ress。
11.对车载或非车载车辆控制器进行编程，以识别电驱动车辆/pim的操作模式，并确定与该操作模式相对应的一组校准设置。这些校准设置包括第一（低）冷却剂温度阈值、第二（高）冷却剂温度阈值和作为冷却剂温度和直流母线当前直流母线电压函数的电机校准扭矩限值数据集。车辆控制器还确定pim冷却剂的当前冷却剂温度是否大于或等于第一（低）冷却剂温度阈值和小于或等于第二（高）冷却剂温度阈值。如果是，控制器响应地将牵引马达的马达扭矩限制设置为第一（正常）扭矩限制值，该值是从位于马达校准扭矩限制内的第一（正常）固定扭矩限制区域中选择的，在冷却剂温度阈值之间。然后，控制器向动力传动系接口模块发送一个或多个指令信号，以根据设定的马达扭矩限值调节可充电电池/电池组和牵引电机/电机之间的电力传输。
12.对于所公开的任何系统、方法和车辆，第一冷却剂温度阈值可包括第一（正常或正常）冷却剂温度阈值和第二（最小或最小）冷却剂温度阈值。在这种情况下，控制器可以通过将马达扭矩限制设置为第二（混合低）扭矩限制值来响应逆变器的冷却剂温度既低于正常低冷却剂温度阈值又高于最低冷却剂温度阈值。混合低扭矩限值从正常和最低冷却剂温度阈值之间的第一（低）可变扭矩限值区域中选择。从该可变扭矩限制区域选择扭矩限制值可包括在正常固定扭矩限制区域和第二（低）固定扭矩限制区域之间插值，该区域位于低于第二（最小）低冷却剂温度阈值的电机校准扭矩限制内。如果当前冷却剂温度低于标准低和最小低阈值，控制器可响应地将马达扭矩限制设置为从第二（低）固定扭矩限制区域中选择的第三（低）扭矩限制值，该区域位于低于最小低当前冷却剂温度阈值的电机校准扭矩限制组内。
13.对于所公开的系统、方法和车辆中的任何一个，第二冷却剂温度阈值包括第一（正常或正常）冷却剂温度高阈值和第二（最大或最大）冷却剂温度高阈值。在这种情况下，控制器可以通过将马达扭矩限制设置为第四（混合高）扭矩限制值来响应逆变器的冷却剂温度既高于正常高冷却剂温度阈值又低于最高高冷却剂温度阈值。混合高扭矩限值从第二（高）可变扭矩限值区域中选择，该区域位于电机校准扭矩限值组内，介于标准和最大高阈值之间。从该可变扭矩限制区域选择扭矩限制值可包括在正常固定扭矩限制区域和第三（高）固定扭矩限制区域之间插值，该区域位于电机校准扭矩限制内，高于第二（最大）高冷却剂温度阈值。如果当前逆变器冷却剂温度大于正常和最高冷却剂温度阈值，控制器可相应地将马达扭矩限值设置为从第三（高）固定扭矩限值区域中选择的第五（高）扭矩限值，该区域位于电机校准扭矩限值组内，高于最大高阈值。
14.对于所公开的系统、方法和车辆中的任何一个，识别车辆/pim的操作模式可以包括电子控制器，该电子控制器例如从用户输入设备和/或动力总成控制模块接收来自车辆和/或功率逆变器的多个操作模式的选择。在这种情况下，确定与所选操作模式相对应的校
准设置可以包括从驻留或远程存储器设备检索校准设置的电子控制器，其存储每个操作模式的相应校准设置集。作为另一个选项，电子控制器可编程为根据工作模式和逆变器的实时冷却剂温度选择脉冲宽度调制类型。在这种情况下，通过功率逆变器调节可充电电池/电池组和电动机之间的电能传输进一步基于所选的pwm类型。
15.对于所公开的系统、方法和车辆中的任何一个，校准设置包括电动机的失速扭矩阈值。该失速扭矩阈值可以基于电驱动车辆和/或功率逆变器的工作模式从多个失速扭矩阈值中选择。在此实例中，控制器可进一步编程以确定失速扭矩阈值的失速扭矩速度阈值是否大于电动机的当前速度，并且如果是，则响应地将电动机扭矩限制设置为失速扭矩阈值。作为进一步的选择，马达扭矩限值包括基本马达扭矩限值和增强型马达扭矩限值。在这种情况下，基本马达扭矩限制与第一脉宽调制类型（例如，连续脉宽调制（cpwm）技术，例如空间矢量脉宽调制（svpwm））相关联，并且受到功率逆变器的最大结点温度的限制。相比之下，高于基本马达扭矩限值的增强马达扭矩限值与第二pwm类型（例如，不连续脉宽调制（dpwm）技术，例如多电平广义不连续脉宽调制（gdpwm））相关，并且受到最大结点温度的限制，直流母线电压限制和电源逆变器的电气过应力/电流感应限制。
16.以上概要并不代表本公开的每个实施例或每个方面。相反，当结合附图和所附权利要求书实施时，本发明的上述特征和优点以及其他特征和伴随的优点将从以下实施本发明的说明性示例和模式的详细描述中显而易见。此外，本公开明确地包括上面和下面呈现的元件和特征的任何和所有组合和子组合。
17.本发明还提供了以下技术方案：1. 一种操作电驱动车辆的方法，所述电驱动车辆包括可充电电池、直流（dc）总线、电动机和电连接所述可充电电池和电动机的功率逆变器，所述方法包括：通过车辆控制器识别电驱动车辆和/或功率逆变器的工作模式；确定对应于操作模式的校准设置，校准设置包括第一冷却剂温度（cooltemp）阈值、高于第一冷却剂温度阈值的第二冷却剂温度阈值以及作为冷却剂温度和直流母线的当前直流母线电压的函数的一组马达校准扭矩限制；确定功率逆变器中冷却剂的当前冷却剂温度是否大于或等于第一冷却剂温度阈值且小于或等于第二冷却剂温度阈值；响应于当前冷却剂温度大于或等于第一冷却剂温度阈值且小于或等于第二冷却剂温度阈值，设置电动机的马达扭矩限制到从第一和第二冷却剂温度阈值之间的马达校准扭矩限制内的第一固定扭矩限制区域中选择的第一扭矩限值；和通过所述车辆控制器向所述功率逆变器发送命令信号，以基于所述电动机的马达扭矩限制来调节所述可充电电池和所述电动机之间的电力传输。
18.2. 根据方案1所述的方法，其中所述第一冷却剂温度阈值包括第一低阈值和小于所述第一低阈值的第二低阈值，所述方法进一步包括，响应于当前冷却剂温度小于所述第一低阈值且大于所述第二低阈值，将马达扭矩限制设置为从第一低阈值和第二低阈值之间的第一可变扭矩限制区域中选择的第二扭矩限制值。
19.3. 根据方案2所述的方法，其中从所述第一可变扭矩限制区域中选择所述第二扭矩限制值包括在所述第一固定扭矩限制区域和与所述第二低阈值相关联的第二固定扭矩限制区域之间插值。
20.4. 根据方案2所述的方法，还包括，响应于当前冷却剂温度低于第一低阈值和第二低阈值，将马达扭矩限制设置为第三扭矩限值，该第三扭矩限值选自与马达校准扭矩限值组内的第二低阈值相关联的第二固定扭矩限制区域。
21.5. 根据方案1所述的方法，其中所述第二冷却剂温度阈值包括第一高阈值和大于所述第一高阈值的第二高阈值，所述方法进一步包括，响应于当前冷却剂温度大于所述第一高阈值且小于所述第二高阈值，将马达扭矩限制设置为从马达校准扭矩限制组内的第一高阈值和第二高阈值之间的第二可变扭矩限制区域中选择的第四扭矩限制值。
22.6. 根据方案5所述的方法，其中从所述第二可变扭矩限制区域中选择所述第四扭矩限制值包括在所述第一固定扭矩限制区域和与所述第二高阈值相关联的第三固定扭矩限制区域之间插值。
23.7. 根据方案5所述的方法，还包括，响应于当前冷却剂温度大于第一高阈值和第二高阈值，将马达扭矩限制设置为从与马达校准扭矩限制组内的第二高阈值相关联的第三固定扭矩限制区域中选择的第五扭矩限制值。
24.8. 根据方案1所述的方法，其中识别工作模式包括通过车辆控制器从驾驶员输入设备和/或动力总成控制模块接收来自电驱动车辆和/或功率逆变器的多个工作模式的选择。
25.9. 根据方案8所述的方法，其中确定与所选操作模式对应的校准设置包括车辆控制器从存储每个操作模式的相应校准设置集的存储设备检索校准设置。
26.10. 根据方案1所述的方法，还包括选择脉宽调制（pwm）类型作为工作模式和当前冷却剂温度的函数，其中调节可充电电池和电动机之间的电力传输进一步基于所选的pwm类型。
27.11. 根据方案1所述的方法，其中所述校准设置包括基于电驱动车辆和/或功率逆变器的工作模式从多个失速扭矩阈值中选择的电动机的失速扭矩阈值。
28.12. 根据方案11所述的方法，所述方法进一步包括：确定所述失速扭矩阈值的失速扭矩转速阈值是否大于所述电动机的当前马达速度；和响应于失速扭矩转速阈值大于当前马达速度，将马达扭矩限制设置为失速扭矩阈值。
29.13. 根据方案1所述的方法，其中所述马达扭矩限值包括基本马达扭矩限制和大于所述基本马达扭矩限制的增强的马达扭矩限制，所述基本马达扭矩限制与第一脉冲宽度调制（pwm）类型相关联，并受所述功率逆变器的最大结点温度约束，以及与第二脉冲宽度调制（pwm）类型相关联的增强的马达扭矩限制，并且受到最大结点温度和功率逆变器的电过应力限制的约束。
30.14. 一种电驱动车辆，包括：具有多个车轮的车身；安装在车身上的牵引马达，其可操作用于向一个或多个车轮输出扭矩，从而推动电驱动车辆；安装在车身上的牵引电池组，其可操作用于为牵引马达供电；功率逆变器模块（pim），其将所述牵引电池组电连接至所述牵引马达，并且可操作
用于将所述牵引电池组输出的直流（dc）功率转换为交流（ac）功率，并将所述交流功率传输至所述牵引马达；和车辆控制器，其编程为：识别电驱动车辆和/或pim的工作模式；确定对应于操作模式的校准设置，校准设置包括第一冷却剂温度（cooltemp）阈值、高于第一冷却剂温度阈值的第二冷却剂温度阈值以及作为冷却剂温度的函数的一组马达校准扭矩限制；确定pim中冷却剂的当前冷却剂温度是否大于或等于第一冷却剂温度阈值且小于或等于第二冷却剂温度阈值；响应于当前冷却剂温度大于或等于第一冷却剂温度阈值且小于或等于第二冷却剂温度阈值，设置牵引马达的马达扭矩限制到从第一和第二冷却剂温度阈值之间的马达校准扭矩限制内的第一固定扭矩限制区域中选择的第一扭矩限值；和向pim发送命令信号，以基于所述牵引马达的马达扭矩限制来调节所述牵引电池组和所述牵引马达之间的电力传输。
31.15. 根据方案14所述的电驱动车辆，其中所述第一冷却剂温度阈值包括第一低阈值和小于所述第一低阈值的第二低阈值，并且其中车辆控制器进一步编程为，响应于当前冷却剂温度小于所述第一低阈值且大于所述第二低阈值，将马达扭矩限制设置为从第一低阈值和第二低阈值之间的马达校准扭矩限制组内的第一可变扭矩限制区域中选择的第二扭矩限制值。
32.16. 根据方案15所述的电驱动车辆，其中从所述第一可变扭矩限制区域中选择所述第二扭矩限制值包括在所述第一固定扭矩限制区域和与所述第二低阈值相关联的第二固定扭矩限制区域之间插值。
33.17. 根据方案15所述的电驱动车辆，其中车辆控制器进一步编程为，响应于当前冷却剂温度低于第一低阈值和第二低阈值，将马达扭矩限制设置为第三扭矩限值，该第三扭矩限值选自与马达校准扭矩限值组内的第二低阈值相关联的第二固定扭矩限制区域。
34.18. 根据方案14所述的电驱动车辆，其中所述第二冷却剂温度阈值包括第一高阈值和大于所述第一高阈值的第二高阈值，并且其中车辆控制器进一步编程为，响应于当前冷却剂温度大于所述第一高阈值且小于所述第二高阈值，将马达扭矩限制设置为从马达校准扭矩限制组内的第一高阈值和第二高阈值之间的马达校准扭矩限制组内的第二可变扭矩限制区域中选择的第四扭矩限制值。
35.19. 根据方案18所述的电驱动车辆，其中从所述第二可变扭矩限制区域中选择所述第四扭矩限制值包括在所述第一固定扭矩限制区域和与所述第二高阈值相关联的第三固定扭矩限制区域之间插值。
36.20. 根据方案18所述的电驱动车辆，其中车辆控制器进一步编程为，响应于当前冷却剂温度大于第一高阈值和第二高阈值，将马达扭矩限制设置为从与马达校准扭矩限制组内的第二高阈值相关联的第三固定扭矩限制区域中选择的第五扭矩限制值。
附图说明
37.图1是根据所公开概念的方面的具有增强的电驱动性能和扩展的马达扭矩能力的
代表性电驱动车辆的部分示意性侧视图图示。
38.图2是示出代表性的电气化动力传动系统控制协议的流程图，其可对应于由驻留或远程控制器、控制逻辑电路、可编程控制单元，或其他集成电路（ic）装置或符合所公开概念的方面的装置网络执行的存储器存储指令。
39.图3是马达速度（每分钟转数（rpm））与马达扭矩（牛顿-米（n
·
m））的代表性曲线图，图示了根据所公开概念的方面利用系统控制和校准灵活性增加的马达扭矩和功率输出。
40.图4是根据所公开概念的方面的逆变器冷却剂温度（摄氏度（℃））与马达扭矩（n
·
m）的代表图，图示了在更大的冷却剂温度范围内利用多区域扭矩限制数据选择性地改变马达扭矩限制的增加的马达扭矩输出。
41.本发明的代表性实施例在附图中以非限制性示例的方式示出，并在下面进行额外的详细描述。然而，应当理解，本发明的新颖方面不限于上述附图中所示的特定形式。相反，本发明将涵盖落入本发明范围内的所有修改、等价物、组合、子组合、排列、分组和备选方案，例如由所附权利要求所涵盖。
具体实施方式
42.本发明易于以许多不同形式实施。在附图中示出了本发明的代表性示例，并且在本文中详细描述了这些实施例，其理解是提供这些实施例作为所公开原理的示例，而不是本发明的广泛方面的限制。为此，例如在摘要、技术领域、发明内容、附图说明和具体实施方式部分中描述但未在权利要求书中明确阐述的要素和限制不应通过暗示、推断或其他方式单独或共同地并入权利要求书中。此外，本文所讨论的附图可能不是按比例绘制的，并且仅用于说明目的。因此，图中所示的特定和相对尺寸不应被解释为限制性的。
43.就本说明书而言，除非特别声明：单数包括复数，反之亦然；词语“和”和“或”应是连接词和转折词；“任何”和“所有”均指“任何和所有”；词语“包括”、“包含”、“含有”、“具有”及其排列应分别表示“包括但不限于”。此外，近似词语，例如“大约”、“几乎”、“实质上”、“一般”、“近似”等，可在本文中分别以“处于、接近或接近处于，或
“……
的0-5%范围内”或“在可接受的制造公差范围内”或其任何逻辑组合来使用。最后，方向性形容词和副词，如前部、后部、内侧、外侧、右舷、左舷、垂直、水平、向上、向下、前、后、左、右等，当车辆在水平驾驶面上操作时，可能与机动车有关，如机动车的向前行驶方向。
44.现在参考附图，其中相同的附图标记表示贯穿多个视图的相同特征，在图1中示出了代表性汽车，其通常被指定为10，并且为了讨论的目的在本文中描绘为轿车式的插入式电池电动汽车（bev）。图示的汽车10（在本文中也简称为“机动车”或“车辆”）仅仅是可以实践本发明的各个新颖方面的示例性应用。同样，将本概念并入全电动bev动力传动系统也应被理解为公开的新颖特征的非限制性实现。因此，应当理解，本发明的方面和特征可以应用于其他电气化动力传动系统架构，实现用于任何逻辑相关类型的车辆，并且用于汽车和非汽车应用两者。此外，这里仅示出并详细描述了机动车辆和高压电气系统的选择部件。然而，下面讨论的车辆和系统可以包括用于执行本发明的各种方法和功能的许多附加和替代特征以及其他可用的外围组件。
45.图1是电驱动车辆10的简化图示，电驱动车辆10停靠在车辆充电站20处并且可操
作地耦合到车辆充电站20以对车载可再充电能源（例如高压直流（dc）牵引电池组14）进行再充电。牵引电池组14可以具有许多合适的配置，包括堆叠铅酸、锂离子或其他适用类型的可充电电池单元的阵列。为了在牵引电池组14和车辆充电站20之间提供可操作的耦合，车辆10可以包括感应充电部件22，该部件带有安装在车身12下侧的集成感应线圈。该感应充电部件22用作与具有车辆充电站20的内部emf线圈的无线充电垫24兼容的无线充电接口。在所示的示例中，无线充电垫24位于充电站20的地板上，并且根据“目标位置”定位，该“目标位置”可以用作车辆10的高效和有效无线充电目的的期望停车位置。特别地，图1描绘了车辆10停放在适当的前后对准和右舷左舷对准，充电垫24与目标位置对准，以完成电池组14的感应充电事件，该事件使两个设备之间无线传输的功率百分比最大化。
46.作为一些非限制性示例，车辆充电站20可以采用迄今和以后开发的任何类型的有线和无线充电技术，包括感应充电、无线电充电、电容充电和谐振充电。根据电磁感应充电技术，图1的代表性无线充电垫24可被电流激活以产生接近感应充电组件22的交变电磁场。这种时变磁场反过来在车辆10的感应充电部件22中感应电流。感应电流可由车内电气调制电路（例如牵引功率逆变器模块（tpim）26）过滤、降压和/或移相，以对牵引电池组14或车辆10的任何其他能源充电（例如，标准12v铅酸起动、照明和点火（sli）电池，辅助电源模块等）。
47.牵引电池组14存储可用于一个或多个电力牵引马达16推进和操作其他车辆电气系统的能量。牵引电池组14以通信方式（有线或无线）连接到一个或多个车辆控制器，在图1中由电子控制单元（ecu）42表示，其调节各种车载车辆系统和部件的操作。例如，由ecu 42控制的接触器可以在打开时将牵引电池组14与选择部件隔离，并在关闭时连接牵引电池组14以选择部件。ecu 42还以通信方式连接到电力牵引马达16，以控制例如牵引电池组14和每个马达16之间的能量双向传输。例如，牵引电池组14可提供直流电压，而电机16可使用三相交流电流运行；在这种情况下，由ecu 42控制的tpim 26将dc电压转换为供马达16使用的三相ac电流。在再生模式中，例如，其中牵引马达16被配置为马达发电单元（mgu），由ecu控制的tpim 26将来自马达发电机16的ac功率转换为与牵引电池组14兼容的dc功率。代表性ecu 42还示出与充电部件22通信，例如，调节从车辆充电站20向电池组14提供的电源，以帮助确保适当的电压和电流水平。
48.图1的车辆充电站20还通过“插入式”电连接器32为电动车辆10提供有线充电，电连接器32可以是多种不同的商用电连接器类型之一。作为非限制性示例，电气连接器32可以是美国汽车工程师学会（sae）j1772（类型1）或j1772-2009（类型2）或国际电工委员会（iec）62196-2和/或62196-3 fdis兼容的电气连接器，具有单相或分相模式，工作电压为120至240伏（v），交流电流（ac）最高为80安培（a）传导充电的峰值电流。车身12外部可触及的充电端口34是有线充电接口，用作电连接器32可插入或以其他方式配合的电气插孔。图1的充电端口34不限于任何特定设计，并且可以是任何类型的入口、端口、连接、插座、插头等，其能够实现导电或其他类型的电连接。车身12上的铰链式充电口门（cpd）36可以有选择地打开和关闭，以分别接近和覆盖充电口34。
49.作为车辆充电过程的一部分，车辆10和站20可以单独或协作地监视有线/无线充电可用性、无线电能质量、适当的车辆对准、充电组件兼容性以及可能影响车辆充电的其他相关问题。根据所示示例，图1的车辆ecu 42与监控系统通信并从监控系统接收传感器信
号，监控系统可包括车辆10的一个或多个车载“驻留”感测装置28和/或车辆充电站20的一个或多个非车载“远程”感测装置30。在实践中，该监控系统可包括单个传感器，或其可包括分布式传感器体系结构，其具有封装在与附图中所示类似或替代位置的传感器的分类。安装在充电端口34上的cpd传感器38可感测并由车辆的ecu 42轮询或读取以确定cpd 36的门状态（打开或关闭）。作为另一种选择，有助于将电连接器32物理地连接并固定到充电端口34的锁定按钮40可以包括内部开关（例如，sae s3型开关），该开关用作检测电连接器32是否操作地连接到充电端口34的感测装置。
50.图1的电驱动车辆10的推进由电气化动力传动系统提供，其在本文中由牵引马达16表示，其通过ecu 42和tpim 26的合作操作由可充电电池组14供电，以驱动车辆的一个或多个车轮18。牵引马达16可以是无刷永磁体（pm）、多相ac mgu，其接收由安装在底盘上的牵引电池组14内的锂聚合物电池模块产生的调制dc电能。为了优化ev性能、车辆里程和动力总成nvh，ecu 42和tpim 26利用智能系统控制和硬件校准灵活性，在更大的逆变器冷却剂温度范围内扩展马达扭矩能力。可变马达扭矩限制和失速扭矩可导出为逆变器冷却剂温度的函数，并受电气过应力和电流传感限制、直流母线电压限制以及硬件操作和热限制的约束。为了满足这些约束，可以实现可变扭矩和电流限制的组合。将可变电流限制应用于扭矩-速度曲线允许将电应力/耐久性影响与机械应力/耐久性影响解耦。为了平衡增强的电动汽车性能和动力系统nvh、硬件耐久性、热性能和系统效率之间的权衡，增强的ev性能可限于特定的逆变器性能和/或车辆模式。
51.马达扭矩和功率输出可以扩展到更高的冷却剂温度范围内运行的硬件热限制，如结点温度，而不降低pim。通过在极高的母线电压下，在冷却剂温度高和低的区域限制电流，可以以这种方式扩展扭矩能力，例如，保护动力总成的带电硬件免受电应力过大的影响。此外，可通过定义单个车辆/pim运行模式的马达扭矩限制表来实现校准灵活性，每个表包括低、混合低、正常、混合高和高逆变器冷却剂温度区域。可以为低、正常和高逆变器冷却剂温度定义相应的固定扭矩限制区域。可变扭矩限制区域采用线性插值进行扭矩限制选择，可针对位于低温和常温以及常温和高温之间的“混合”逆变器冷却剂温度进行定义。
52.如上所述，可变电流限制可应用于扭矩-速度曲线，以解耦电气和机械应力/耐久性影响。例如，扭矩能力可在低逆变器冷却剂温度处受到限制，例如以避免电气应力过大。电流能力可在非常高的母线电压下受到限制，例如以避免电气应力过大。作为另一种选择，扭矩能力可在高逆变器冷却剂温度处受到限制，例如以帮助确保马达在其热限制范围内运行。
53.为了最大限度地减少不必要的磨损和对硬件耐久性的影响，在增加整体马达输出的同时减轻动力总成nvh，增加马达输出的增强ev性能可限于特定的逆变器性能模式和/或特定的车辆运行模式。举例来说，而不是限制，对于ev的性能模式和运动模式（例如，对于最大车辆加速度和速度），可以增加马达扭矩/功率限制。相比之下，对于车辆的越野模式（例如，在不同类型的路面上提供更好的牵引力、稳定性和控制），可以增加马达失速扭矩能力。对于eco模式，扭矩和电流阈值可受到限制（例如，对于增加的车辆里程和/或燃油经济性）。在不改变硬件的情况下，通过避免“转角情况”或降低功率模块电流额定值（节省成本）来提高扭矩和电流能力，同时仍能达到基线扭矩。“失速扭矩”可以表示为输出转速为零或接近零的电机产生的扭矩。电动机通常在失速时继续提供扭矩；马达的失速（“电机失速”）是指
马达的转子停止旋转的情况，例如，当负载扭矩大于马达的最大扭矩输出时。“转角情况”可指马达在非常高或非常低的温度和/或非常高的直流母线电压下运行的情况，其中电气过应力限制更为严格。
54.接下来转到图3，马达速度（每分钟转数（rpm））；x轴）与马达扭矩（牛顿-米（n
·
m）；y轴）的曲线通常称为“扭矩-速度曲线”，用于根据主题技术操作的代表性电动机。在该示例中，存在两个扭矩-速度曲线：与默认或“基本”操作策略相关联的第一扭矩-速度曲线201；以及与性能或“增强”操作策略相关联的第二扭矩-速度曲线203。对于同步或异步多相电机控制，基本操作策略在基本区域205上以最大马达扭矩限制实施cpwm技术，例如svpwm，最大马达扭矩限制由单个最大结点温度点t
j_1
限制。相比之下，增强性能操作策略在增强区域207上以最大马达扭矩限制实施dpwm技术，最大马达扭矩限制由动态结点温度t
j_max
限制、过应力限制σ
max
和直流母线电压限制v
dc_lim
。当比较基本区域和增强区域205、207时，可用于基本区域205的最大马达扭矩输出显著降低；增强区域207使得系统能够在硬件限制内操作的同时增加最大可用马达扭矩和功率输出。
55.图4是马达扭矩（n
·
m；y轴）作为逆变器冷却剂温度的函数（℃；x轴），用于说明在较大冷却剂温度范围内增加的马达扭矩输出，利用多区域扭矩限值数据选择性地改变马达扭矩限值。在这个例子中，马达扭矩被分割成五个相邻的区域：温度低于-40℃的低温区域301（区域1）；混合低温区域303（区域2），与低温区域301相邻，温度范围在-40℃到-20℃之间；正常温度区域305（区域3），与混合低温区域303相邻，范围在-20℃到55℃之间；混合高温区域307（区域4），与正常温度区域305相邻，范围在约55℃到约65℃之间；以及高温区域309（区域5），其温度高于65℃且与混合高温区域307相邻。区域1和2 301、303由最低冷却剂低温阈值311分隔，而区域2和3 303、305由正常冷却剂温度阈值313分隔。同样，区域3和4 305、307由正常高冷却剂温度阈值315分隔，而区域4和5 307、309由最高冷却剂温度阈值317分隔。
56.继续参考图4，温度区及其描绘的温度阈值可针对特定性能模式校准到特定电动机，以在马达的电过应力和热限制的约束内实现增加的马达扭矩和功率输出。例如，最小低温（cooltemp）阈值311可以为硬件提供防止电应力过大的保护。最高（max-high）冷却剂温度阈值317既可以保护硬件不受电气应力过大的影响，也可以帮助确保逆变器在热限制范围内工作，以避免降额。相比较而言，正常低和正常高冷却剂温度阈值313、315可有助于最大化马达输出，而不会不必要地滥用动力总成硬件。低、正常和高逆变器冷却剂温度区域301、305、309可提供有预定义的扭矩限制数据（例如，查找表），而混合温度区域303、307中的每一个的扭矩限制可通过从其各自相邻温度区域的扭矩限制数据/表线性插值来计算。
57.接下来参考图2的流程图，根据本发明的方面，在100处通常描述用于操作高压电气系统（例如图1的机动车10的电气化动力传动系统）的改进方法或控制策略。图2所示并在下面进一步详细描述的一些或所有操作可以代表与处理器可执行指令相对应的算法，所述处理器可执行指令可以存储在例如主存储器、辅助存储器或远程存储器中，并且例如由电子控制器、处理单元、控制逻辑电路或其他模块或装置或模块/装置的网络，以执行与所公开的概念相关联的任何或所有上述和下述功能。应当认识到，可以改变所示操作块的执行顺序，可以添加附加操作块，并且可以修改、组合或消除所描述的一些操作。
58.图2的方法100从终端块101开始，具有存储的存储器、可编程控制器或控制模块的
处理器可执行指令或类似合适的处理器，以调用马达扭矩控制协议的初始化。该例行程序可以实时、连续、系统地、偶然地和/或在机动车辆10的正常和正在进行的操作期间以固定的间隔执行，例如，每10毫秒执行一次。作为又一选项，终端块101可响应于从“非车载”集中式主机系统（例如，图1的云计算服务44）接收的用户命令提示或广播提示信号而初始化。在完成图2中呈现的控制操作时，方法100可以前进到终端块143并临时终止，或者可选地，可以循环回到终端块101并在连续循环中运行。
59.在初始化时，方法100执行子例程过程102以确定与对象电力逆变器和/或电驱动车辆的当前或期望操作模式相关联的校准设置的适当集合。虽然图示为四个离散操作，但图2的判定块103、105、107、109可以组合成单个判定块，例如，在该判定块处，车辆控制器（例如，图1的ecu 42）从驾驶员输入设备（例如，中控台远程通信单元50）和/或车辆控制模块（例如，动力总成控制模块（pcm）52）指示从车辆10或tpim 26的多个可用工作模式中进行选择。如果车辆10的乘员选择第一车辆操作模式，例如性能模式（模式==1；块103＝是），方法100响应地执行数据输入/输出块111，并选择、检索、计算或校准（共同“确定”）对应于操作模式1的相应校准设置组。另一方面，如果车辆10的乘员不选择模式1（块103＝否），而是选择第二车辆操作模式，例如eco模式（模式＝=2）；块105＝是），方法100响应地执行数据输入/输出块113并确定对应于操作模式2的另一组相应的校准设置。
60.如果既没有选择模式1也没有选择模式2（块103＝否；块105＝否），pcm 52可以选择第一逆变器性能模式，例如与越野模式相关联的逆变器模式（模式＝＝3；块107＝是），方法100响应地执行数据输入/输出块115并确定对应于操作模式3的不同的校准设置的相应组。在确定没有选择模式3（块107＝否）时，方法100可以迭代剩余的n个车辆/逆变器模式，如判定块109所示。如果选择了第n个模式（块109＝是），则方法100响应地执行数据输入/输出块117并识别与操作模式n相对应的第n组校准设置。每一套校准设置可包含一组按选定模式校准的冷却剂温度阈值；这些冷却剂温度阈值在性质上可能类似于图4所示的代表性冷却剂温度阈值311、313、315和317。除cooltemp阈值外，每一套校准设置还可能包含失速扭矩以及电机校准扭矩限值的数据集（如查找表），作为选定模式的cooltemp函数。
61.一旦选择了适当的校准设置，方法100前进到子程序过程104，以导出作为逆变器冷却剂温度和直流母线电压的函数的马达扭矩限制。子程序过程104可以从执行处理器可执行指令开始，以确定通过pim的冷却剂流体的实时或接近实时温度，例如，使用合适的冷却剂温度传感器54。使用当前的冷却剂温度传感器读数，方法100在判定块119确定功率逆变器的冷却剂温度（pwreleccooltemp）是否同时是：（1）大于或等于正常-低cooltemp阈值（normlothrsh）；和（2）小于或等于正常高cooltemp阈值（normhithrsh）。实际上，执行判定块119以确定实时逆变器冷却剂温度是否在“正常”操作范围内（例如，在图4的区域3内）。如果是（方块119=是 和 是），方法100响应地执行过程块121，并且使用与正常温度区域305相关联的马达校准扭矩限值数据来设置当马达处于正扭矩（马达）操作模式时的马达扭矩限值（mottrqlim），以及当马达处于负扭矩和/或正扭矩时的再生制动扭矩限值（regtrqlim）负功率（再生）操作模式。
62.响应于逆变器冷却剂温度不大于或等于正常低冷却剂温度阈值和/或不小于或等于正常高冷却剂温度阈值的确定（方块119=否），方法100确定功率逆变器的冷却剂温度是否低于正常低冷却剂温度阈值（normlothrsh），如判定块123所示。如果是（块123＝是），方
法100响应地确定功率逆变器的冷却剂温度是否大于最小低冷却剂温度阈值（lothrsh），如判定块125所示。实际上，执行判定块123和125以确定实时逆变器冷却剂温度是否在“低”或“混合低”操作范围内（例如，在图4的区域1或区域2内）。如果逆变器冷却剂温度在“混合低”温度工作范围内（块125=是），方法100响应地“混合”与低温区域301相关联的电机校准扭矩限值数据和与正常温度区域305相关联的电机校准扭矩限制数据，例如，通过线性插值，设置马达扭矩限制和再生制动扭矩限制，如过程块127所示。响应于逆变器冷却剂温度在“低”温度工作范围内的确定（块125=否），方法100响应地执行过程块129，并使用与低温区域301相关联的马达校准扭矩限值数据来设置马达和再生扭矩限值。
63.继续参考图2，方法100通过确定功率逆变器的冷却剂温度是否大于正常高冷却剂温度阈值（normhithrsh），对逆变器冷却剂温度不小于正常低冷却剂温度阈值（块123＝否）的确定作出反应，如判定块131所示。如果是（块131＝是），方法100响应地确定功率逆变器的冷却剂温度是否小于最大高冷却剂温度阈值（hithrsh），如判定块133所示。判定块131和133有效地起作用，以确定实时逆变器冷却剂温度是否在“高”或“混合高”工作范围内（例如，在图4的区域4或区域5内）。如果逆变器冷却剂温度在“混合高”温度工作范围内（方块133=是），方法100响应地“混合”与正常温度区域305相关的电机校准扭矩限值数据和与高温区域309相关的电机校准扭矩限值数据，例如，通过线性插值，设置马达扭矩限制和再生制动扭矩限制，如过程块135所示。响应于逆变器冷却剂温度在“高”温度工作范围内的确定（块133=否），方法100响应地执行过程块137，并使用与高温区域309相关联的电机校准扭矩限值数据来设置电机和再生扭矩限值。
64.在子例程过程104处导出作为逆变器冷却剂温度和dc总线电压的函数的马达扭矩限制之前、同时或之后，方法100在子例程过程106处执行失速扭矩阈值覆盖过程。当电机以低于电机校准失速转速阈值的转速运行时，可能会激活失速扭矩阈值超越。与马达扭矩限制类似，失速扭矩根据逆变器冷却剂温度和车辆/逆变器工作模式有选择地变化。在这方面，判定块139监视实时马达速度以评估当前马达速度是否已经降到与经由子程序过程102检索的校准设置组中的失速扭矩相关联的阈值失速扭矩速度以下。如果不是（块139＝否），方法100跳过处理块141并前进到端子块143。
65.如果失速扭矩速度阈值事实上大于当前马达速度（块139=是），方法100执行过程块141并用依赖于冷却剂温度和依赖于车辆/逆变器模式的失速扭矩值覆盖马达扭矩限值（mottrqlim）和再生制动扭矩限值（regtrqlim）。例如，如果实时逆变器冷却剂温度在“正常”工作范围内，则失速扭矩被与正常温度区域（例如，图4的区域305）相关联的“正常”失速扭矩限制覆盖。类似于在上述判定块119处进行的确定，方法100可以确定功率逆变器的冷却剂温度（pwreleccooltemp）是否同时是：（1）大于或等于正常-低cooltemp阈值（stallnormlothrsh）；和（2）小于或等于正常-高cooltemp阈值（stallnormalhithrsh）。如果是，方法100响应地执行处理块以将失速扭矩限制设置为正常失速扭矩限制。
66.另一方面，如果逆变器冷却剂温度在“低”温度范围内（pwreleccooltemp《stallnormlothrsh和pwreleccooltemp《stalllothrsh），失速扭矩将被与正常温度区域301相关的“低”失速扭矩限制覆盖。同样，如果逆变器冷却剂温度在“高”温度范围内（pwreleccooltemp》stallnormhithrsh和pwreleccooltemp》stallhithrsh），失速扭矩将被与正常温度区域（例如，区域305）相关的“高”失速扭矩限值覆盖。相反，如果逆变器冷却剂
温度落在混合温度区域内（例如，图4的区域2或区域4）（（pwreleccooltemp《stallnormlothrsh和pwreleccooltemp》stalllothrsh）或（pwreleccooltemp》stallnormhithrsh和pwreleccooltemp《stallhithrsh））失速扭矩限值通过线性插值以与上述关于过程块129和137中的马达扭矩限值相同的方式计算，但使用邻近正常和低或高区域的失速扭矩限制数据。
67.在一些实施例中，可以通过计算机可执行的指令程序（例如程序模块）来实现本发明的各个方面，该程序通常被称为软件应用程序或由本文所述的控制器或控制器变体中的任何一个执行的应用程序。在非限制性示例中，软件可以包括执行特定任务或实现特定数据类型的例程、程序、对象、组件和数据结构。软件可以形成一个接口，以允许计算机根据输入源作出反应。软件还可以与其他代码段协作，以响应于结合接收到的数据源接收到的数据来发起各种任务。软件可以存储在各种存储介质中的任何一种上，例如cd-rom、磁盘和半导体存储器（例如，各种类型的ram或rom）。
68.此外，本发明的方面可以用各种计算机系统和计算机网络配置来实践，包括多处理器系统、基于微处理器或可编程消费电子设备、小型计算机、大型计算机等。此外，本发明的方面可在分布式计算环境中实施，其中任务由通过通信网络链接的驻留和远程处理设备执行。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储器存储设备的本地和远程计算机存储介质中。因此，可以结合计算机系统或其他处理系统中的各种硬件、软件或其组合来实现本发明的各个方面。
69.本文所描述的任何方法可包括用于由（a）处理器、（b）控制器和/或（c）任何其它合适的处理设备执行的机器可读指令。本文中公开的任何算法、软件、控制逻辑、协议或方法可以具体化为存储在诸如闪存、固态存储器、硬盘驱动器、cd-rom、数字多功能盘（dvd）或其他存储设备等有形介质上的软件。整个算法、控制逻辑、协议或方法和/或其部分可替换地由除控制器之外的装置执行和/或以可用方式以固件或专用硬件实现（例如，由专用集成电路（asic）、可编程逻辑装置（pld）、现场可编程逻辑器件（fpld）、离散逻辑等应用）。此外，尽管参考本文所描述的流程图来描述特定算法，但是可替代地使用用于实现示例性机器可读指令的许多其他方法。
70.已经参考所示实施例详细描述了本公开的方面；然而，本领域技术人员将认识到，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行许多修改。本发明不限于本文公开的精确构造和组合物；从上述描述明显看出的任何和所有修改、改变和变化都在所附权利要求书所限定的本发明的范围内。此外，本概念明确地包括前述元素和特征的任何及所有组合和子组合。