CN112297874B - 用于切换可变电驱动车辆的扭矩和电流控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于切换可变电驱动车辆的扭矩和电流控制方法。一种电流命令模块被构造成基于用于车辆的电动马达的直流（DC）总线电压来产生用于电动马达的d轴线电流命令和用于电动马达的q轴线电流命令。一种电压命令模块被构造成基于d轴线电流命令和q轴线电流命令来产生电压命令。一种电池切换控制模块被构造成：基于电压命令确定电池的电压操作状态；当电池的多个开关断开时，在停留时间期间将电池参数与预定电压参数和预定电流参数中的至少一个相比较；以及基于该比较来产生开关控制信号以转变所述多个开关中的至少一个开关从而引起电池在电压操作状态下操作。

Description

用于切换可变电驱动车辆的扭矩和电流控制方法

技术领域

本节中提供的信息是出于大体呈现本公开的背景的目的。当前署名的发明人的工作，就其在本节中所描述的程度而言，以及在提交时可能不另外地有资格作为现有技术的描述的方面，既不明确地也不隐含地被认作针对本公开的现有技术。

本公开涉及车辆推进系统，且更具体地涉及用于控制车辆的电动马达的系统和方法。

背景技术

一些类型的车辆仅包括产生推进扭矩的内燃发动机。混合动力车辆包括内燃发动机和一个或多个电动马达两者。一些类型的混合动力车辆利用电动马达和内燃发动机以便实现比在仅使用内燃发动机的情况下的燃料效率更高的燃料效率。一些类型的混合动力车辆利用电动马达和内燃发动机来实现比内燃发动机本身所能实现的扭矩输出更大的扭矩输出。

一些示例类型的混合动力车辆包括并联式混合动力车辆、串联式混合动力车辆和其他类型的混合动力车辆。在并联式混合动力车辆中，电动马达与发动机并行工作，以将发动机的功率和可续航里程（range）优势与电动马达的效率和再生制动优势相结合。在串联式混合动力车辆中，发动机驱动发电机以产生用于电动马达的电，并且电动马达驱动变速器。这允许电动马达承担发动机的一些功率职责，这可准许使用更小且可能更高效的发动机。在没有内燃发动机的纯电动车辆中，电池充当唯一的能量源，且仅电动马达被用于车辆推进。

发明内容

在一特征中，一种电动马达控制系统包括：电流命令模块，其被构造成基于用于车辆的电动马达的马达扭矩请求、马达速度、直流（DC）总线电压产生用于电动马达的d轴线电流命令和用于电动马达的q轴线电流命令；电压命令模块，其被构造成基于d轴线电流命令和q轴线电流命令产生电压命令；以及电池切换控制模块，其被构造成：基于电压命令确定电池的电压操作状态；当电池的多个开关断开时，在停留时间（dwell time）期间将电池参数与预定电压参数和预定电流参数中的至少一个相比较；以及基于该比较来产生开关控制信号以转变所述多个开关中的至少一个开关从而引起电池在电压操作状态下操作。

在另外的特征中，其中，停留时间对应于第一电压操作状态和第二电压操作状态之间的时间段。

在另外的特征中，其中，电池参数包括测得电压和测得电流中的至少一个。

在另外的特征中，逆变器模块连接在电池和电动马达之间。

在另外的特征中，逆变器模块被构造成转换由电池提供的电压并向马达提供转换后的电压。

在另外的特征中，电容器安置在电池和逆变器模块之间，其中，电容器存储由电池提供的能量。

在另外的特征中，根据以下等式选择电容器的电容值：

其中Tdw对应于停留时间，Vst2是对应于第二电压操作状态的电压，Vst1是对应于第一电压操作状态的电压，rpm对应于马达的每分钟转数，Nm对应于马达的扭矩，并且∆(t)是预定松弛时间参数。

在另外的特征中，电池包括至少第一电池和第二电池。

在另外的特征中，第一电池包括大于60伏直流（DC）的额定值，并且第二电池包括大于60伏DC的额定值。

在另外的特征中，所述多个开关布置成使得第一电池和第二电池在第一电压操作状态下并联操作并且在第二电压操作状态下串联操作。

在一特征中，一种电动马达控制方法包括：基于用于车辆的电动马达的马达扭矩请求、马达速度、直流（DC）总线电压，产生用于电动马达的d轴线电流命令和用于电动马达的q轴线电流命令；基于d轴线电流命令和q轴线电流命令产生电压命令；基于电压命令确定电池的电压操作状态；当电池的多个开关断开时，在停留时间期间将电池参数与预定电压参数和预定电流参数中的至少一个相比较；以及基于该比较来产生开关控制信号以转变所述多个开关中的至少一个开关从而引起电池在电压操作状态下操作。

在另外的特征中，停留时间对应于第一电压操作状态和第二电压操作状态之间的时间段。

在另外的特征中，电池参数包括测得电压和测得电流中的至少一个。

在另外的特征中，该方法还包括选择性地切换连接在电池和电动马达之间的逆变器模块。

在另外的特征中，该方法还包括由逆变器模块转换由电池提供的电压并向马达提供转换后的电压。

在另外的特征中，该方法还包括由连接在电池和逆变器模块之间的电容器存储由电池提供的能量。

在另外的特征中，该方法还包括根据以下等式选择电容器的电容：

其中Tdw对应于停留时间，Vst2是对应于第二电压操作状态的电压，Vst1是对应于第一电压操作状态的电压，rpm对应于马达的每分钟转数，Nm对应于马达的扭矩，并且∆(t)是预定松弛时间参数。

在另外的特征中，电池包括至少第一电池和第二电池。

在另外的特征中，第一电池包括大于60伏直流（DC）的额定值，并且第二电池包括大于60伏DC的额定值。

在另外的特征中，该方法还包括切换所述多个开关，使得第一电池和第二电池在第一电压操作状态下并联连接；以及切换所述多个开关，使得第一电池和第二电池在第二电压操作状态下串联连接。

本公开包括以下技术方案：

方案1. 一种电动马达控制系统，其包括：

电流命令模块，其被构造成基于用于车辆的电动马达的马达扭矩请求、马达速度、直流（DC）总线电压来产生用于所述电动马达的d轴线电流命令和用于所述电动马达的q轴线电流命令；

电压命令模块，其被构造成基于所述d轴线电流命令和所述q轴线电流命令来产生电压命令；以及

电池切换控制模块，其被构造成：

基于所述电压命令确定电池的电压操作状态；

当所述电池的多个开关断开时，在停留时间期间将电池参数与预定电压参数和预定电流参数中的至少一个相比较；以及

基于所述比较产生开关控制信号以转变所述多个开关中的至少一个开关从而引起所述电池在所述电压操作状态下操作。

方案2. 根据方案1所述的电动马达控制系统，其中，所述停留时间对应于第一电压操作状态和第二电压操作状态之间的时间段。

方案3. 根据方案1所述的电动马达控制系统，其中，所述电池参数包括测得电压和测得电流中的至少一个。

方案4. 根据方案1所述的电动马达控制系统，其还包括连接在所述电池和所述电动马达之间的逆变器模块。

方案5. 根据方案4所述的电动马达控制系统，其中，所述逆变器模块被构造成转换由所述电池提供的电压并向所述马达提供转换后的电压。

方案6. 根据方案4所述的电动马达控制系统，还包括安置在所述电池和所述逆变器模块之间的电容器，其中，所述电容器存储由所述电池提供的能量。

方案7. 根据方案6所述的电动马达控制系统，其中，根据以下等式选择所述电容器的电容值：

其中Tdw对应于所述停留时间，Vst2是对应于第二电压操作状态的电压，Vst1是对应于第一电压操作状态的电压，rpm对应于所述马达的每分钟转数，Nm对应于所述马达的扭矩，并且∆(t)是预定松弛时间参数。

方案8. 根据方案1所述的电动马达控制系统，其中，所述电池包括至少第一电池和第二电池。

方案9. 根据方案8所述的电动马达控制系统，其中，所述第一电池包括大于60伏直流（DC）的额定值，并且所述第二电池包括大于60伏DC的额定值。

方案10. 根据方案8所述的电动马达控制系统，其中，所述多个开关布置成使得所述第一电池和所述第二电池在第一电压操作状态下并联操作并且在第二电压操作状态下串联操作。

方案11. 一种电动马达控制方法，其包括：

基于用于车辆的电动马达的马达扭矩请求、马达速度、直流（DC）总线电压，产生用于所述电动马达的d轴线电流命令和用于所述电动马达的q轴线电流命令；

基于所述d轴线电流命令和所述q轴线电流命令产生电压命令；

基于所述电压命令确定电池的电压操作状态；

当所述电池的多个开关断开时，在停留时间期间将电池参数与预定电压参数和预定电流参数中的至少一个相比较；以及

基于所述比较产生开关控制信号以转变所述多个开关中的至少一个开关从而引起所述电池在所述电压操作状态下操作。

方案12. 根据方案11所述的电动马达控制方法，其中，所述停留时间对应于第一电压操作状态和第二电压操作状态之间的时间段。

方案13. 根据方案11所述的电动马达控制方法，其中，所述电池参数包括测得电压和测得电流中的至少一个。

方案14. 根据方案11所述的电动马达控制方法，还包括选择性地切换连接在所述电池和所述电动马达之间的逆变器模块。

方案15. 根据方案14所述的电动马达控制方法，还包括，由所述逆变器模块转换由所述电池提供的电压并向所述马达提供转换后的电压。

方案16. 根据方案14所述的电动马达控制方法，还包括，由连接在所述电池和所述逆变器模块之间的电容器存储由所述电池提供的能量。

方案17. 根据方案16所述的电动马达控制方法，还包括根据以下等式选择所述电容器的电容：

其中Tdw对应于所述停留时间，Vst2是对应于第二电压操作状态的电压，Vst1是对应于第一电压操作状态的电压，rpm对应于所述马达的每分钟转数，Nm对应于所述马达的扭矩，并且∆(t)是预定松弛时间参数。

方案18. 根据方案11所述的电动马达控制方法，其中，所述电池包括至少第一电池和第二电池。

方案19. 根据方案18所述的电动马达控制方法，其中，所述第一电池包括大于60伏直流（DC）的额定值，并且所述第二电池包括大于60伏DC的额定值。

方案20. 根据方案18所述的电动马达控制方法，还包括：

切换所述多个开关，使得所述第一电池和所述第二电池在第一电压操作状态下并联连接；以及

切换所述多个开关，使得所述第一电池和所述第二电池在第二电压操作状态下串联连接。

本公开的另外的适用领域将从详细描述、权利要求和附图变得显而易见。详细描述和具体示例仅旨在用于说明的目的并且不旨在限制本公开的范围。

附图说明

本公开将从详细描述和附图变得被更加充分地理解，附图中：

图1是示例车辆系统的功能框图；

图2是示例推进控制系统的功能框图；

图3是包括逆变器模块和电池的示例实施方式的示意图；

图4是包括马达控制模块的示例实施方式的功能框图；

图5是电池切换控制模块的示例实施方式的功能框图；

图6是图示基于电池的电压操作状态随时间而变的电容器电压的图表；以及

图7和图8是描绘控制电池的示例方法的流程图。

在附图中，附图标记可被重复使用以标识类似和/或相同的元件。

具体实施方式

车辆的内燃发动机在气缸内燃烧空气和燃料以产生推进扭矩。发动机经由变速器向车辆的车轮输出扭矩。一些类型的车辆可不包括内燃发动机，诸如纯电动车辆，或者内燃发动机可不机械地联接到车辆的动力传动系统（driveline）。

电动马达可机械地联接到变速器的轴。在一些情况下，车辆的控制模块可将来自电池的功率施加到电动马达，以引起电动马达输出用于车辆推进的扭矩。在其他情况下，控制模块可禁用到达电动马达的功率流并允许变速器驱动电动马达的旋转。当由变速器驱动时，电动马达产生功率。当经由电动马达产生的电压大于电池的电压时，由电动马达产生的功率能够被用于对电池再充电。当马达电压小于电池电压时，逆变器能够被用于将马达电压升压到高于电池电压。

控制模块基于电动马达的请求的扭矩和速度输出来确定用于电动马达的d轴线（直轴）电流命令和q轴线（交轴）电流命令。电压命令模块基于d轴线电流命令和q轴线电流命令产生用于电动马达的电压命令。根据本公开，电池切换控制模块能够基于电压命令来确定电池的电压操作状态，并且当电池的多个开关断开时在停留时间期间将电池系统参数与预定电压参数或预定电流参数相比较。基于该比较，电池切换控制模块产生开关控制信号以转变至少一个开关从而引起电池在电压操作状态下操作。

现在参考图1，呈现了示例车辆系统的功能框图。虽然示出并且将描述用于混合动力车辆的车辆系统，但是本公开也可应用于不包括内燃发动机的电动车辆、燃料电池车辆、自主车辆和其他类型的车辆。而且，虽然提供了车辆的示例，但是本申请也可应用于非车辆实施方式。

发动机102可燃烧空气/燃料混合物以产生驱动扭矩。发动机控制模块（ECM）114控制发动机102。例如，ECM 114可控制发动机致动器（诸如节气门、一个或多个火花塞、一个或多个燃料喷射器、阀致动器、凸轮轴相位器、排气再循环（EGR）阀、一个或多个升压装置以及其他合适的发动机致动器）的致动。在一些类型的车辆（例如，电动车辆）中，可省略发动机102。

发动机102可向变速器195输出扭矩。变速器控制模块（TCM）194控制变速器195的操作。例如，TCM 194可控制变速器195和一个或多个扭矩传递装置（例如，扭矩转换器、一个或多个离合器等）内的档位选择（gear selection）。

车辆系统包括一个或多个电动马达，诸如电动马达198。电动马达能够在给定时间充当发电机或者马达中的任一者。当充当发电机时，电动马达将机械能转换为电能。电能能够例如被用于对电池199充电。当充当马达时，电动马达产生可例如用于车辆推进的扭矩。虽然提供了一个电动马达的示例，但是车辆可包括多于一个电动马达。

马达控制模块196控制从电池199到电动马达198以及从电动马达198到电池199的功率流。马达控制模块196将来自电池199的电功率施加到电动马达198以引起电动马达198输出正扭矩，诸如用于车辆推进。电池199可包括例如一个或多个电池和/或电池组。

电动马达198可例如向变速器195的输入轴或向变速器195的输出轴输出扭矩。离合器200可被接合以将电动马达198联接到变速器195以及被解除接合以使电动马达198与变速器195脱离。可在离合器200的输出和变速器195的输入之间实施一个或多个齿轮传动装置，以提供电动马达198的旋转和变速器195的输入的旋转之间的预定比。

马达控制模块196还可选择性地将车辆的机械能转换为电能。更具体地，当电动马达198由变速器195驱动并且马达控制模块196未将来自电池199的功率施加到电动马达198时，电动马达198经由反EMF（反电动势）产生并输出功率。马达控制模块196可经由由电动马达198输出的功率对电池199充电。这可被称为再生。

现在参考图2，呈现了示例推进控制系统的功能框图。驾驶员扭矩模块204基于驾驶员输入212确定驾驶员扭矩请求208。驾驶员输入212可包括例如加速器踏板位置（APP）、制动踏板位置（BPP）和/或巡航控制输入。在各种实施方式中，巡航控制输入可由自适应巡航控制系统提供，该自适应巡航控制系统试图维持车辆和车辆的路径中的物体之间的至少预定距离。驾驶员扭矩模块204基于一个或多个查找表来确定驾驶员扭矩请求208，所述查找表将驾驶员输入与驾驶员扭矩请求相关联。可分别使用一个或多个APP传感器和BPP传感器测量APP和BPP。

驾驶员扭矩请求208可以是车轴扭矩请求。车轴扭矩（包括车轴扭矩请求）指代车轮处的扭矩。如下文进一步讨论的，推进扭矩（包括推进扭矩请求）与车轴扭矩的不同之处在于，推进扭矩可指代变速器输入轴处的扭矩。

车轴扭矩仲裁模块216在驾驶员扭矩请求208和其他车轴扭矩请求220之间进行仲裁。车轴扭矩（车轮处的扭矩）可由包括发动机102和/或一个或多个电动马达（诸如，电动马达198）的各种源产生。其他车轴扭矩请求220的示例包括但不限于，当检测到正车轮打滑（positive wheel slip）时由牵引控制系统请求的扭矩减小、用以抵消负车轮打滑（negative wheel slip）的扭矩增加请求、用以减小车轴扭矩以确保当车辆停止时车轴扭矩不超过制动器保持车辆的能力的制动管理请求，以及用以减小车轴扭矩以防止车辆超过预定速度的车辆超速扭矩请求。车轴扭矩仲裁模块216基于在接收到的车轴扭矩请求208和220之间进行仲裁的结果输出一个或多个车轴扭矩请求224。

在混合动力车辆中，混合动力模块228可确定一个或多个车轴扭矩请求224中有多少应由发动机102产生以及一个或多个车轴扭矩请求224中有多少应由电动马达198产生。为了简单起见，将继续电动马达198的示例，但是可使用多个电动马达。混合动力模块228将一个或多个发动机扭矩请求232输出到推进扭矩仲裁模块236。发动机扭矩请求232指示发动机102的请求的扭矩输出。

混合动力模块228也将马达扭矩请求234输出到马达控制模块196。马达扭矩请求234指示电动马达198的请求的扭矩输出（正或负）。在省略了发动机102的车辆（例如，电动车辆）中或在发动机102未被连接以输出用于车辆的推进扭矩的车辆中，车轴扭矩仲裁模块216可输出一个车轴扭矩请求，并且马达扭矩请求234可等于该车轴扭矩请求。在电动车辆的示例中，可省略ECM 114，并且可在马达控制模块196内实施驾驶员扭矩模块204和车轴扭矩仲裁模块216。

推进扭矩仲裁模块236将发动机扭矩请求232从车轴扭矩域（车轮处的扭矩）转换到推进扭矩域（例如，变速器的输入轴处的扭矩）中。推进扭矩仲裁模块236对转换后的扭矩请求与其他推进扭矩请求240进行仲裁。其他推进扭矩请求240的示例包括但不限于针对发动机超速保护请求的扭矩减小和针对失速防止请求的扭矩增加。作为仲裁的结果，推进扭矩仲裁模块236可输出一个或多个推进扭矩请求244。

致动器控制模块248基于推进扭矩请求244控制发动机102的致动器252。例如，基于推进扭矩请求244，致动器控制模块248可控制节气门的开启、由火花塞提供的火花的正时、由燃料喷射器喷射的燃料的正时和量、气缸致动/停用、进气门和排气门的定相、一个或多个升压装置（例如，涡轮增压器、机械增压器（supercharger）等）的输出、EGR阀的开启，和/或一个或多个其他发动机致动器。在各种实施方式中，推进扭矩请求244可在使用之前由致动器控制模块248调整或修改，诸如以创建扭矩储备。

马达控制模块196基于马达扭矩请求234控制逆变器模块256的切换。逆变器模块256的切换控制从电池199到电动马达198的功率流。因而，逆变器模块256的切换控制电动马达198的扭矩。逆变器模块256也转换由电动马达198产生的功率并将功率输出到电池199，例如以对电池199充电。

逆变器模块256包括多个开关。这些开关被切换以将来自电池199的DC功率转换为交流（AC）功率并将AC功率施加到电动马达198以驱动电动马达198。例如，逆变器模块256可将来自电池199的DC功率转换为n相AC功率并将该n相AC功率施加到电动马达198的（例如，a、b和c，或u、v和w）n个定子绕组。在各种实施方式中，n等于3。经由通过定子绕组的电流流动产生的磁通量驱动电动马达198的转子。转子连接到电动马达198的输出轴并驱动该输出轴的旋转。

在各种实施方式中，一个或多个滤波器可电连接在逆变器模块256和电池199之间。可实施一个或多个滤波器，例如以对去往和来自电池199的功率流进行滤波。作为示例，包括一个或多个电容器和电阻器的滤波器可与逆变器模块256和电池199并联地电连接。

图3包括示意图，该示意图包括逆变器模块256和电池199的示例实施方式。高（正）侧304和低（负）侧308分别连接到电池199的正端子和负端子。逆变器模块256也连接在高侧304和低侧308之间。

逆变器模块256包括三个腿部，电动马达198的每一相连接一个腿部。第一腿部312包括第一开关316和第二开关320。开关316和320各自包括第一端子、第二端子和控制端子。开关316和320中的每一个均可以是绝缘栅双极型晶体管（IGBT）、场效应晶体管（FET）（诸如，金属氧化物半导体FET（MOSFET））或另一种合适类型的开关。在IGBT和FET的示例中，控制端子被称为栅极。

第一开关316的第一端子连接到高侧304。第一开关316的第二端子连接到第二开关320的第一端子。第二开关320的第二端子可连接到低侧308。连接到第一开关316的第二端子和第二开关320的第一端子的节点连接到电动马达198的第一相（例如，a）。

第一腿部312还包括分别反并联地连接到开关316和320的第一二极管324和第二二极管328。换言之，第一二极管324的阳极连接到第一开关316的第二端子，并且第一二极管324的阴极连接到第一开关316的第一端子。第二二极管328的阳极连接到第二开关320的第二端子，并且第二二极管328的阴极连接到第二开关320的第一端子。当开关316和320断路（off）（和断开）时，由电动马达198产生的功率在电动马达198的输出电压大于电池199的电压时被传递通过二极管324和328。这对电池199充电。二极管324和328形成三相整流器的一个相。

逆变器模块256也包括第二腿部332和第三腿部336。第二腿部332和第三腿部336可（在电路方面）与第一腿部312类似或相同。换言之，第二腿部332和第三腿部336可各自包括如开关316和320以及二极管324和328那样的相应的开关和二极管，并以与第一腿部312相同的方式连接。例如，第二腿部332包括开关340和344以及反并联二极管348和352。连接到开关340的第二端子和开关344的第一端子的节点连接到电动马达198的第二定子绕组（例如，b）。第三腿部336包括开关356和360以及反并联二极管364和368。连接到开关356的第二端子和开关360的第一端子的节点连接到电动马达198的第三定子绕组（例如，c）。

如图3中所示，电池199包括第一电池370和第二电池372。在示例实施方式中，电池370、372是直流（DC）电池。电池199还包括第一开关374、第二开关376和第三开关378。开关374、376和378各自包括第一端子、第二端子和控制端子。开关374、376和378中的每一个可以是绝缘栅双极型晶体管（IGBT）、场效应晶体管（FET）（诸如，金属氧化物半导体FET（MOSFET））或另一种合适类型的开关。在IGBT和FET的示例中，控制端子被称为栅极。

如本文中所描述的，马达控制模块196也能够控制开关374、376和378，从而允许马达198以可变电压操作。例如，电池370和372可以是四百伏（400 V）DC电池或其他合适的高压（例如，大于60 V）电池。因此，基于开关374、376和378的构型，提供给马达的电压的范围可在大约三百五十伏（350 V）和大约七百伏（700 V）之间。例如，当开关374和378闭合且开关376断开时，电池199在第一电压操作状态下操作并且可向逆变器256提供约三百五十伏。

当开关376闭合且开关374和378断开时，电池199在第二电压操作状态下操作并且可向逆变器256提供大约七百伏。电容器380连接在端子304和308之间以存储电荷。如图3中所示，开关374、376、378布置成使得电池370和372在第一电压操作状态下并联操作并且在第二电压操作状态下串联操作。

图4是包括马达控制模块196的示例实施方式的功能框图。逆变器切换控制模块404使用脉冲宽度调制（PWM）信号来控制开关316和320的切换。例如，逆变器切换控制模块404可向开关316、320、340、344、356和360的控制端子施加PWM信号。当开通时，功率从电池199流到电动马达198以驱动电动马达198。

例如，当将来自电池199的功率施加到电动马达198时，逆变器切换控制模块404可将大体互补的PWM信号施加到开关316和320的控制端子。换言之，施加到第一开关316的控制端子的PWM信号在极性上与施加到第二开关320的控制端子的PWM信号相反。然而，当开关316和320中的一个的接通与开关316和320中的另一个的关断交叠时，短路电流可流动。因而，在接通开关316和320中的任一者之前，逆变器切换控制模块404可在死区时间段（T死区）期间产生PWM信号以关断开关316和320两者。考虑到这一点，大体互补可意指当功率被输出到电动马达198时，两个信号在它们的大部分时段内具有相反的极性。然而，在转变前后，两个PWM信号可在某些交叠的死区时间段内具有相同的极性（关（off））。

提供给第二腿部332和第三腿部336的开关的PWM信号也可以是每腿部大体互补的。提供给第二腿部332和第三腿部336的PWM信号可彼此相移，并且可从提供给第一腿部312的开关316和320的PWM信号相移。例如，每个腿部的PWM信号可彼此偏移120°（360°/3个腿部=每个腿部120°移位）。以这种方式，通过电动马达198的定子绕组（相）的电流彼此相移120°。

电流命令模块408基于马达扭矩请求234、电动马达198的（机械）转子速度432和DC总线电压410来确定用于电动马达198的d轴线电流命令（Id命令）和q轴线电流命令（Iq命令）。电流命令模块408可例如使用将DC总线电压、速度和马达扭矩请求与d轴线电流命令和q轴线电流命令相关联的一个或多个等式和/或查找表来确定d轴线电流命令和q轴线电流命令。如上文所讨论的，DC总线电压能够基于电压操作状态而变化（例如，在第一电压操作状态下为大约三百五十伏，并且在第二电压操作状态下为大约700伏）。当所有电池开关均断开时，DC总线电压可下降到或低于最小DC总线电压（诸如，近似100伏）。

电压传感器411测量电池199和逆变器模块256之间（例如，高侧304和低侧308之间）的DC总线电压410和电容器380处的电压。d轴线电流命令和q轴线电流命令共同地由412图示。励磁绕组（field winding）沿DC场的方向的轴线被称为转子直轴或d轴线。在d轴之后90度的轴线被称为交轴或q轴线。

转子速度432是电动马达198的转子的（机械）旋转速度。可例如使用转子速度传感器436来测量转子速度432。在各种实施方式中，转子速度432可基于一个或多个其他参数由转子速度模块确定，所述参数诸如转子的位置随时间的变化，其中基于电动马达198的相电流440（例如，Ia、Ib、Ic）确定位置。电流传感器442可测量相电流440，诸如在逆变器模块256的相应腿部中。在各种实施方式中，可估计相电流440中的一个或多个。

速率限制模块452对d轴线电流命令和q轴线电流命令的变化进行速率限制。换言之，速率限制模块452可在每个控制回路期间将d轴线电流命令朝向d轴线电流命令的当前值调整多达预定量。速率限制模块452可在每个控制回路期间将q轴线电流命令朝向q轴线电流命令的当前值调整多达预定量。速率限制模块452输出由速率限制产生的经速率限制的d轴线电流命令和q轴线电流命令。经速率限制的d轴线电流命令和q轴线电流命令共同地由454图示。

电压命令模块456基于经速率限制的d轴线电流命令和经速率限制的q轴线电流命令、电动马达198的d轴线电流和电动马达198的q轴线电流来确定用于待施加到电动马达198的相应相的电压的电压命令。d轴线电流和q轴线电流共同地由460图示。电压命令模块456可使用将d轴线电流命令和q轴线电流命令以及d轴线电流和q轴线电流与电压命令相关联的一个或多个等式和/或查找表来确定电压命令460。在各种实施方式中，电压命令模块456可使用闭环控制来产生电压命令460，以分别将d轴线电流和q轴线电流444朝向经速率限制的d轴线电流命令和q轴线电流命令454调整或者将d轴线电流和q轴线电流444调整到经速率限制的d轴线电流命令和q轴线电流命令454。参考系（FOR）模块448可通过应用克拉克变换和帕克变换来将相电流440变换为d轴线电流和q轴线电流444。

逆变器切换控制模块404基于各相的相应的电压命令确定待施加到电动马达198的各相的PWM信号的最终占空比。例如，逆变器切换控制模块404可使用将电压命令与PWM占空比相关联的一个或多个等式或查找表来确定初始占空比命令。逆变器切换控制模块404分别基于各相的初始占空比命令以及基于相应的相电流来确定待施加到各相的PWM信号的最终占空比命令。

电池切换控制模块480基于电压和/或电流命令确定待施加到电池199的开关374、376和378的开关控制信号481。例如，电池切换控制模块480可使用将电压和/或电流命令与电池电压电平（例如，三百五十伏、七百伏）相关联的一个或多个等式和/或查找表来确定开关控制。

图5是包括电池切换控制模块480的示例实施方式的功能框图。如图所示，电池切换控制模块480包括开关选择模块502、计数器504和监测模块506。

开关选择模块502基于电压和/或电流命令确定待施加到开关374、376和378的开关控制信号。例如，开关选择模块502能够使用将电压和/或电流命令与电池电压电平相关联的一个或多个等式和/或查找表来确定开关控制并将开关控制信号481输出到电池199。

如下文更详细地描述的那样，计数器504能够基于由开关控制信号481指示的开关构型来递增时间计数器，并且将指示该时间计数器的计数器信号482提供给监测模块506。计数器504也能够将时间计数器与停留时间（其中开关374、376和378中的每一个均断开）相比较。在一个实施方式中，停留时间对应于当电池199从第一电压操作状态转变为第二电压操作状态（或反之）并且开关374、376和378断开以减轻损坏和/或驱动扭矩干扰的时间。

监测模块506监测电压和/或电流命令460以及如由电压传感器411测得的DC总线电压和/或电容器电压410。监测模块506将指示电压、电流命令、DC总线电压和/或电容器电压的信号提供给开关选择模块502。图6是图示电容器380处的近似电容器电压的图表600。

能够选择电容器380的值，使得当电池从第二电压操作状态转变到第一电压操作状态时，由马达198使用所存储的电荷。能够使用以下等式导出电容器380的值：

等式1，其能够被改写为：

其中Tdw是停留时间，C是电容器380的电容值，Vst2是对应于第二电压操作状态的电压，Vst1是对应于第一电压操作状态的电压，rpm代表马达198的每分钟转数，Nm代表马达198的扭矩，并且∆(t)是预定松弛时间参数。

图7是描绘用于将电池199从第二电压操作状态切换到第一电压操作状态的示例方法700的流程图，其中开关376初始闭合且开关374和378初始断开。方法700以704开始，其中开关选择模块502接收一个或多个电压和/或电流命令以将电池199从第二电压操作状态转变到第一电压操作状态。在708处，基于电压和/或电流命令，开关选择模块502断开开关376。在712处，监测模块506监测电容器380的电压。

在716处，监测模块506确定电容器电压和对应于第一电压操作状态的预定电压值（Vst1）之间的差的绝对值是否小于预定电压参数。如果该差的绝对值不小于预定电压参数，则方法700返回716。如果该差的绝对值小于或等于预定电压参数，则监测模块506在720处将信号提供给开关选择模块502以闭合开关374和378。

图8是描绘用于将电池199从第一电压操作状态切换到第二电压操作状态的示例方法800的流程图，其中开关376初始断开且开关374和378初始闭合。方法800以804开始，其中开关选择模块502接收一个或多个电压和/或电流命令以将电池199从第一电压操作状态转变到第二电压操作状态。在808处，基于电压和/或电流命令，开关选择模块502断开开关374和376。在812处，监测模块506监测电池电流并且计数器模块504递增时间计数器。马达操作为将电容器充电到更高的电压电平的发电机。

在816处，监测模块506确定时间计数器是否大于停留时间。如果时间计数器不大于停留时间，则方法800返回816。在820处，监测模块506确定电池电流是否等于零。如果电池电流不等于零，则方法800在824处终止操作。如果电池电流等于零，则在828处监测模块506将信号提供给开关选择模块502使得开关选择模块502能够产生开关控制信号以闭合开关376。

前面的描述本质上仅仅是说明性的，并且不以任何方式旨在限制本公开、其应用或使用。本公开的广泛教导能够以多种形式实施。因此，尽管本公开包括具体示例，但是本公开的真实范围不应如此局限，因为在研究附图、说明书和以下权利要求时，其他改型将变得显而易见。应理解的是，方法内的一个或多个步骤可以以不同次序（或同时）执行而不更改本公开的原理。此外，虽然上文将实施例中的每一个描述为具有某些特征，但是关于本公开的任何实施例描述的那些特征中的任何一个或多个均能够在其他实施例中的任一个中实施和/或与其他实施例中的任一个的特征结合实施，即使该结合未明确描述。换言之，所描述的实施例不是相互排斥的，并且一个或多个实施例彼此的排列仍然在本公开的范围内。

元件之间（例如，模块、电路元件、半导体层等之间）的空间和功能关系使用各种术语来描述，包括“连接”、“接合”、“联接”、“相邻”、“紧邻”、“在……顶部”、“上方”、“下方”和“安置”。除非明确地描述为“直接”，否则当在上文的公开中描述第一元件和第二元件之间的关系时，该关系能够是在第一元件和第二元件之间不存在其他介入元件的直接关系，但也能够是在第一元件和第二元件之间存在（空间或功能中的任一者）一个或多个介入元件的间接关系。如本文中所使用的，短语A、B和C中的至少一个应被解释为使用非排他性逻辑OR来意指逻辑（A OR B OR C），并且不应被解释为意指“A中的至少一个、B中的至少一个，以及C中的至少一个”。

在附图中，如由箭头头部指示的那样，箭头的方向大体表示图示所关注的信息（诸如，数据或指令）的流动。例如，当元件A和元件B交换多种信息但是从元件A传输到元件B的信息与图示相关时，箭头可从元件A指向元件B。该单向箭头不暗示没有其他信息从元件B传输到元件A。此外，对于从元件A发送到元件B的信息，元件B可向元件A发送用于信息的请求或信息的接收确认。

在本申请（包括以下定义）中，术语“模块”或术语“控制器”可用术语“电路”代替。术语“模块”可指代以下各者、作为以下各者的一部分、或包括以下各者：专用集成电路（ASIC）；数字、模拟或混合模拟/数字分立电路；数字、模拟或混合模拟/数字集成电路；组合逻辑电路；现场可编程门阵列（FPGA）；执行代码的处理器电路（共享、专用或成组的）；存储由处理器电路执行的代码的存储器电路（共享、专用或成组的）；提供所描述的功能的其他合适的硬件部件；或者以上中的一些或全部的结合，诸如在片上系统中。

模块可包括一个或多个接口电路。在一些示例中，接口电路可包括连接到局域网（LAN）、因特网、广域网（WAN）或其结合的有线或无线接口。本公开的任何给定模块的功能可分布在经由接口电路连接的多个模块当中。例如，多个模块可允许负载平衡。在另外的示例中，服务器（也被称为远程或云）模块可代表客户模块完成某种功能。

如上文所使用的术语代码可包括软件、固件和/或微代码，并且可指代程序、例程、函数、类、数据结构和/或对象。术语共享处理器电路涵盖单个处理器电路，其执行来自多个模块的一些或所有代码。术语成组处理器电路涵盖与另外的处理器电路结合、执行来自一个或多个模块的一些或全部代码的处理器电路。对多个处理器电路的引用涵盖离散芯片上的多个处理器电路、单个芯片上的多个处理器电路、单个处理器电路的多个核、单个处理器电路的多个线程、或以上的组合。术语共享存储器电路涵盖存储来自多个模块的一些或所有代码的单个存储器电路。术语成组存储器电路涵盖与另外的存储器结合、存储来自一个或多个模块的一些或全部代码的存储器电路。

术语存储器电路是术语计算机可读介质的子集。如本文中所使用的术语计算机可读介质不涵盖通过介质（诸如在载波上）传播的暂时性电信号或电磁信号；因此，术语计算机可读介质可被认为是有形的和非暂时性的。非暂时性、有形的计算机可读介质的非限制性示例是非易失性存储器电路（诸如闪存电路、可擦除可编程只读存储器电路或掩模只读存储器电路）、易失性存储器电路（诸如静态随机存取存储器电路或动态随机存取存储器电路）、磁性存储介质（诸如模拟或数字磁带或硬盘驱动器）和光存储介质（诸如CD、DVD或蓝光光碟）。

本申请中所描述的设备和方法可由专用计算机部分地或全部地实现，其中该专用计算机通过将通用计算机构造成执行体现在计算机程序中的一个或多个特定功能而创建。上文描述的功能框、流程图部件和其他元素用作软件说明，其能够通过熟练的技术人员或程序员的例行工作转换成计算机程序。

计算机程序包括存储在至少一个非暂时性、有形的计算机可读介质上的处理器可执行指令。计算机程序也可包括或依赖于存储的数据。计算机程序可涵盖与专用计算机的硬件交互的基本输入/输出系统（BIOS）、与专用计算机的特定装置交互的装置驱动器、一个或多个操作系统、用户应用程序、后台服务、后台应用程序等。

计算机程序可包括：（i）待解析的描述性文本，诸如HTML（超文本标记语言）、XML（可扩展标记语言）或JSON（JavaScript对象表示法），（ii）汇编代码，（iii）由编译器从源代码产生的目标代码，（iv）由解释器执行的源代码，（v）由即时编译器编译和执行的源代码等。仅作为示例，源代码可以利用来自以下语言的语法编写，所述语言包括：C、C++、C#、Objective-C、Swift、Haskell、Go、SQL、R、Lisp、Java®、Fortran、Perl、Pascal、Curl、OCaml、Javascript®、HTML5（超文本标记语言第5版）、Ada、ASP（动态服务器网页）、PHP（PHP：超文本预处理语言）、Scala、Eiffel、Smalltalk、Erlang、Ruby、Flash®、VisualBasic®、Lua、MATLAB、SIMULINK和Python®。

Claims (18)

1.一种电动马达控制系统，其包括：

电流命令模块，其被构造成基于用于车辆的电动马达的马达扭矩请求、马达速度、直流（DC）总线电压来产生用于所述电动马达的d轴线电流命令和用于所述电动马达的q轴线电流命令；

电压命令模块，其被构造成基于所述d轴线电流命令和所述q轴线电流命令来产生电压命令；以及

电池切换控制模块，其被构造成：

基于所述电压命令，选择性地确定使电池的电压操作状态从第一电压操作状态转变为第二电压操作状态；

响应于确定使所述电池的电压操作状态转变为第二电压操作状态，开启所述电池的多个开关持续停留时间；

将当所述电池的多个开关断开时在停留时间期间的电池参数与预定电压参数和预定电流参数中的至少一个相比较；以及

基于所述比较产生开关控制信号以转变所述多个开关中的至少一个开关从而引起所述电池转变至所述第二电压操作状态下操作。

2.根据权利要求1所述的电动马达控制系统，其中，所述停留时间对应于第一电压操作状态和第二电压操作状态之间的时间段。

3.根据权利要求1所述的电动马达控制系统，其中，所述电池参数包括测得电压和测得电流中的至少一个。

4.根据权利要求1所述的电动马达控制系统，其还包括连接在所述电池和所述电动马达之间的逆变器模块。

5.根据权利要求4所述的电动马达控制系统，其中，所述逆变器模块被构造成转换由所述电池提供的电压并向所述马达提供转换后的电压。

6.根据权利要求4所述的电动马达控制系统，还包括安置在所述电池和所述逆变器模块之间的电容器，其中，所述电容器存储由所述电池提供的能量。

7.根据权利要求1所述的电动马达控制系统，其中，所述电池包括至少第一电池和第二电池。

8.根据权利要求7所述的电动马达控制系统，其中，所述第一电池包括大于60伏直流（DC）的额定值，并且所述第二电池包括大于60伏DC的额定值。

9.根据权利要求7所述的电动马达控制系统，其中，所述多个开关布置成使得所述第一电池和所述第二电池在第一电压操作状态下并联操作并且在第二电压操作状态下串联操作。

10.一种电动马达控制方法，其包括：

基于用于车辆的电动马达的马达扭矩请求、马达速度、直流（DC）总线电压，产生用于所述电动马达的d轴线电流命令和用于所述电动马达的q轴线电流命令；

基于所述d轴线电流命令和所述q轴线电流命令产生电压命令；

基于所述电压命令，选择性地确定使电池的电压操作状态从第一电压操作状态转变为第二电压操作状态；

响应于确定使所述电池的电压操作状态转变为第二电压操作状态，开启所述电池的多个开关持续停留时间；

将当所述电池的多个开关断开时在停留时间期间的电池参数与预定电压参数和预定电流参数中的至少一个相比较；以及

基于所述比较产生开关控制信号以转变所述多个开关中的至少一个开关从而引起所述电池转变为所述第二电压操作状态下操作。

11.根据权利要求10所述的电动马达控制方法，其中，所述停留时间对应于第一电压操作状态和第二电压操作状态之间的时间段。

12.根据权利要求10所述的电动马达控制方法，其中，所述电池参数包括测得电压和测得电流中的至少一个。

13.根据权利要求10所述的电动马达控制方法，还包括选择性地切换连接在所述电池和所述电动马达之间的逆变器模块。

14.根据权利要求13所述的电动马达控制方法，还包括，由所述逆变器模块转换由所述电池提供的电压并向所述马达提供转换后的电压。

15.根据权利要求13所述的电动马达控制方法，还包括，由连接在所述电池和所述逆变器模块之间的电容器存储由所述电池提供的能量。

16.根据权利要求10所述的电动马达控制方法，其中，所述电池包括至少第一电池和第二电池。

17.根据权利要求16所述的电动马达控制方法，其中，所述第一电池包括大于60伏直流（DC）的额定值，并且所述第二电池包括大于60伏DC的额定值。

18.根据权利要求16所述的电动马达控制方法，还包括：

切换所述多个开关，使得所述第一电池和所述第二电池在第一电压操作状态下并联连接；以及

切换所述多个开关，使得所述第一电池和所述第二电池在第二电压操作状态下串联连接。