通过脉宽调制（PWM）类型和频率控制增强电动车辆操作的制作方法

通过脉宽调制（pwm）类型和频率控制增强电动车辆操作
技术领域
1.本发明一般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（“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。每个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脉宽调制（pwm）控制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，以及通过pwm类型和pwm频率控制具有增强电驱动能力的电驱动车辆。作为示例，所公开的系统和方法提高了控制和校准灵活性，以将pwm类型和pwm开关频率作为所选择的电机和功率逆变器操作参数的函数进行关联。举例来说，一种控制方法在绘制电机速度与电机扭矩（或电流与调制指数）的扭矩与速度图中定义多个区域，并将每个区域绑定到特定的pwm类型和pwm开关频率，所述pwm类型和pwm开关频率经校准以针对电动汽车（ev）里程、车辆总体性能、和/或动力系统噪音、振动和不平顺性（nvh）的方面进行优化。通过选择pwm类型和pwm开关频率作为冷却剂温度的函数，可以增强控制算法，从而进一步最小化nvh影响并帮助管理热限制。除了在降低动力总成nvh的同时增加车辆里程 和性能之外，所公开的控制特征有助于减轻直流母线波动并实现更高的电机扭矩，同时改善车辆加速。这样做可能有助于启用需要额外灵活性的pwm类型和pwm频率校准的性能模式，以管理逆变器热特性和增加扭矩能力。
7.本发明的方面涉及高压（hv）电气系统控制逻辑、闭环反馈控制技术和具有通过调制pwm类型和频率优化的pwm控制的计算机可读介质（crm），例如，优化ev里程、性能和nvh。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等。该代表性方法以任何顺序并以任何组合包括上述和以下公开的选项和特征中的任何一个：确定具有多个pwm区域的pwm区域布局的电子控制器，所述多个pwm区域沿着校准到电动机的扭矩-速度曲线布置；通过所述电子控制器从所述确定的pwm区域布局确定基于所述电动机的速度和扭矩的扭矩-速度曲线的其中一个pwm区域；选择作为所确定的pwm区域的函数的pwm类型；选择作为所选pwm区域的函数的pwm开关频率样式；确定作为所选择的pwm开关频率样式和所确定的pwm类型的函数的pwm开关频率；以及经由所述电子控制器向所述功率逆变器发送命令信号，以基于所选择的pwm类型和开关频率来调节所述可充电电池和所述电动机之间的电功率传输。
8.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灵活的pwm类型和频率控制的机动车。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。在一个示例中，电动车辆包括带有乘客舱的车身、多个车轮和其他标准原始设备。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。
9.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，可操作用于为车辆动力总成的牵引电机供电。电源逆变器模块将牵引电池组与牵引电机进行电气连接，接收电池组输出的直流电源，将直流电源转换为交流电源，并将交流电源传输至牵引电机。对车载或非车载车辆控制器进行编程，以选择具有多个pwm区域的pwm区域布局，这些
pwm区域沿校准至牵引电机和功率逆变器的扭矩-速度曲线布置。然后，车辆控制器基于牵引电机的速度和扭矩选择扭矩-速度曲线的其中一个pwm区域，并选择pwm类型作为所选pwm区域的函数。另外，控制器选择pwm开关频率样式作为所选pwm区域的函数，并且选择pwm开关频率样式作为所选pwm类型和开关频率样式的函数。然后，控制器命令动力传动系接口模块（pim）根据选定的脉宽调制类型和脉宽调制开关频率调节牵引电池组和牵引电机之间的后续电力传输。
10.对于所公开的系统、方法和车辆中的任何一个，确定pwm区域可以包括：在电动机的当前速度下计算每个pwm区域的相应高扭矩和低扭矩阈值；对于每个pwm区域，确定电动机的扭矩是否位于相应的高扭矩和低扭矩阈值之间；以及选择具有相应的高扭矩和低扭矩阈值的pwm区域，在所述高扭矩和低扭矩阈值之间存在电动机的扭矩。在这种情况下，电子控制器可以从速度传感器接收指示电动机当前速度的传感器信号。
11.对于所公开的系统、方法和车辆中的任何一个，可以基于功率逆变器的逆变器冷却剂温度和可选的机械功率状态标志来计算所选择的pwm区域布局的混合扭矩-速度区域，该机械功率状态标志可以是正的用于驱动，可以是负的用于再生（regen）制动。作为又一选项，确定pwm区域布局可包括从多个预定义的pwm区域布局中选择pwm区域布局，包括冷却剂温度高的pwm区域布局和冷却剂温度低的pwm区域布局。在这种情况下，选择pwm类型可以包括在与低冷却剂温度pwm区域布局相关联的第一（低）逆变器冷却剂温度和与高冷却剂温度pwm区域布局相关联的第二（高）逆变器冷却剂温度之间线性内插。
12.对于所公开的系统、方法和车辆中的任何一个，可以从预定义的pwm类型列表中选择pwm类型，包括不连续pwm（dpwm）技术、零矢量调制（zvm）技术和空间矢量pwm（svpwm）技术。同样，可以从预定义的pwm开关频率列表中选择pwm开关频率样式，包括恒定脉冲比（cpr）开关样式、恒定开关频率（cfsw）开关样式和具有与各种输入相关联的开关频率样式的阵列的查找表（lut），例如电机转速和/或扭矩。如果从lut中选择pwm开关频率类型，则车辆/系统/方法可进一步确定所选pwm类型是dpwm技术还是zvm技术。如果是，则例如从驻留存储器装置中的高速缓存中检索存储在存储器中的dpwm lut，并且从该dpwm lut中选择pwm开关频率。如果选定的pwm类型既不是dpwm技术也不是zvm技术，则检索存储的svpwm lut，并从该svpwm lut中选择pwm开关频率。
13.对于所公开的系统、方法和车辆中的任何一个，可以确定：（1）所选择的pwm类型是svpwm技术，并且（2）pwm开关频率大于用于svpwm的阈值最大pwm开关频率。如果两者都是，则在向功率逆变器发送命令信号之前，可以将pwm开关频率设置为阈值最大pwm开关频率。
14.对于所公开的系统、方法和车辆中的任何一个，电动机转速可以是实时电动机转速，电动机扭矩可以是用户请求的电动机扭矩输出。此外，确定pwm区域布局可包括基于冷却剂温度从存储在存储器装置中的多个不同的pwm区域布局中选择pwm区域布局。在这种情况下，电子控制器可以从温度传感器接收指示在功率逆变器中流动的冷却剂流体的实时温度的传感器信号。
15.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。
16.本发明还提供了以下技术方案：1. 一种操作高压（hv）电气系统的方法，所述高压电气系统包括可充电电池、电动机和电连接所述可充电电池和电动机的电源逆变器，所述方法包括：通过电子控制器确定脉冲宽度调制（pwm）区域布局，其中多个pwm区域布置在针对电动机校准的扭矩-速度曲线中；根据所确定的pwm区域布局，通过所述电子控制器，基于所述电动机的速度和扭矩，确定所述扭矩-速度曲线中的pwm区域中的一个；选择作为所确定的pwm区域的函数的pwm类型；选择pwm开关频率样式作为pwm区域的函数；确定作为所选择的pwm开关频率样式和所确定的pwm类型的函数的pwm开关频率；和通过电子控制器向电源逆变器发送命令信号，以根据pwm开关频率和pwm类型调节可充电电池和电动机之间的电力传输。
17.2. 根据方案1所述的方法，其中确定pwm区域中的一个包括：在电动机的速度下计算每个pwm区域的相应高扭矩和低扭矩阈值；对于每个pwm区域，确定电动机的扭矩是否位于相应的高扭矩阈值和低扭矩阈值之间；和选择具有相应的高扭矩和低扭矩阈值的pwm区域中的一个，电动机的扭矩位于相应的高扭矩阈值和低扭矩阈值之间。
18.3. 根据方案2所述的方法，还包括通过电子控制器从速度传感器接收指示电动机速度的传感器信号，所述速度是电动机的当前电动机速度。
19.4. 根据方案1所述的方法，还包括基于功率逆变器的冷却剂温度和/或电动机的当前机械功率状态来计算所确定的pwm区域布局的混合扭矩-速度区域。
20.5. 根据方案1所述的方法，其中确定所述pwm区域布局包括从包括高温pwm区域布局和低温pwm区域布局的多个pwm区域布局中选择所述pwm区域布局，并且其中，选择所述pwm类型包括在与所述低温pwm区域布局相关联的低冷却剂温度和与所述高温pwm区域布局相关联的高冷却剂温度之间线性插值。
21.6. 根据方案1所述的方法，其中所述pwm类型从预定义的pwm类型列表中选择，所述预定义的pwm类型列表包括不连续pwm（dpwm）技术、零矢量调制（zvm）技术和连续pwm（cpwm）技术。
22.7. 根据方案1所述的方法，其中所述pwm开关频率样式从pwm开关频率样式的预定义列表中选择，所述pwm开关频率样式的预定义列表包括恒定脉冲比（cpr）开关样式、恒定开关频率（cfsw）开关样式，以及具有可选择的开关频率阵列的查找表（lut）。
23.8. 根据方案7所述的方法，还包括，响应于从lut中选择的pwm开关频率样式：确定所选择的pwm类型是不连续pwm（dpwm）技术还是零矢量调制（zvm）技术；和响应于所选择的pwm类型是dpwm技术或zvm技术，检索存储器存储的dpwm开关频率（fsw）lut，其中，从存储器存储的dpwm fsw lut中选择pwm开关频率。
24.9. 根据方案8所述的方法，还包括响应于所选的pwm类型不是dpwm技术或zvm技
术，检索存储器存储的空间矢量pwm（svpwm）lut，其中pwm开关频率从存储器存储的svpwmlut中选择。
25.10. 根据方案1所述的方法，还包括：确定所选择的pwm类型是否是空间矢量pwm（svpwm）技术，以及所确定的pwm开关频率是否大于用于svpwm的阈值最大pwm开关频率；和响应于所选的pwm类型是svpwm技术，并且确定的pwm开关频率大于阈值最大pwm开关频率，在将命令信号发送到功率逆变器之前，将pwm开关频率设置为svpwm的阈值最大pwm开关频率。
26.11. 根据方案1所述的方法，其中电动机的速度和扭矩分别包括实时电动机速度和用户请求的电动机扭矩。
27.12. 根据方案1所述的方法，其中确定所述pwm区域布局包括基于冷却剂温度从存储在存储器装置中的多个不同的pwm区域布局中选择所述pwm区域布局。
28.13. 根据方案12所述的方法，还包括通过电子控制器从温度传感器接收指示冷却剂温度的传感器信号，冷却剂温度是流动在功率逆变器中的冷却剂流体的实时温度。
29.14. 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电机，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电机供电；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电机，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电机；和车辆控制器，其编程为：选择脉宽调制（pwm）区域布局，其中多个pwm区域布置在针对牵引电机校准的扭矩-速度曲线中；基于牵引电机的速度和扭矩，在扭矩-速度曲线中选择pwm区域中的一个；根据所选pwm区域选择pwm类型；选择pwm开关频率样式作为所选pwm区域的函数；根据所选pwm开关频率样式和所选pwm类型选择pwm开关频率；和根据pwm开关频率和pwm类型，向pim发送命令信号，以调节牵引电池组和牵引电机之间的电力传输。
30.15. 根据方案14所述的电驱动车辆，其中确定pwm区域中的一个包括：在电动机的速度下计算每个pwm区域的相应高扭矩和低扭矩阈值；对于每个pwm区域，确定电动机的扭矩是否位于相应的高扭矩阈值和低扭矩阈值之间；和选择具有相应的高扭矩和低扭矩阈值的pwm区域中的一个，电动机的扭矩位于相应的高扭矩阈值和低扭矩阈值之间。
31.16. 根据方案14所述的电驱动车辆，其中车辆控制器进一步编程，以基于pim的冷却剂温度和/或电动机的当前机械功率状态，计算所确定的pwm区域布局的混合扭矩-速度
区域。
32.17. 根据方案14所述的电驱动车辆，其中所述pwm类型是从预定义的pwm类型列表中选择的，所述预定义的pwm类型列表包括不连续pwm（dpwm）技术、零矢量调制（zvm）技术和连续pwm（cpwm）技术。
33.18. 根据方案14所述的电驱动车辆，其中所述pwm开关频率样式是从pwm频率样式的预定义列表中选择的，所述pwm开关频率样式的预定义列表包括恒定脉冲比（cpr）开关样式、恒定开关频率（cfsw）开关样式，以及具有可选择的开关频率阵列的查找表（lut）。
34.19. 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，响应于从lut中选择的pwm开关频率样式：确定所选pwm类型是不连续pwm（dpwm）技术还是零矢量调制（zvm）技术；和响应于所选择的pwm类型是dpwm技术或zvm技术，检索存储器存储的dpwm lut，其中，从存储器存储的dpwm lut中选择pwm开关频率。
35.20. 根据方案14所述的电驱动车辆，其中车辆控制器进一步编程为：确定选定的pwm类型是否为空间矢量pwm（svpwm）技术，以及确定的pwm开关频率是否大于svpwm的阈值最大pwm开关频率；和响应于选定的pwm类型是svpwm技术，并且确定的pwm开关频率大于阈值最大pwm开关频率，在将命令信号发送到功率逆变器之前，将pwm开关频率设置为svpwm的阈值最大pwm开关频率。
附图说明
36.图1是根据所公开概念的方面的利用灵活的pwm类型和pwm频率控制的具有增强电驱动能力的代表性电驱动车辆的部分示意性侧视图。
37.图2是示出代表性pwm控制协议的简化流程图，其可对应于根据所公开概念的方面由车载或遥控器、控制逻辑电路、可编程控制单元或其它集成电路（ic）装置或装置网络执行的存储器存储指令。
38.图3a和3b是更全面的流程图，详细说明了图2的代表性pwm控制协议的控制操作。
39.图4a到4c是布置在为电池电动车辆的代表性牵引马达和功率逆变器校准的马达转速（每分钟转数（rpm））与马达扭矩（牛顿-米（nm））的扭矩-转速曲线内的代表性pwm区域布局，用于根据所公开概念的方面确定基于冷却剂温度的pwm区域布局。
40.图5a至5d示出了图4a到4c中扭矩-速度曲线内所选的一个pwm区域布局，用于根据所公开概念的方面确定pwm区域（图5a）、pwm类型（图5b）、开关频率样式（图5c）和开关频率（图5d）。
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里程、车辆整体性能和动力总成nvh，ecu 42和tpim 26提供控制和校准灵活性，以将pwm类型和pwm开关频率关联为选定电机和功率逆变器工作参数的函数。例如，对pwm类型和pwm开关频率的增强控制可能是实时逆变器冷却剂温度、实时电机转速和用户/车辆请求的电机输出扭矩的函数。
51.通过在整个电机的扭矩-速度曲线中定义离散的pwm区域，用动力总成nhv和电气系统的时变现象平衡车辆范围和性能，可以至少部分地实现更高的校准灵活性。由于每个区域如何单独定义的固有灵活性（例如，由相应的电机转速范围和相应的高、低扭矩阈值描
绘），区域可以选择性地出现或消失在低和/或高冷却剂温度-扭矩-转速曲线中。此外，开关频率可被“钳制”在特定pwm类型的预定义可用范围内，例如，以保护动力系统和电气系统的硬件。这些“可校准”的pwm区域有助于在整个电机扭矩与转速范围内，以最有利的pwm类型和pwm开关频率操作高压电气系统。柔性滞后“死区”部分可以在pwm区域之间定义，以便在不切换pwm类型和开关频率的情况下“平滑”区域到区域的过渡。
52.接下来参考图2、3a和3b的流程图，根据本发明的各个方面，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、3a和3b中所示的并在下面详细描述的部分或全部操作可代表对应于处理器可执行指令的算法，所述处理器可执行指令可存储在例如主存储器、辅助存储器或远程存储器（例如，图1的驻留存储器装置50）中，并例如由电子控制器、处理单元、控制逻辑电路或其他模块或设备或模块/设备的网络（例如，tpim 26和ecu 42）执行，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。
53.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，以调用用于功率逆变器模块的pwm控制协议的初始化过程，例如图1的tpim 26。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，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113并临时终止，或者可以循环回到终端块101并在连续循环中运行。
54.方法100从终端块101前进到预定义子程序块103，以选择、检索、计算或校准（统称为“确定”）针对高压电气系统的当前操作条件的脉宽调制（pwm）区域布局。例如，图4a到4c示出了代表性多相bev电机的扭矩-速度曲线102的三种代表性pwm区域布局——低温pwm区域定义（图4a）、混合pwm区域定义（图4b）和高温pwm区域定义（图4c）。该扭矩-速度曲线102在上述所有三个图中是相同的，它绘制了x轴上的电机转速（rpm）与y轴上的电机扭矩（nm），并且可以通过直接连接的测力计或底盘测力计导出。一般来说，扭矩-速度曲线始于y轴上扭矩最大且速度为零的交叉点。这个交叉点是电机的“失速扭矩”，即电机在额定电压下运行时可用的最大电机扭矩。扭矩-速度曲线向下倾斜，直到在零扭矩和最大速度点与x轴相交。图4a-4c描述了扭矩和转速均为正的“电机”运行区域；然而，所公开的方法同样适用于沿负马达和负区域的剩余“再生”区域（未描绘）。可选地，pwm区域可以布置在电流与调制指数（mi）的曲线图内。
55.pwm区域布局的推导可以包括从存储在驻留或远程存储器中的多个不同的pwm区域布局中选择可用的pwm区域布局，例如，从存储器设备50调用或从云计算服务44下载。任何这样的pwm区域布局选择可以基于由冷却剂温度传感器52测量的流过tpim 26的冷却剂流体的实时温度。冷却剂温度介于冷却剂低温和高温之间的pwm区域布局与图4a和4c的低温和高温pwm区域布局相关，可分别通过线性插值导出。这些线性插值的“混合区域”（图4b中所示的示例）可以实时或接近实时地计算，或者离线计算并由驻留控制器（例如ecu 42）动态地选择性地检索。可以认识到，所示的pwm区域布局在本质上是纯粹代表性的，并且在效果上是非限制性的。
56.一旦识别了pwm区域布局，例如，对于给定的逆变器冷却剂温度和马达标定的扭矩-速度曲线，方法100前进到预定义的子程序块105，以确定在所选布局内的哪个pwm区域在电动机的当前操作条件下是最优的。根据所示的示例，在所选的pwm区域布局中，在电机扭矩与速度的曲线图内布置有七个pwm区域-在图5a中标记为（1）到（7）。根据电动机的转速和扭矩，从扭矩-转速曲线中选择一个pwm区域。电机转速可以是实时的或估计的电机转速，而电机扭矩可以是用户请求的或车辆指令的电机扭矩。在图1中，ecu 42可与马达转速传感器54通信以接收和处理指示牵引马达16的当前转速的转速传感器数据。另一方面，马达扭矩可以是驾驶员请求的扭矩或基于驾驶员请求的车辆控制器导出的扭矩，作为经由合适的用户输入设备（例如油门踏板（未示出））的输入。应当理解，各个区域的数量、形状和相对取向可以与图中所示的相比进行修改。
57.在子程序块105处选择最佳pwm区域之后，方法100继续到预定义子程序块107以选择作为所选pwm区域的函数的pwm类型。图5b举例说明可供选择的三种代表性pwm方案：不连续pwm（dpwm）技术、零矢量调制（zvm）技术和连续pwm（cpwm）技术，例如空间矢量pwm（svpwm）。图5a的每个pwm区域（1）到（7）被分配给图5b中呈现的可用pwm类型之一。根据图示图中的示例，可以从图5a的pwm区域布局中选择pwm区域六（6），以获得落在该区域内的相应电机扭矩和速度；如图5b所示，分配pwm区域6（6）以执行dpwm技术。虽然图示和描述了可选择的pwm方案的三个示例，但是方法100可以采用多于或少于三种pwm类型，其可以包括附加的或替代的pwm原理。
58.使用在子程序块105处选择的pwm区域和在子程序107处检索的pwm类型，方法100为电子控制器提供处理器可执行指令，以在预定义子程序块109处选择pwm开关频率样式。例如，图5c示出了三种pwm开关频率样式：恒定脉冲比（cpr）开关样式、恒定开关频率（cfsw）开关样式和具有与各种输入（例如电机速度和/或扭矩）相关联的可选择开关频率样式的阵列的查找表（lut）。与图5b的pwm类型类似，图5a的每个pwm区域被分配给图5c的可用pwm开关频率样式之一。继续上述示例，可以从图5a的pwm区域布局中选择pwm区域6；如图5c所示，分配pwm区域6（6）以执行cfsw切换样式。图2的方法100可采用大于或小于三种的切换样式，其可包括附加的或替代的可用样式。
59.图3的方法100从处理块109转换到预定义子程序块111，以确定作为在子程序块107处选择的pwm类型和在处理块109处选择的pwm开关频率样式的函数的pwm开关频率。pwm信号可以被典型化为使用数字源产生模拟信号的方法，反之亦然。pwm信号的“开关频率”决定了pwm完成一个周期的速度（即，500 hz将是每秒500个周期），因此决定了它在高和低状态之间切换得多快。可能需要将pwm类型和pwm开关频率选择结合起来以优化ev里程、性能和nvh。对于汽车应用，例如图1的车辆10，所选择的pwm类型和pwm开关频率可用于控制tpim 26的操作，进而优化牵引马达16的操作。
60.作为示例而非限制，2千赫兹（khz）的开关频率（fsw）可与zvm技术组合以用于低电机速度和高扭矩需求，例如，使电动运动型多用途车辆（suv）、atv或工业车辆，以减少对逆变器和电气系统的热磨损。相反地，图5d示出10khz的开关频率可与svpwm或dpwm技术结合以用于低马达速度和低马达扭矩，例如，以降低动力总成nvh。dpwm技术可与10khz、15khz和20khz的开关频率相结合，分别用于低扭矩和低、中、高速，以增加ev里程。作为进一步的选择，10khz的开关频率可以与svpwm技术相结合，用于减小nvh的中频扭矩。dpwm技术可以与
恒定脉冲比开关方式相结合，以实现更高的扭矩/加速度，从而实现性能和管理热负载。
61.接下来转到图3a和3b，其中呈现的流程图为图2的代表性pwm控制协议的各个子程序提供了更全面和详细的控制操作。例如，图2的预定义子程序块103从图3a的判定块121开始，确定逆变器冷却剂温度（tw）是否小于第一（低）阈值冷却剂温度。如果是（块121＝是（y）），子程序103前进到处理块123并将pwm区域布局设置为低冷却剂温度pwm区域布局（图4a）。如果换流器冷却剂温度大于第一（低）阈值冷却剂温度（块121＝否（n）），则子程序103前进到图3a的判定块125，并且确定换流器冷却剂温度（tw）是否大于第二（高）阈值冷却剂温度。如果是（块125＝是（y）），子程序103前进到处理块127并将pwm区域布局设置为高冷却剂温度pwm区域布局（图4c）。
62.响应于冷却剂温度（tw）大于低阈值冷却剂温度且小于高阈值冷却剂温度的确定（块125＝否（n）），子程序103执行过程块129的控制操作并将pwm区域布局设置为线性混合区域布局（图4b）。子程序103从处理块129前进到处理块131，并基于冷却剂温度和机械功率状态计算与当前逆变器冷却剂温度相对应的混合扭矩-速度区域，该混合扭矩-速度区域对于驱动可能为正，对于再生（“再生”）制动可能为负。图3a中所示的“再生标志”可以是软件标志的形式，该软件标志指示bev动力总成当前在再生（“再生”）制动模式而不是机动模式下操作。就这一点而言，基于车辆是在机动模式还是再生模式下运行，pwm区域定义图、pwm类型和pwm开关频率使用/选择可能不同；结果，子程序103可以定义用于驱动模式的不同图和用于再生模式的不同图。
63.pwm区域定义图可以通过校准变频器冷却剂温度的高低来定义。为了避免为高温和低温之间的各种温度预定义过多的pwm区域定义图，从而减少图所需的任何存储器存储空间，可以执行“进行中”估计程序，在高和低区域定义图之间进行线性插值，以估计当前“中档”冷却剂温度的新的基于扭矩-速度的pwm区域图定义。应当理解，图4b的混合pwm区域定义是在低温pwm区域定义（图4a）和高温pwm区域定义（图4c）之间的一个温度下的示例；在温度上限和下限阈值之间的温度不同时，区域定义将不同。
64.继续参考图3a，图2的预定义子程序块105从图3a的处理块133开始，并且基于所选择的基于冷却剂温度的pwm区域布局和当前操作模式来确定在当前马达速度（绝对值）下每个pwm区域的相应第一（上）扭矩阈值和相应的第二（下）扭矩阈值系统（例如，汽车应用中的机动与再生）。例如，图1的ecu 42将向马达转速传感器54提示指示实时马达转速的传感器数据；利用该信息，ecu 42确定图5a的每个区域（1）到（7）的一组扭矩限制。对于图5a的区域（6），第一（上）扭矩阈值约为140nm，第二（下）扭矩阈值约为零（0）nm。相比之下，区域（1）具有约330-345nm的第一（上）扭矩阈值和约150nm的第二（下）扭矩阈值。如图所示。提供5a-5d纯粹是为了便于解释，其他应用可能放弃使用单位为nm的单位，并可能以单位或每单位额定扭矩定义轴。替代布置可使用百分比形式的额定扭矩。
65.在确定每个pwm区域的扭矩限制之后，子程序105前进到图3a的判定块135，并且确定马达扭矩（t
rq
）是否在第一区域的扭矩限制内：（1）是否t
rq
》区域1较低扭矩阈值；和（2）是否t
rq
《区域1上扭矩阈值。如果是（块135＝是（y）），则子程序105前进到处理块137并将pwm区域设置为pwm区域（1）（图5a）。相反地，如果马达扭矩在第一区域的扭矩极限之外（块135＝否（n）），则子程序105移动到判定块139并确定马达扭矩（t
rq
）是否在第二区域的扭矩极限之内：（1）是否t
rq
＞区域2较低扭矩阈值；和（2）是否t
rq
《区域2上扭矩阈值。如果是（块139＝是
（y）），子程序105继续处理块141并将pwm区域设置为pwm区域（2）（图5a）。然而，如果马达扭矩在第二区域的扭矩限制之外（块139＝否（n）），则该方法前进到判定块143和处理块145，并针对剩余的每个pwm区域重复上述查询，直到识别出相应的区域为止。
66.图3a的方法100从预定义子程序块105前进到图3b的预定义子程序块107——如图3a和3b中的每个图中带圆圈的“a”所示——为pwm控制协议设置pwm类型。如上所述，选择pwm类型作为所确定的pwm扭矩-速度区域和系统的当前操作模式的函数，如处理块147所示。所选择的pwm扭矩-速度区域和类型在处理块149处输出，例如，用于更新pwm开关方案和用于定义开关频率样式和开关频率。
67.在子程序块105处选择pwm扭矩速度区域和子程序块107处选择pwm类型之后，子程序109从图3b的处理块151开始，并且将频率样式设置为所选择的pwm扭矩速度区域的函数。然后，子程序109执行判定块153以评估与所选择的pwm区域和马达的当前操作模式相对应的pwm开关频率样式是否为恒定开关频率开关样式。如果不是（块153＝否（n）），则判定块155评估与所选择的pwm扭矩速度区域和马达的当前操作模式相对应的pwm开关频率样式是否为恒定脉冲比开关样式。
68.响应于既不是cpr也不是cfsw开关样式的pwm开关频率样式（块155＝否（n）），图3b的子程序109前进到处理块157并检索查找表以确定期望的开关频率。如上所述，沿扭矩-速度曲线102布置的pwm区域可以为马达操作和再生操作两者唯一地定义：每个区域被分配使用dpwm、zvm或svpwm；每个区域定义为恒定开关频率、恒定脉冲比或使用查找表。对于选择的pwm区域，该协议将调用相应的查找表，例如，来自驻留存储器（存储器设备50）或远程主机（云计算服务44），例如具有dpwm/zvm定义的第一lut和具有svpwm定义的第二lut。基于当前的电机转速和扭矩需求，从相应的lut中选择合适的开关频率。判定块159确定所选查找表是否用于dpwm/zvm。
69.响应于开关频率样式是cfsw开关样式的确定（块153＝是（y）），方法100从子程序109转换到子程序111，并且基于在图3b的处理块161处分配给相应的pwm操作区域的恒定开关频率开关样式来设置pwm开关频率。响应于开关频率样式是cpr开关样式的确定（块155＝是（y）），子程序111执行处理块163并使用分配给相应的pwm扭矩-速度操作区域的恒定脉冲比开关样式，使用以下等式来计算pwm开关频率（fsw）：fsw=（|电机转速（rpm）|/60*极对）*恒定脉冲比[pwm扭矩速度区域]响应于使用查找表（块157）选择期望的开关频率样式并且所选择的查找表用于dpwm/zvm（块159＝是（y））的确定，子程序111执行处理块165并使用dpwm fsw lut设置pwm频率。比较而言，子程序111通过执行处理块167响应于使用查找表（块157）选择期望的开关频率样式并且所选择的查找表不是用于dpwm/zvm（块159＝否（n））的确定，并且使用svpwm fsw lut设置pwm频率。在判定块169，子程序111确定是否两者：（1）pwm类型被设置为svpwm；以及（2）当前的pwm开关频率大于svpwm的最大阈值开关频率。如果是（块169＝是（y）），则子程序111将pwm开关频率钳制到前述最大阈值开关频率，如处理块171所示。如果在判定块169执行的查询中的任何一个返回假（块169＝否（n）），则子程序111在处理块173输出所选择的开关频率和类型。方法100随后可在终端块113处终止。
[0070]
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）。
[0071]
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。
[0072]
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。
[0073]
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。