CN117713623A - 电动机驱动系统及扭矩分配方法 - Google Patents

电动机驱动系统及扭矩分配方法 Download PDF

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CN117713623A CN202211085694.4A CN202211085694A CN117713623A CN 117713623 A CN117713623 A CN 117713623A CN 202211085694 A CN202211085694 A CN 202211085694A CN 117713623 A CN117713623 A CN 117713623A
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萧稚宏
辜重兴
邱上维
杨智胜
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Abstract

本发明为一种电动机驱动系统及扭矩分配方法，所述电动机驱动系统包含:驱动电路，供给驱动电流至电动机；及控制器，包含电流命令产生单元，输出电流命令对应控制器接收的扭矩命令以及电动机状态，电流命令包括d轴和/或q轴电流命令，控制器依据驱动电流坐标转换为d轴和/或q轴电流，并控制驱动电路使驱动电流趋近于电流命令所对应的d轴和/或q轴电流；电流命令产生单元包含每安培最大扭矩表与零回收特性表；于扭矩命令为正扭矩输出时，电流命令产生单元依据每安培最大扭矩表输出电流命令，于扭矩命令为负扭矩输出时，电流命令产生单元依据零回收特性表输出电流命令。

Description

电动机驱动系统及扭矩分配方法
技术领域
本发明属于一种电动机领域，尤指一种电动机驱动系统及扭矩分配方法。
背景技术
电动机驱动系统通常包含直流电源端、驱动电路及电动机，当电动机通电运转过程中，于直流电源端、驱动电路及电动机三者之间可进行双向的供给电能和接收电能。更进一步说明，当驱动电路依据为正扭输出的扭矩命令驱动电动机运作时，电动机将产生正扭矩来推动机械负载进行正转；反之，当驱动电路依据为负扭输出的扭矩命令驱动电动机运作时，电动机将产生负扭矩去反抗当下机械负载的正扭矩，且一般而言，当电动机将产生负扭矩时，电动机亦产生再生回收能量，该再生回收能量可被回收利用，例如在动机驱动系统的直流电源端由二次电池构成的情况下，该再生回收能量可回收而对电动机驱动系统的二次电池进行充电。
然而在特殊条件下，若电动机产生的再生回收能量无法有效回收，将使电动机驱动系统存在缺失。例如将电动机运用于高速铁路列车，若列车高速进行中煞车且遭遇市电中断，此时将造成驱动电路回收至直流电源端的再生回收能量无处消耗，造成驱动电路损坏，或是将再生回收能量推入电网造成孤岛效应危害。又例如电动机运用于电动车，若电动车充满电源行驶至高山上时，由于高山上低温造成电动机的二次电池的能力减半，因此当下山时频繁使用煞车，将使得二次电池无法接收再生回收能量，导致电动车只能转而使用机械式耗损的煞车方式，如此一来，电动车可能过热或无法有效消耗再生回收能量。再例如电动机运用于插电式混合动力车(PLUG-IN HYBRID ELECTRIC VEHICLE,PHEV)或是燃料电池车时，由于主要电源供给来源为内燃机或燃料电池，故车内的二次电池的储能能力较小，进而导致二次电池可能无法瞬间回收较大再生回收能量，造成无法使用电动机煞车，虽可加入超级电容与煞车电阻的搭配组合来进行电动机煞车，却也导致车辆的内部可利用空间减少，同时增加了车辆成本，更造成车辆的重量变重而影响续航力。
因此，如何发展一种克服上述缺失的电动机驱动系统及扭矩分配方法，实为目前最为迫切需解决的课题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电动机驱动系统使其电动机不会有再生回收能量来回收，电动机驱动系统的控制器根据扭矩命令及电动机的电动机状态配合控制器的零回收特性表对应输出电流命令，以控制电动机的运作，进而让电动机产生的再生回收能量完全由电动机的能量损耗抑制，由此不但增加电动机制动应用情境而提升制动程序的可靠性，更减少机械制动器的磨损与过多热能累积，此外，也避免再生回收能量对电动机驱动系统造成损坏，也因电动机驱动系统无须额外设置其他装置来消耗再生回收能量而使电动机驱动系统的空间利用率增加并减少生产成本。
本发明的再一目的在于提供一种电动机驱动系统及扭矩分配方法，电动机驱动系统接获扭矩命令时会控制两个电动机协作，以增进电动机驱动系统制动操作能力提升，并可在因应紧急状态下提供更大的负扭矩输出而提升安全性。
本发明的另一目的在于提供一种电动机驱动系统及扭矩分配方法，电动机驱动系统接获扭矩命令时会控制两个电动机协作，以让电动机产生的再生回收能量能以符合电池充电曲线的情况下对二次电池进行充电，由此保护二次电池。
为达上述目的，本发明的一较广义实施样态为提供一种电动机驱动系统，包含:驱动电路，其将输入电力转换并供给驱动电流至电动机并驱动电动机；及控制器，其进一步包含电流命令产生单元，电流命令产生单元输出电流命令对应控制器接收的扭矩命令以及电动机状态，电流命令包括d轴电流命令和/或q轴电流命令，控制器依据驱动电流坐标转换为d轴电流和/或q轴电流，并控制驱动电路使得驱动电流趋近于电流命令所对应的d轴电流命令和/或q轴电流命令；其中，电流命令产生单元进一步包含每安培最大扭矩表与零回收特性表，每安培最大扭矩表在电动机能量损耗最小下并依据电动机状态将扭矩命令转换为电流命令，零回收特性表在电动机能量损耗与再生回收能量相互抵消下并依据电动机状态将扭矩命令转换为电流命令；其中于控制器接收扭矩命令为正扭矩输出时，电流命令产生单元依据每安培最大扭矩表输出对应的电流命令，于控制器接收扭矩命令为负扭矩输出且电动机驱动系统不包含一二次电池时，电流命令产生单元依据零回收特性表输出对应的电流命令。
为达上述目的，本发明的又一较广义实施样态为提供一种电动机驱动系统，包含:电动机，包含第一电动机及第二电动机；驱动电路，包含第一驱动电路及第二驱动电路，分别将输入电力转换且供给第一驱动电流与第二驱动电流至所对应的第一与第二电动机，并分别驱动所对应的第一电动机与第二电动机；以及控制器，其包含扭矩分配单元、第一控制器及第二控制器，扭矩分配单元接收一扭矩命令并对应分配一第一扭矩命令与一第二扭矩命令分别给对应的第一控制器与第二控制器；第一控制器与第二控制器分别进一步包含第一电流命令产生单元及第二电流命令产生单元，第一与第二电流命令产生单元分别输出第一电流命令与第二电流命令对应第一与第二扭矩命令及第一与第二电动机状态，第一电流命令包括第一d轴电流命令和/或第一q轴电流命令，第二电流命令包括第二d轴电流命令和/或第二q轴电流命令，控制器对应依据第一与第二驱动电流坐标各自转换为d轴电流和/或q轴电流并控制所对应的第一与第二驱动电路使得第一与第二驱动电流趋近于第一与第二电流命令所对应的d轴电流和/或q轴电流；其中第一与第二电流命令产生单元分别包含第一负扭矩电流特性表与第二负扭矩电流特性表，第一与第二负扭矩电流特性表分别在所对应的第一与第二电动机为负扭矩输出时依据第一与第二电动机状态将第一与第二扭矩命令转换为第一电流命令及第二电流命令；于第一控制器接收第一扭矩命令为负扭矩输出时，第一电流命令产生单元依据第一负扭矩电流特性表输出对应的第一电流命令；以及于第二控制器接收第二扭矩命令为负扭矩输出时，第二电流命令产生单元依据第二负扭矩电流特性表输出对应的电流命令。
为达上述目的，本发明的再一较广义实施样态为提供一种扭矩分配方法，应用于如电动机驱动系统的控制器的扭矩分配单元中，该扭矩分配方法包含步骤:(s10)依据扭矩命令进行第一扭矩命令的计算；(s11)判断二次电池的电池电压是否大于预设的参考电压；(s12)当步骤(s11)的判断结果为电池电压大于参考电压时，加大参考电流；(s13)判断参考电流是否大于最大充电电流命令；(s14)当步骤(s13)的判断结果为参考电流大于最大充电电流命令时，限制参考电流等于最大充电电流命令；(s15)判断参考电流是否大于二次电池的电池电流；(s16)当步骤(s15)的判断结果为参考电流大于电池电流时，加大第一扭矩命令；(s17)判断第一扭矩命令是否大于扭矩命令；(s18)当步骤(s17)的判断结果为第一扭矩命令大于扭矩命令时，限制第一扭矩命令等于扭矩命令；(s19)输出第一扭矩命令；(s20)依据扭矩命令与第一扭矩命令两者的相减结果输出第二扭矩命令；(s21)当步骤(s11)的判断结果为电池电压不大于参考电压时，减小参考电流，并执行步骤(s15)；以及(s22)当步骤(s15)的判断结果为参考电流不大于电池电流时，减小第一扭矩命令，并执行步骤(s19)；其中当步骤(s13)的判断结果为参考电流不大于最大充电电流命令时，执行步骤(S15)。
附图说明
图1为本发明第一较佳实施例的电动机驱动系统的系统方块示意图；
图2为图1所示的电动机驱动系统的电动机在不同扭矩及不同转速下，电动机所接收的驱动电流的最大值及功率的关系示意图；
图3为图1所示的电动机驱动系统所接收的扭矩命令与电动机所接收的驱动电流的最大值在d轴及q轴坐标下的关系示意图；
图4为本发明第二较佳实施例的电动机驱动系统的系统方块示意图；
图5为本发明第三较佳实施例的电动机驱动系统的系统方块示意图；
图6为图5所示的电动机驱动系统的二次电池在进行充电运作时的电压/电流充电曲线示意图；
图7为图5所示的电动机驱动系统的扭矩分配单元的扭矩分配方法的步骤示意图。
附图标号说明
1、1a、1b:电动机驱动系统
2:控制器
3:电动机
4:驱动电路
Is:驱动电流
Tn:扭矩命令
Idcom:d轴电流命令
Iqcom:q轴电流命令
20:电流命令产生单元
21:转速及角度检测器
22:PI控制器
23:电流转换装置
24:电压转换装置
25:脉冲宽度调变装置
ω:转速信息
θ:角度信息
Ia、Ib、Ic:单相电流
Id:d轴电流
Iq:q轴电流
Vdcom:d轴电压命令
Vqcom:q轴电压命令
Vabc:驱动电压命令
PWM:脉冲宽度调变信号
min:最小的驱动电流
S1:第一转速
S2:第二转速
S3:第三转速
S4:第四转速
T1:第一负扭矩值
T2:第二负扭矩值
spec:特定的驱动电流
Is_a:第一驱动电流值
Is_b:第二驱动电流
8:温度检测器
5:二次电池
Tm:温度信息
6:扭矩分配单元
2a:第一控制器
2b:第二控制器
40:第一驱动电路
41:第二驱动电路
30:第一电动机
31:第二电动机
Tn1:第一扭矩命令
Tn2:第二扭矩命令
Vd:电池电压
Ie:电池电流
V1:第一参考电压区间
I1:第一参考电流区间
V2:第二参考电压区间
I2:第二参考电流区间
V3:第三参考电压区间
I3:第三参考电流区间
t0～t4:时间
7:电动车系统
S10～S22:扭矩分配方法的步骤
具体实施方式
体现本发明特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施例上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上当作说明之用，而非架构于限制本发明。
请参阅图1、图2及图3，其中图1为本发明第一较佳实施例的电动机驱动系统的系统方块示意图，图2为图1所示的电动机驱动系统的电动机在不同扭矩及不同转速下，电动机所接收的驱动电流的最大值及功率的关系示意图，图3为图1所示的电动机驱动系统所接收的扭矩命令与电动机所接收的驱动电流的最大值在d轴及q轴坐标下的关系示意图。本实施例的电动机驱动系统1可为但不限于应用在高速铁路列车、电动车、插电式混合动力车或是燃料电池车等，且高速铁路列车、电动车、插电式混合动力车及燃料电池车分别包含用来控制自身整体运作的电动车系统7。
电动机驱动系统1包含控制器2、电动机3及驱动电路4。驱动电路4可为但不限于由可双向传递电能的逆变器构成，且与电动机3电连接，用以将所接收的输入电力转换，并供给驱动电压及驱动电流Is至电动机3，以驱动电动机3进行正扭矩运作或是负扭矩运作，其中驱动电路4的电路结构已常见于电动机领域中，于此不再详述。
电动机3可驱动负载(未图示)转动，即电动机3在进行正扭矩运作时驱动负载正转，在进行负扭矩运作时驱动负载负转，且于电动机3进行正扭矩运作时，电动机3会运作于电动机模式，而于电动机3需煞车而进行负扭矩运作时，电动机3一般会运作于发电动机模式而产生再生回收能量。为便于说明，本发明将以电动机3为三相电动机作举例，但并非以此作为限制。
控制器2可从电动车系统7接收扭矩命令Tn，其中该扭矩命令Tn可为正扭矩输出，用以驱使电动机3进行正扭矩运作，或该扭矩命令Tn可为负扭矩输出，用以驱使电动机3进行负扭矩运作。此外，控制器2还包含电流命令产生单元20，电流命令产生单元20会输出电流命令，其中电流命令对应控制器2所接收的扭矩命令Tn以及电动机3的电动机状态而产生，且电流命令包括d轴电流命令Idcom和/或q轴电流命令Iqcom，而控制器2可依据驱动电流Is而坐标转换为d轴电流Id和/或q轴电流Iq，并控制驱动电路4的驱动电流Is趋近于电流命令所对应的d轴电流命令和/或q轴电流命令。
此外，电流命令产生单元20还包含每安培最大扭矩表与零回收特性表，其中每安培最大扭矩表纪录了在电动机3的能量损耗最小下让电流命令产生单元20依据电动机状态将扭矩命令Tn转换为电流命令的转换对照表，零回收特性表记录了在电动机3的能量损耗与再生回收能量相互抵消下，让电流命令产生单元20依据电动机状态将扭矩命令Tn转换为电流命令的转换对照表，其中此处所指的电动机状态可包含电动机3的转速等。更甚者，于控制器2接收的扭矩命令Tn为正扭矩输出时，电流命令产生单元20依据每安培最大扭矩表输出对应的电流命令，于控制器2接收的扭矩命令Tn为负扭矩输出时，电流命令产生单元20依据零回收特性表输出对应的电流命令。
于一些实施例中，控制器2还包含转速及角度检测器21、PI控制器22、电流转换装置23、电压转换装置24及脉冲宽度调变装置25。转速及角度检测器21用以依据电动机3的转速而产生转速信息ω，并依据电动机3的旋转角度而产生角度信息θ，其中电动机3的电动机状态包含转速信息ω且可提供至电流命令产生单元20，角度信息θ则可分别提供至电流转换装置23及电压转换装置24。电流转换装置23获取流入电动机3的驱动电流Is，以获得与驱动电流Is有对应关系的电流(例如驱动电流Is为三相驱动电流，则电流转换装置23获取驱动电流Is而获得单相电流Ia、Ib及Ic，即如图1所示)，并依据角度信息θ将反应驱动电流Is的单相电流Ia、Ib及Ic进行坐标转换，以产生d轴电流Id和/或q轴电流Iq。PI控制器22依据d轴电流Id和/或q轴电流Iq与d轴电流命令Idcom和/或q轴电流命令Iqcom进行PI控制，以输出d轴电压命令Vdcom和/或q轴电压命令Vqcom。电压转换装置24接收d轴电压命令Vdcom和/或q轴电压命令Vqcom，并依据角度信息θ将d轴电压命令Vdcom和/或q轴电压命令Vqcom进行坐标转换，以产生为三相的驱动电压命令Vabc。脉冲宽度调变装置25则依据驱动电压命令Vabc产生对应的脉冲宽度调变信号PWM给驱动电路4的开开元件(未图示)，以调整驱动电路4提供给电动机3的驱动电压及驱动电流Is，由此使驱动电路4的驱动电流Is趋近于电流命令所对应的d轴电流命令和/或q轴电流命令。
当然电动机3不局限于为三相电动机，只要为永磁同步伺服电动机(Permanent-Magnet Synchronous Motor,PMSM)即可，例如电动机3可为多相电动机，其中对应电动机3为多相电动机，则驱动电路4提供多相驱动电压及多相驱动电流给电动机3，而电流转换装置23获取流入电动机3的多相驱动电流而获得每一单相电流，并依据角度信息θ将获得的每一单相电流进行坐标转换，而产生d轴电流Id和/或q轴电流Iq，此外，电压转换装置24接收d轴电压命令Vdcom和/或q轴电压命令Vqcom，并依据角度信息θ将d轴电压命令Vdcom和/或q轴电压命令Vqcom进行坐标转换，以产生为多相的驱动电压命令，而脉冲宽度调变装置25则依据多相的驱动电压命令产生对应的脉冲宽度调变信号PWM给驱动电路4的开开元件。
请再参阅图2及图3，其中在图2中显示了四种不同种类的线条，第一种类的线条代表本发明的电动机3所接收的驱动电流Is的最大值与电动机3的能量损耗的关系，于图2注记为能量损耗，该线条随着驱动电流Is的最大值变大而呈现指数上升关系，且电动机3的能量损耗不受扭矩命令的不同及电动机3的电动机状态，例如转速，的不同而影响。
第二种类的线条代表采用每安培最大扭矩(Maximum Torque Per Ampere；MTPA，以下简称MTPA)控制时的驱动电流Is的最大值与电动机3的再生回收能量的关系，于图2注记为MTPA，第二种类的线条呈现线性关系。在传统的电动机驱动系统中，当电动机驱动系统接收到扭矩命令时，一般会皆基于MTPA控制方式而依据扭矩命令的不同来对应输出电动机所接收的驱动电流，以在匹配扭矩命令的情况下选择最小的驱动电流(当本发明的电动机驱动系统1接收到为负扭矩输出的扭矩命令Tn时，第二种类线条也可视为本发明的电动机3基于MTPA控制方式的所呈现出的驱动电流Is的最大值与电动机3的再生回收能量之间的关系)，由此让电动机驱动系统在根据扭矩命令运作时可达到最佳效率(即最小的能量损耗)，因此如图3所示，在由d轴电流及q轴电流所构成的坐标中，d轴电流为零及q轴电流为零的原点到扭矩命令间的最短距离即为MTPA控制方式中依据扭矩命令Tn所选择最小的驱动电流Is(于图3上标示min，代表在d轴电流为零及q轴电流为零的原点到扭矩命令Tn间为最短距离时的最小的驱动电流min)。另外，由于电动机3不同的转速会使得电动机3产生的再生回收能量不同，因此图2中将第二种类的线条例示为四条，分别呈现电动机3不同的转速，于图2中标示为第一转速S1、第二转速S2、第三转速S3及第四转速S4。
第三种类的线条显示当扭矩命令Tn为负扭矩输出且维持在第一扭矩值T1，且驱动电流Is从符合MPTA控制的最小的驱动电流逐渐变大时，电动机3产生的再生回收能量的变化，其中第三种类的线条于图2注记为T1。又如前所述，由于电动机3不同的转速会使得电动机3产生的再生回收能量不同，因此图2中将第三种类的线条例示为四条，分别呈现电动机3在扭矩命令Tn维持在第一扭矩值T1时的不同转速，于图2中标示为第一转速S1、第二转速S2、第三转速S3及第四转速S4。
第四种类的线条则显示出当扭矩命令Tn为负扭矩输出且维持在第二扭矩值T2(假设第二扭矩值T2大于第一扭矩值T1)，且驱动电流Is从符合MPTA控制的最小的驱动电流逐渐变大时，电动机3产生的再生回收能量的变化。又如前所述，由于电动机3不同的转速会使得电动机3产生的再生回收能量不同，因此图2中将第四种类的线条例示为四条，分别呈现电动机3在扭矩命令Tn维持在第二扭矩值T2时的不同转速，于图2中标示为第一转速S1、第二转速S2、第三转速S3及第四转速S4。由第三种的类线条及第四种类的线条可以了解扭矩命令不同会使得电动机3产生的再生回收能量不同。
以下将约略说明本发明的电动机驱动系统1的原理。由图2及图3可知，首先，当电动机驱动系统1接收到的扭矩命令Tn为正扭矩输出时，电动机驱动系统1会基于MTPA控制电动机3所接收的驱动电流Is。另外，当电动机驱动系统1接收到的扭矩命令Tn为负扭矩输出时，若电动机驱动系统1基于MTPA控制电动机3所接收的驱动电流Is，则在一般情况下(即电动机3的转速大于低转速门槛值的情况下)，电动机3所产生的再生回收能量皆会高于电动机3的能量损耗，因此无法由电动机3的能量损耗所抵销的多余再生回收能量将回灌至驱动电路4，然而若能在符合扭矩命令Tn的情况下，将驱动电流Is从符合MPTA控制的最小的驱动电流调整增大，亦即如图3所示，从最小的驱动电流min增大至例如特定的驱动电流spec，使电动机3的再生回收能量等于电动机3的能量损耗，则可防止多余再生回收能量从电动机3回灌至驱动电路4。举例而言，如图2所示，在扭矩命令Tn维持在第一扭矩值T1且电动机3的转速为第二转速S2时，若让驱动电流Is由MTPA控制所对应的第一驱动电流值Is_a增加至第二驱动电流值Is_b时，即可使电动机3的再生回收能量等于电动机3的能量损耗。基于上述原理，本实施例的电动机驱动系统1在控制器2接收扭矩命令Tn为负扭矩输出时，让电流命令产生单元20依据零回收特性表输出对应的电流命令，以让电动机3的能量损耗等于电动机3产生的再生回收能量。
由上可知，本实施例的电动机驱动系统1在控制器2接收到为负扭矩输出的扭矩命令Tn时，可让电流命令产生单元20依据零回收特性表输出对应的电流命令，以让电动机3产生的再生回收能量完全由电动机3的能量损耗抑制，如此一来，不但增加电动机3制动的可用性，更减少机械制动器的磨损与过多热能累积，此外，也避免再生回收能量对电动机驱动系统1造成损坏，更因电动机驱动系统1无须额外设置其他装置来消耗再生回收能量而使电动机驱动系统1的空间利用率增加并减少生产成本。
于一些实施例中，如图1所示，电动机驱动系统1还包含二次电池5，二次电池5与驱动电路4电连接，且二次电池5供给输入电力至驱动电路4，另外，驱动电路4也可对二次电池5进行充电，其中当二次电池5的电池电压低于满电诊断阀值时，二次电池5可接收能量而进行充电运作，反之，当二次电池5的电池电压不低于满电诊断阀值时，二次电池5则不进行充电运作。另外，控制器2更可判断二次电池5的电池电压是否低于满电诊断阀值，以和/或判断二次电池5是否异常。更甚者，于控制器2接收扭矩命令Tn为负扭矩输出且控制器2判断二次电池5的电池电压不低于满电诊断阀值或二次电池5异常时，电流命令产生单元20依据零回收特性表输出对应的电流命令，以让电动机3产生的再生回收能量完全由电动机3的能量损耗抑制。反之，于控制器2接收扭矩命令Tn为负扭矩输出且二次电池5的电池电压低于满电诊断阀值时，电流命令产生单元20根据每安培最大扭矩表对应输出电流命令，且控制器2控制驱动电路4转换电动机3产生的再生回收能量对二次电池5进行充电。
由于电动机3的内阻抗会随温度而变化，因此为了更精确达成电动机3产生的再生回收能量完全由电动机3的能量损耗抑制，而不受温度变化的影响，于一些实施例中，如图1所示，控制器2还包含温度检测器8，用以检测电动机3的环境温度，并对应检测结果输出温度信息Tm给控制器2的电流命令产生单元20，其中电动机3的电动机状态包含温度信息Tm，而电流命令产生单元20依据输出温度信息Tm得知电动机3的环境温度，此外，电流命令产生单元20的零回收特性表纪录了在电动机3的能量损耗与再生回收能量相互抵消下让电流命令产生单元20依据电动机状态(包含电动机3的转速及电动机3的环境温度)将扭矩命令Tn转换为电流命令的转换对照表，因此电流命令产生单元20便根据零回收特性表而输出对应的电流命令，以让电动机3产生的再生回收能量完全由电动机3的能量损耗抑制。本发明后续提到的零回收特性表可为在电动机3的能量损耗与再生回收能量相互抵消下让电流命令产生单元20依据电动机3的转速将扭矩命令Tn转换为电流命令，或可为在电动机3的能量损耗与再生回收能量相互抵消下让电流命令产生单元20依据电动机3的转速及电动机3的环境温度将扭矩命令Tn转换为电流命令，因此后续不再进行赘述。
由上述内容可知，当二次电池5的电池电压低于满电诊断阀值时，电流命令产生单元20根据每安培最大扭矩表对应输出电流命令，因此在扭矩命令Tn为负扭矩输出且给定的情况下，可最优配置d轴和q轴电流分量，使驱动电动机3的驱动电流Is为最小，以减少电动机3的能量损耗。然而，当二次电池5的电池电压不低于满电诊断阀值，或是二次电池5异常时，此时由于二次电池5已无法再进行充电而回收电动机3产生的再生回收能量，故电流命令产生单元20根据零回收特性表对应输出电流命令，以调整驱动电流Is增大，使电动机3的能量损耗可增大至等于电动机3产生的再生回收能量，由此可让电动机3产生的再生回收能量完全由电动机3的能量损耗抑制，进而达到前述的多个功效。
请参阅图4，其为本发明第二较佳实施例的电动机驱动系统的系统方块示意图。本实施例的驱动系统1a包含电动机、驱动电路及控制器。电动机包含第一电动机30及第二电动机31。驱动电路包含第一驱动电路40及第二驱动电路41，其中第一驱动电路40将输入电力转换，并供给第一驱动电流至所对应的第一电动机30，以驱动第一电动机30，第二驱动电路41将输入电力转换，并供给第二驱动电流至所对应的第二电动机31，以驱动第二电动机31。控制器包含扭矩分配单元6、第一控制器2a及第二控制器2b。扭矩分配单元6接收扭矩命令Tn，并对应分配第一扭矩命令Tn1给第一控制器2a，亦分配第二扭矩命令Tn2给第二控制器2b，其中第一扭矩命令Tn1与第二扭矩命令Tn2的和等于扭矩命令Tn。于一些实施例中，第一电动机30为主要电动机，而第二电动机31为辅助电动机，当第一电动机30无法满足扭矩命令Tn时，扭矩分配单元6便将扭矩命令Tn对应分配第一扭矩命令Tn1给第一控制器2a，亦分配第二扭矩命令Tn2给第二控制器2b，使第二电动机31运作而辅助第一电动机30。
于本实施例中，第一控制器2a及第二控制器2b的作动方式及结构相似于图1所示的控制器2，第一驱动电路40、第二驱动电路41的作动方式及结构相似于图1所示的驱动电路4，故后续仅对第一控制器2a、第二控制器2b、第一驱动电路40、第二驱动电路41的作动方式及结构进行部分描述。第一控制器2a包含第一电流命令产生单元20a，第一电流命令产生单元20a会输出第一电流命令，其中第一电流命令对应第一控制器2a所接收的第一扭矩命令Tn1以及第一电动机30的电动机状态而产生，且第一电流命令包括第一d轴电流命令和/或第一q轴电流命令，而控制器的第一控制器2a可依据第一驱动电流而坐标转换为第一d轴电流和/或第一q轴电流，并控制第一驱动电路40的第一驱动电流趋近于第一电流命令所对应的第一d轴电流命令和/或第一q轴电流命令。第二控制器2b包含第二电流命令产生单元20b，第二电流命令产生单元20b会输出第二电流命令，第二电流命令对应第二控制器2b所接收的第二扭矩命令Tn2以及第二电动机31的电动机状态而产生，且第二电流命令包括第二d轴电流命令和/或第二q轴电流命令，而控制器的第二控制器2b可依据第二驱动电流而坐标转换为第二d轴电流和/或第二q轴电流，并控制第二驱动电路41的第二驱动电流趋近于第二电流命令所对应的第二d轴电流命令和/或第二q轴电流命令。
另外，第一电流命令产生单元20a包含第一负扭矩电流特性表，第一负扭矩电流特性表纪录了在所对应的第一电动机30为负扭矩输出时，依据第一电动机30的第一电动机状态将第一扭矩命令Tn1转换为第一电流命令的转换对照表。第二电流命令产生单元20b包含第二负扭矩电流特性表，第二负扭矩电流特性表纪录了在所对应的第二电动机31为负扭矩输出时依据第二电动机31的第二电动机状态将第二扭矩命令Tn2转换为第二电流命令的转换对照表。
更甚者，于第一控制器2a接收第一扭矩命令Tn1为负扭矩输出时，第一电流命令产生单元20a依据第一负扭矩电流特性表输出对应的第一电流命令。于第二控制器2b接收第二扭矩命令Tn2为负扭矩输出时，第二电流命令产生单元20b依据第二负扭矩电流特性表输出对应的第二电流命令。
于一些实施例中，第一负扭矩电流特性表包含第一零回收特性表，该第一零回收特性表纪录了在第一电动机30的能量损耗与再生回收能量相互抵消下并依据第一电动机状态将第一扭矩命令Tn1转换为第一电流命令的转换对照表。因此，于第一控制器2a接收第一扭矩命令Tn1为负扭矩输出时，第一电流命令产生单元20a进一步依据第一负扭矩电流特性表中的第一零回收特性表输出对应的第一电流命令，以让第一电动机30的能量损耗等于第一电动机30产生的再生回收能量。
第二负扭矩电流特性表包含第二零回收特性表，该第二零回收特性表纪录了在第二电动机31的能量损耗与再生回收能量相互抵消下并依据第二电动机状态将第二扭矩命令Tn2转换为第二电流命令的转换对照表。因此，于第二控制器2b接收第二扭矩命令Tn2为负扭矩输出时，第二电流命令产生单元20b依据第二负扭矩电流特性表中的第二零回收特性表输出对应的电流命令，以让第二电动机31的能量损耗等于第二电动机31产生的再生回收能量。
又于其它实施例中，第一负扭矩电流特性表包含第一再生回收特性表，第一再生回收特性表纪录了所对应的第一电动机30的特性并在负扭矩输出时产生再生回收能量，且依据第一电动机状态将第一扭矩命令Tn1转换为第一电流命令的转换对照表。另外，第二负扭矩电流特性表进一步包含耗能特性表，耗能特性表纪录了所对应的第二电动机31的特性并在负扭矩输出时需消耗能量，且依据第二电动机状态将第二扭矩命令转换为该第二电流命令的转换对照表。于控制器判断扭矩命令Tn为负扭矩输出时，扭矩分配单元6对应扭矩命令Tn分配出第一扭矩命令Tn1与第二扭矩命令Tn1，而第一电流命令产生单元20a依据第一扭矩命令Tn1以及第一再生回收特性表输出对应的第一电流命令，第二电流命令产生单元20b依据第二扭矩命令Tn2以及耗能特性表输出对应的第二电流命令，其中，第一电动机31产生再生回收能量与第二电动机32消耗能量相互抵消。
请参阅图5，其为本发明第三较佳实施例的电动机驱动系统的系统方块示意图。本实施例的电动机驱动系统1b相较于图4所示的电动机驱动系统1a还包含二次电池5，二次电池5分别与驱动电路的第一驱动电路40及第二驱动电路41电连接，且二次电池5可分别供给输入电力至第一驱动电路40及第二驱动电路41，另外，第一驱动电路40及第二驱动电路41也可分别对二次电池5进行充电，其中当二次电池5的电池电压低于满电诊断阀值时，二次电池5可接收能量而进行充电运作，反之，当二次电池5的电池电压不低于满电诊断阀值或异常时，二次电池5则不进行充电运作。
另外，于控制器判断扭矩命令为负扭矩输出，且控制器判断二次电池5的电池电压不低于满电诊断阀值或二次电池异常5时，扭矩分配单元6对应扭矩命令分配出第一扭矩命令Tn1及与第二扭矩命令Tn2，且第一电流命令产生单元20a依据第一扭矩命令Tn1以及第一零回收特性表输出第一电流命令，第二电流命令产生单元20b依据第二扭矩命令Tn2以及第二零回收特性表输出第二电流命令。故在此运作下，第一电动机30的能量损耗等于第一电动机30产生的再生回收能量，而第二电动机31的能量损耗等于第二电动机31产生的再生回收能量。
于一些实施例中，第二电流命令产生单元20b的第二负扭矩电流特性表还包含第二再生回收特性表，其中第二再生回收特性表纪录了所对应的第二电动机31的特性并在负扭矩输出时产生再生回收能量，且依据第二电动机状态将第二扭矩命令Tn2转换为第二电流命令的转换对照表。于控制器判断扭矩命令为负扭矩输出且控制器判断二次电池5的电池电压低于满电诊断阀值时，扭矩分配单元6对应扭矩命令分配出第一扭矩命令Tn1与第二扭矩命令Tn2，而第一电流命令产生单元20a则依据第一扭矩命令Tn1以及第一零回收特性表输出对应的第一电流命令，第二电流命令产生单元20b依据第二扭矩命令Tn2以及第二再生回收特性表输出对应的第二电流命令。故在此运作下，第一电动机30的能量损耗等于第一电动机30产生的再生回收能量，而第二电动机31的能量损耗小于第二电动机31产生的再生回收能量，而第二电动机31所产生的未被抵销的再生回收能量可透过第二驱动电路41转换而对二次电池5充电。于一些实施例中，第二再生回收特性表更可为每安培最大扭矩表，且该每安培最大扭矩表在第二电动机31能量损耗最小下并依据第二电动机31状态将第二扭矩命令Tn2转换为第二电流命令。
于一些实施例中，第二电流命令产生单元20b的第二负扭矩电流特性表还包含耗能特性表，其中耗能特性表纪录了所对应的第二电动机31的特性并在负扭矩输出时需消耗能量，且依据第二电动机状态将第二扭矩命令Tn2转换为第二电流命令的转换对照表。于控制器判断扭矩命令Tn为负扭矩输出且控制器判断二次电池5低于满电诊断阀值可正常供电时，扭矩分配单元6对应扭矩命令Tn分配出第一扭矩命令Tn1与第二扭矩命令Tn2，而第一电流命令产生单元20a依据第一扭矩命令Tn1以及第一零回收特性表输出对应的第一电流命令，第二电流命令产生单元20b依据第二扭矩命令Tn2以及耗能特性表输出对应的第二电流命令。故在此运作下，第一电动机30的能量损耗等于第一电动机30产生的再生回收能量，而第二电动机31的能量损耗大于第二电动机31产生的再生回收能量，故当二次电池5输出电能时，例如不正当的放电等，便可通过第二电动机31的能量损耗来抵销二次电池5所输出的电能。
又于其它实施例中，第一负扭矩电流特性表进一步包含第一再生回收特性表，第一再生回收特性表纪录了所对应的第一电动机30的特性并在负扭矩输出时产生再生回收能量，且依据第一电动机状态将第一扭矩命令Tn1转换为第一电流命令的转换对照表。于控制器判断扭矩命令Tn为负扭矩输出且控制器判断二次电池5的电池电压低于满电诊断阀值并可正常供电时，扭矩分配单元6对应该扭矩命令分Tn配出第一扭矩命令Tn1与第二扭矩命令Tn2，第一电流命令产生单元20a依据第一扭矩命令Tn1以及第一再生回收特性表输出对应的第一电流命令，该第二电流命令产生单元20b依据第二扭矩命令Tn2以及耗能特性表输出对应的第二电流命令。
请参阅图6并配合图5，其中图6为图5所示的电动机驱动系统的二次电池在进行充电运作时的电压/电流充电曲线示意图。于一些实施例中，当扭矩命令Tn为负扭矩输出且二次电池5为正常并进行充电运作时，二次电池5会以符合图6所示的充电曲线进行充电，更进一步说明，当电动机驱动系统1b的控制器判断扭矩命令Tn为负扭矩输出时，控制器依据以二次电池5的电池电压Vd(如图6所示的电池电压Vd)低于预设的参考电压区间(例如发生在时间t0～t3之间)而选择进行二次电池5充电的限制电流充电模式，在限制电流充电模式下，控制器控制驱动电路提供二次电池5的电池电流Ie不高于预设的参考电流区间，此外，控制器依据以二次电池5的电池电压Vd不低于参考电压区间(例如发生在时间t3～t4之间)选择进行二次电池5充电的限制电压充电模式，在限制电压充电模式下，控制器控制驱动电路提供二次电池5的电池电流Ie所对应的电池电压Vd落于预设的参考电压区间。
于一些实施例中，参考电压区间进一步包括两个以上参考电压区间，例如图6所示，参考电压区间包含一第一参考电压区间V1、小于第一参考电压区间V1的一第二参考电压区间V2及小于第二参考电压区间V2的一第三参考电压区间V3，其中在充电过程中基于保护二次电池5下，依据该二次电池5特性，将电池电压Vd区分多个区间，而区隔这些区间所对应的电池电压Vd再加上控制所需的电压阀值区间即可定义该第一参考电压区间V1、该第二参考电压区间V2与该第三参考电压区间V3，然而图6所示则未呈现这些电压阀值区间并分别简化为一直线。参考电流区间进一步包括两个以上参考电流区间，例如图6所示，参考电流区间包含一第一参考电流区间I1、小于第一参考电流区间I1的一第二参考电流区间I2及小于第二参考电流区间I2的一第三参考电流区间I3，其中在充电过程中基于保护该二次电池5下，该第一参考电压区间V1、该第二参考电压区间V2与该第三参考电压区间V3所区分的各个充电区间的电池电流再加上控制所需的电流阀值区间即可定义该第一参考电流区间I1、该第二参考电流区间I2与该第三参考电流区间I3，然而图6所示则未呈现这些电流阀值区间并分别简化为一直线。再者，限制电流充电模式进一步括两个以上限制电流充电模式，例如第一限制电流充电模式、第二限制电流充电模式及第三限制电流充电模式。
在第一限制电流充电模式下，控制器控制驱动电路提供二次电池5的电池电流Ie不高于第一参考电流区间I1(即二次电池5的电池电流Ie的上限值为第一电流值I1)，在第二限制电流充电模式下，控制器控制驱动电路提供二次电池5的电池电流Ie不高于第二参考电流区间I2(即二次电池5的电池电流Ie的上限值为第二电流值I2)，在第三限制电流充电模式下，控制器控制驱动电路提供二次电池5的电池电流Ie不高于第三参考电流区间I3(即二次电池5的电池电流Ie的上限值为第三电流值I3)。此外，控制器判断扭矩命令Tn为负扭矩输出时，控制器依据以二次电池5的电池电压Vd低于第一参考电压区间V1且不低于第二参考电压区间V2选择进行二次电池5充电的第一限制电流充电模式，而控制器依据以二次电池5的电池电压Vd低于第二参考电压区间V2且不低于第一参考电压区间V1选择进行二次电池5充电的第二限制电流充电模式，又控制器依据以二次电池5的电池电压Vd低于第三参考电压区间V3选择进行二次电池5充电的第三限制电流充电模式。
当二次电池5为正常并进行充电运作时，图5所示的驱动系统1b会存在多种运作状态，第一种运作状态为由第一扭矩命令Tn1完全匹配扭矩命令Tn，而第二扭矩命令Tn2对应无扭矩输出，即第二电动机31不运作，且第一电动机30可产生多余的再生电能并经由第一驱动电路40转换而对二次电池5充电。第二种运作状态则为第一扭矩命令Tn1与第二扭矩命令Tn2皆非为零，且第一扭矩命令Tn1与第二扭矩命令Tn2所对应的扭矩输出匹配扭矩命令Tn所对应的扭矩输出，而第一电动机30可产生多余的再生电能并经由第一驱动电路40转换而对二次电池5充电，而第二电动机31的能量损耗则等于第二电动机31产生的再生回收能量。第三种运作状态则为第一扭矩命令Tn1与第二扭矩命令Tn2皆非为零，且第一扭矩命令Tn1与第二扭矩命令Tn2所对应的扭矩输出匹配扭矩命令Tn所对应的扭矩输出，且第一电动机30可产生多余的再生电能并经由第一驱动电路40转换而对二次电池5充电，而第二电动机31亦可产生多余的再生电能并经由第二驱动电路41转换而对二次电池5充电。第四种运作状态则为第一扭矩命令Tn1与第二扭矩命令Tn2皆非为零，且第一扭矩命令Tn1与第二扭矩命令Tn2所对应的扭矩输出匹配扭矩命令Tn所对应的扭矩输出，且第二电动机31的能量损耗大于第二电动机31产生的再生回收能量，而第一电动机30可产生多余的再生电能，第一电动机30产生的多余的再生电能可经由第一驱动电路40转换而对二次电池5充电，和/或由第二电动机31消耗。以下将分别说明驱动系统1b在不同运作状态下的运作方式。于一些实施例中，如图5所示，第一电流命令产生单元20a的第一负扭矩电流特性表还包含第一再生回收特性表，其中第一再生回收特性表纪录了所对应的第一电动机30的特性并在负扭矩输出时产生再生回收能量，且依据第一电动机状态将第一扭矩命令Tn1转换为第一电流命令的转换对照表。而在第一运作状态下，即扭矩分配单元6对应扭矩命令Tn分配出第一扭矩命令Tn1与第二扭矩命令Tn2，且第一扭矩命令Tn1匹配扭矩命令Tn，第二扭矩命令Tn2对应无扭矩输出时，此时第一电流命令产生单元20a依据第一扭矩命令Tn1以及第一再生回收特性表输出对应的第一电流命令。故在此第一运作状态下，第一电动机30的能量损耗小于第一电动机30产生的再生回收能量，第一电动机30所产生的未被抵销的再生回收能量可透过第一驱动电路40转换而对二次电池5充电。在第一种状态下，第一电动机30产生的再生回收能量使得驱动电路输出电力符合二次电池5的限制电流充电模式或限制电压充电模式，使二次电池5以符合图6所示的充电曲线进行充电。
在第二运作状态下，即扭矩分配单元6对应扭矩命令Tn分配出第一扭矩命令Tn1与第二扭矩命令Tn2，且第一扭矩命令Tn1与第二扭矩命令Tn2所对应的扭矩输出总和匹配扭矩命令Tn所对应的扭矩输出，此时第一电流命令产生单元20a依据第一扭矩命令Tn1以及第一再生回收特性表输出对应的第一电流命令，且第二电流命令产生单元20b分别依据第二扭矩命令Tn2以及第二零回收特性表输出对应的第二电流命令。故在此第二运作状态下，第一电动机30的能量损耗小于第一电动机30产生的再生回收能量，第一电动机30所产生的未被抵销的再生回收能量可透过第一驱动电路40转换而对二次电池5充电，而第二电动机31的能量损耗等于第二电动机31产生的再生回收能量。在第二种状态下，第一电动机30产生的再生回收能量使得驱动电路输出电力符合二次电池5的限制电流充电模式或限制电压充电模式，使二次电池5以符合图6所示的充电曲线进行充电。
在第三运作状态下，即扭矩分配单元6对应扭矩命令Tn分配出第一扭矩命令Tn1与第二扭矩命令Tn2，且第一扭矩命令Tn1与第二扭矩命令Tn2所对应的扭矩输出总和匹配扭矩命令Tn所对应的扭矩输出，此时第一电流命令产生单元20a依据第一扭矩命令Tn1以及第一再生回收特性表输出对应的第一电流命令，且第二电流命令产生单元20b分别依据第二扭矩命令Tn2以及第二再生回收特性表输出对应的第二电流命令。故在此第三运作状态下，第一电动机30的能量损耗小于第一电动机30产生的再生回收能量，第一电动机30所产生的未被抵销的再生回收能量可透过第一驱动电路40转换而对二次电池5充电，而第二电动机31的能量损耗小于第二电动机31产生的再生回收能量，第二电动机31所产生的未被抵销的再生回收能量可透过第二驱动电路41转换而对二次电池5充电。在第三种状态下，第一电动机30及第二电动机31产生的再生回收能量使得驱动电路输出电力符合二次电池5的限制电流充电模式或限制电压充电模式，使二次电池5以符合图6所示的充电曲线进行充电。
在第四运作状态下，即扭矩分配单元6对应扭矩命令Tn分配出第一扭矩命令Tn1与第二扭矩命令Tn2，且第一扭矩命令Tn1与第二扭矩命令Tn2所对应的扭矩输出总和匹配扭矩命令Tn所对应的扭矩输出，此时第一电流命令产生单元20a依据第一扭矩命令Tn1以及第一再生回收特性表输出对应的第一电流命令，且第二电流命令产生单元20b分别依据第二扭矩命令以及耗能特性表输出对应的第二电流命令。故在此第四运作状态下，第一电动机30的能量损耗小于第一电动机30产生的再生回收能量，而第二电动机31的能量损耗大于第二电动机31产生的再生回收能量，且第一电动机30所产生的未被抵销的再生回收能量可透过第一驱动电路40转换而对二次电池5充电，或由第二电动机31进行消耗。在第四种状态下，第一电动机31的再生回收能量抵消第二电动机32的消耗能量，使得驱动电路输出电力符合二次电池5的限制电流充电模式或限制电压充电模式，使二次电池5以符合图6所示的充电曲线进行充电。
请再参阅图7并配合图5和图6，其中图7为图5所示的电动机驱动系统的扭矩分配单元的扭矩分配方法的步骤示意图。如图所示，电动机驱动系统1b的扭矩分配单元6会且预设参考电压区间及参考电流，其中参考电压落在参考电压内，参电流落在参考电流区间内，且扭矩分配单元6执行扭矩分配方法，包含下列步骤。
步骤S10，扭矩分配单元6依据扭矩命令Tn进行第一扭矩命令Tn1的计算。其中步骤S10的计算方式可依据实际需求来预先设定。
步骤S11，扭矩分配单元6判断二次电池5的电池电压Vd是否大于或等于扭矩分配单元6所预设的参考电压区间。
步骤S12，当扭矩分配单元6判断二次电池5的电池电压Vd大于或等于参考电压时，扭矩分配单元6会加大参考电流。
步骤S13，扭矩分配单元6判断参考电流是否大于最大充电电流命令。于本实施例中，最大充电电流命令会依据二次电池5当下电池电压Vd在不同电压范围内而有不同数值，当参考电流等于最大充电电流命令时，即代表驱动电路提供给二次电池5的电池电流Ie已达到当下二次电池5的电池电压Vd所对应的参考电流区间的上限值。
步骤S14，当扭矩分配单元6判断参考电流大于最大充电电流命令时，扭矩分配单元6限制参考电流等于最大充电电流命令。
步骤S15，扭矩分配单元6判断参考电流是否大于二次电池5的电池电流Ie。
步骤S16，当扭矩分配单元6判断参考电流大于二次电池5的电池电流Ie时，扭矩分配单元6加大第一扭矩命令Tn1。
步骤S17，扭矩分配单元6判断第一扭矩命令Tn1是否大于扭矩命令Tn。
步骤S18，当扭矩分配单元6判断第一扭矩命令Tn1大于扭矩命令Tn时，扭矩分配单元6限制第一扭矩命令Tn1等于扭矩命令Tn。
步骤S19，扭矩分配单元6输出第一扭矩命令Tn1给第一控制器2a。
步骤S20，扭矩分配单元6依据扭矩命令Tn与第一扭矩命令Tn1两者的相减结果输出第二扭矩命令Tn2给第二控制器2b。
步骤S21，当扭矩分配单元6判断二次电池5的电池电压Vd小于预设的参考电压时，扭矩分配单元6减小参考电流，再执行步骤S15。在此步骤中，参考电流可被减小至零。
步骤S22，当扭矩分配单元6判断参考电流不大于二次电池5的电池电流Ie时，扭矩分配单元6减小第一扭矩命令Tn1，再执行步骤S19。在此步骤中，第一扭矩命令Tn1可被减小至零。
另外，当步骤S13中扭矩分配单元6判断参考电流不大于最大充电电流命令时，则执行步骤S15。当步骤S17中扭矩分配单元6判断第一扭矩命令Tn1不大于扭矩命令Tn时，则执行步骤S19。
因此为了在二次电池5的电池电压Vd不低于满电诊断阀值时让二次电池5以符合图6所示的充电曲线进行充电，扭矩分配单元6便会依据二次电池5的电池电压Vd、二次电池5的电池电流Ie及扭矩命令Tn分配第一扭矩命令Tn1及第二扭矩命令Tn2。当电池电压Vd及参考电压相异时，扭矩分配单元6会调整参考电流，例如当参考电压大于电池电压Vd时，扭矩分配单元6会调整参考电流变大，但不会超过最大充电电流命令，反之，当参考电压小于电池电压Vd时，扭矩分配单元6会调整参考电流变小。当电池电流Ie及参考电流的相异时，扭矩分配单元6会调整第一扭矩命令Tn1，例如当参考电流大于电池电流Ie时，扭矩分配单元6会调整第一扭矩命令Tn1变大，但不会超过扭矩命令Tn，反之，当参考电流小于电池电流Ie时，扭矩分配单元6会调整第一扭矩命令Tn1变小。
综上所述，本发明提供一种电动机驱动系统及扭矩分配方法，电动机驱动系统的控制器根据扭矩命令及电动机的电动机状态配合控制器的零回收特性表对应输出电流命令，以控制电动机的运作，进而让电动机产生的再生回收能量完全由电动机的能量损耗抑制，由此不但增加电动机制动的可用性，更减少机械制动器的磨损与过多热能累积，此外，也避免再生回收能量对电动机驱动系统造成损坏，更因电动机驱动系统无须额外设置其他装置来消耗再生回收能量而使电动机驱动系统的空间利用率增加并减少生产成本。更甚者，在电动机驱动系统具有两个电动机且接获扭矩命令时，电动机驱动系统控制两个电动机协作，以让电动机产生的再生回收能量能以符合电池充电曲线的情况下对二次电池进行充电，由此保护二次电池。

Claims (21)

1.一种电动机驱动系统，包含:
电动机；
驱动电路，其将输入电力转换并供给驱动电流至所述电动机并驱动所述电动机；及
控制器，其进一步包含电流命令产生单元，所述电流命令产生单元输出电流命令对应所述控制器接收的扭矩命令以及电动机状态，所述电流命令包括d轴电流命令和/或q轴电流命令，所述控制器依据所述驱动电流坐标转换为d轴电流和/或q轴电流，并控制所述驱动电路使得所述驱动电流趋近于所述电流命令所对应的所述d轴电流命令和/或所述q轴电流命令；
其中，所述电流命令产生单元进一步包含每安培最大扭矩表与零回收特性表，所述每安培最大扭矩表在所述电动机能量损耗最小下并依据所述电动机状态将所述扭矩命令转换为所述电流命令，所述零回收特性表在所述电动机能量损耗与再生回收能量相互抵消下并依据所述电动机状态将所述扭矩命令转换为所述电流命令；
其中于所述控制器接收所述扭矩命令为正扭矩输出时，所述电流命令产生单元依据所述每安培最大扭矩表输出对应的所述电流命令，于所述控制器接收所述扭矩命令为负扭矩输出时，所述电流命令产生单元依据所述零回收特性表输出对应的所述电流命令。
2.根据权利要求1所述的电动机驱动系统，其中还包含二次电池，所述二次电池供给所述输入电力至所述驱动电路，所述驱动电路由所述控制器控制，且输出所述驱动电流给所述电动机，或是对所述二次电池进行充电；
其中，于所述控制器接收所述扭矩命令为负扭矩输出且所述控制器判断所述二次电池的电池电压不低于满电诊断阀值或所述二次电池异常时，所述电流命令产生单元依据所述零回收特性表输出对应的所述电流命令。
3.根据权利要求2所述的电动机驱动系统，其中，于所述控制器接收所述扭矩命令为负扭矩输出且所述二次电池的所述电池电压低于所述满电诊断阀值时，所述电流命令产生单元根据所述每安培最大扭矩表对应输出所述电流命令，且所述控制器控制所述驱动电路对所述二次电池进行充电。
4.根据权利要求1所述的电动机驱动系统，其中所述控制器更接收关于所述电动机环境温度的温度信息，且所述零回收特性表纪录了在不同的所述扭矩命令、所述电动机不同的转速及所述电动机不同的环境温度下，能让所述电动机的能量损耗等于所述电动机产生的再生回收能量所对应的所述电流命令，且于所述控制器接收所述扭矩命令为负扭矩输出时，所述电流命令产生单元根据当下所述扭矩命令、所述电动机当下转速及所述电动机当下环境温度配合所述零回收特性表对应调整所述电流命令，以让所述电动机产生的再生回收能量完全由所述电动机的能量损耗抑制，其中所述电动机状态包含所述电动机当下转速及所述电动机当下环境温度。
5.一种电动机驱动系统，包含:
电动机，包含第一电动机及第二电动机；
驱动电路，包含第一驱动电路及第二驱动电路，分别将输入电力转换且供给第一驱动电流与第二驱动电流至所对应的所述第一与所述第二电动机，并分别驱动所对应的所述第一电动机与所述第二电动机；以及
控制器，其包含扭矩分配单元、第一控制器及第二控制器，所述扭矩分配单元接收扭矩命令并对应分配第一扭矩命令与第二扭矩命令分别给对应的所述第一控制器与所述第二控制器；所述第一控制器与所述第二控制器分别进一步包含第一电流命令产生单元及第二电流命令产生单元，所述第一与所述第二电流命令产生单元分别输出第一电流命令与第二电流命令对应所述第一与所述第二扭矩命令及第一与第二电动机状态，所述第一电流命令包括第一d轴电流命令和/或第一q轴电流命令，所述第二电流命令包括第二d轴电流命令和/或第二q轴电流命令，所述控制器对应依据所述第一与所述第二驱动电流坐标各自转换为d轴电流和/或q轴电流并控制所对应的所述第一与所述第二驱动电路使得所述第一与所述第二驱动电流趋近于所述第一与所述第二电流命令所对应的所述d轴电流和/或所述q轴电流；
其中所述第一与所述第二电流命令产生单元分别包含第一负扭矩电流特性表与第二负扭矩电流特性表，所述第一与所述第二负扭矩电流特性表分别在所对应的所述第一与所述第二电动机为负扭矩输出时依据所述第一与所述第二电动机状态将所述第一与所述第二扭矩命令转换为所述第一电流命令及所述第二电流命令；
所述第一控制器接收所述第一扭矩命令为负扭矩输出时，所述第一电流命令产生单元依据所述第一负扭矩电流特性表输出对应的所述第一电流命令；
所述第二控制器接收所述第二扭矩命令为负扭矩输出时，所述第二电流命令产生单元依据所述第二负扭矩电流特性表输出对应的所述第二电流命令。
6.根据权利要求5所述的电动机驱动系统，其中所述第一与所述第二负扭矩电流特性表分别包含第一零回收特性表与第二零回收特性表，所述第一与所述第二零回收特性表分别所对应的所述第一与所述第二电动机能量损耗与再生回收能量相互抵消下并依据所述第一与所述第二电动机状态将所述第一与所述第二扭矩命令转换为所述第一与所述第二电流命令；
所述第一控制器接收所述第一扭矩命令为负扭矩输出时，所述第一电流命令产生单元进一步依据所述第一负扭矩电流特性表中的所述第一零回收特性表输出对应的所述第一电流命令；以及
所述第二控制器接收所述第二扭矩命令为负扭矩输出时，所述第二电流命令产生单元依据所述第二负扭矩电流特性表中的所述第二零回收特性表输出对应的所述第二电流命令。
7.根据权利要求6所述的电动机驱动系统，其中还包含一二次电池，所述二次电池供给所述输入电力至所述驱动电路，所述驱动电路由所述控制器控制，且输出所述驱动电流给所述电动机，或是对所述二次电池进行充电；
其中，于所述控制器判断所述扭矩命令为负扭矩输出且所述控制器判断所述二次电池的电池电压不低于满电诊断阀值或所述二次电池异常时，所述扭矩分配单元对应所述扭矩命令分配出所述第一与所述第二扭矩命令，所述第一与所述第二电流命令产生单元分别依据所述第一与所述第二扭矩命令以及所述第一与所述第二零回收特性表输出对应的所述第一与所述第二电流命令。
8.根据权利要求7所述的电动机驱动系统，其中所述第二负扭矩电流特性表进一步包含第二再生回收特性表，所述第二再生回收特性表所对应的所述第二电动机的特性并在负扭矩输出时产生再生回收能量，且依据所述第二电动机状态将所述第二扭矩命令转换为所述第二电流命令；
所述控制器判断所述扭矩命令为负扭矩输出且所述控制器判断所述二次电池的电池电压低于满电诊断阀值时，所述扭矩分配单元对应所述扭矩命令分配出所述第一与所述第二扭矩命令，所述第一电流命令产生单元依据所述第一扭矩命令以及所述第一零回收特性表输出对应的所述第一电流命令，所述第二电流命令产生单元依据所述第二扭矩命令以及所述第二再生回收特性表输出对应的所述第二电流命令。
9.根据权利要求8所述的电动机驱动系统，其中所述第二再生回收特性表每安培最大扭矩表，且所述每安培最大扭矩表在所述第二电动机能量损耗最小下并依据所述第二电动机状态将所述第二扭矩命令转换为所述第二电流命令。
10.根据权利要求7所述的电动机驱动系统，其中所述第二负扭矩电流特性表进一步包含耗能特性表，所述耗能特性表所对应的所述第二电动机的特性并在负扭矩输出时需消耗能量，且依据所述第二电动机状态将所述第二扭矩命令转换为所述第二电流命令；
所述控制器判断所述扭矩命令为负扭矩输出且所述控制器判断所述二次电池低于满电诊断阀值并可正常供电时，所述扭矩分配单元对应所述扭矩命令分配出所述第一与所述第二扭矩命令，所述第一电流命令产生单元依据所述第一扭矩命令以及所述第一零回收特性表输出对应的所述第一电流命令，所述第二电流命令产生单元依据所述第二扭矩命令以及所述耗能特性表输出对应的所述第二电流命令。
11.根据权利要求5所述的电动机驱动系统，其中还包含二次电池，所述二次电池供给所述输入电力至所述驱动电路，所述驱动电路由所述控制器控制，且输出所述驱动电流给所述电动机，或是对所述二次电池进行充电；所述第一负扭矩电流特性表进一步包含第一再生回收特性表，所述第一再生回收特性表所对应的所述第一电动机的特性并在负扭矩输出时产生再生回收能量，且依据所述第一电动机状态将所述第一扭矩命令转换为所述第一电流命令；以及所述第二负扭矩电流特性表进一步包含耗能特性表，所述耗能特性表所对应的所述第二电动机的特性并在负扭矩输出时需消耗能量，且依据所述第二电动机状态将所述第二扭矩命令转换为所述第二电流命令；
其中，于所述控制器判断所述扭矩命令为负扭矩输出且所述控制器判断所述二次电池的电池电压低于满电诊断阀值并可正常供电时，所述扭矩分配单元对应所述扭矩命令分配出所述第一与所述第二扭矩命令，所述第一电流命令产生单元依据所述第一扭矩命令以及所述第一再生回收特性表输出对应的所述第一电流命令，所述第二电流命令产生单元依据所述第二扭矩命令以及所述耗能特性表输出对应的所述第二电流命令。
12.根据权利要求5所述的电动机驱动系统，其中所述第一负扭矩电流特性表进一步包含第一再生回收特性表，所述第一再生回收特性表所对应的所述第一电动机的特性并在负扭矩输出时产生再生回收能量，且依据所述第一电动机状态将所述第一扭矩命令转换为所述第一电流命令；以及所述第二负扭矩电流特性表进一步包含耗能特性表，所述耗能特性表所对应的所述第二电动机的特性并在负扭矩输出时需消耗能量，且依据所述第二电动机状态将所述第二扭矩命令转换为所述第二电流命令；
其中，于所述控制器判断所述扭矩命令为负扭矩输出时，所述扭矩分配单元对应所述扭矩命令分配出所述第一与所述第二扭矩命令，所述第一电流命令产生单元依据所述第一扭矩命令以及所述第一再生回收特性表输出对应的所述第一电流命令，所述第二电流命令产生单元依据所述第二扭矩命令以及所述耗能特性表输出对应的所述第二电流命令；
其中，所述第一电动机产生再生回收能量与所述第二电动机消耗能量相互抵消。
13.根据权利要求6所述的电动机驱动系统，其中所述第一控制器更接收关于所述第一电动机环境温度的第一温度信息，且所述第一零回收特性表纪录了在不同的所述第一扭矩命令、所述第一电动机不同的转速及所述第一电动机不同的环境温度下，能让所述第一电动机的能量损耗等于所述第一电动机产生的再生回收能量所对应的所述第一电流命令，所述第二控制器更接收关于所述第二电动机的环境温度的第二温度信息，所述第二零回收特性表纪录了在不同的所述第二扭矩命令、所述第二电动机不同的转速及所述第二电动机不同的环境温度下，能让所述第二电动机的能量损耗等于所述第二电动机产生的再生回收能量所对应的所述第二电流命令，其中所述第一电动机状态包含所述第一电动机当下转速及所述第一电动机当下环境温度，所述第二电动机状态包含所述第二电动机当下转速及所述第二电动机当下环境温度。
14.根据权利要求5所述的电动机驱动系统，其中还包含二次电池，所述二次电池供给所述输入电力至所述驱动电路，所述驱动电路由所述控制器控制，且输出所述驱动电流给所述电动机，或是对所述二次电池进行充电；
其中，所述控制器判断所述扭矩命令为负扭矩输出时，所述控制器依据以所述二次电池的电池电压低于预设的参考电压区间选择进行所述二次电池充电的限制电流充电模式，且所述控制器依据以所述二次电池的所述电池电压不低于所述参考电压区间选择进行所述二次电池充电的限制电压充电模式；
其中在所述限制电流充电模式下，所述控制器控制所述驱动电路提供所述二次电池的电池电流不高于所述参考电流区间，在所述限制电压充电模式下，所述控制器控制所述驱动电路提供所述二次电池的电池电压不高于所述参考电压区间。
15.根据权利要求14所述的电动机驱动系统，其中所述参考电压区间进一步包括第一参考电压区间以及小于所述第一参考电压区间的第二参考电压区间；所述参考电流区间进一步包括第一参考电流区间以及小于所述第一参考电流区间的第二参考电流区间；及所述限制电流充电模式进一步包括第一限制电流充电模式与第二限制电流充电模式；
其中，所述第一限制电流充电模式下，所述控制器控制所述驱动电路提供所述二次电池的电池电流不高于所述第一参考电流区间；及所述第二限制电流充电模式下，所述控制器控制所述驱动电路提供所述二次电池的电池电流不高于所述第二参考电流区间；
其中，所述控制器判断所述扭矩命令为负扭矩输出时，所述控制器依据以所述二次电池的所述电池电压低于所述第一参考电压区间且不低于所述第二参考电压区间选择进行所述二次电池充电的所述第一限制电流充电模式；及所述控制器依据以所述二次电池的所述电池电压低于所述第二参考电压区间选择进行所述二次电池充电的所述第二限制电流充电模式。
16.根据权利要求14所述的电动机驱动系统，其中所述第一负扭矩电流特性表进一步包含第一再生回收特性表，所述第一再生回收特性表所对应的所述第一电动机的特性并在负扭矩输出时产生再生回收能量，且依据所述第一电动机状态将所述第一扭矩命令转换为所述第一电流命令；所述扭矩分配单元对应所述扭矩命令分配出所述第一与所述第二扭矩命令，且所述第一扭矩命令匹配所述扭矩命令，所述第二扭矩命令对应无扭矩输出；及所述第一电流命令产生单元分别依据所述第一扭矩命令以及所述第一再生回收特性表输出对应的所述第一电流命令，且所述第一电动机产生的再生回收能量使得所述驱动电路输出电力符合所述二次电池的所述限制电流充电模式或所述限制电压充电模式。
17.根据权利要求14所述的电动机驱动系统，其中所述第一负扭矩电流特性表进一步包含第一再生回收特性表，所述第一再生回收特性表所对应的所述第一电动机的特性并在负扭矩输出时产生再生回收能量，且依据所述第一电动机状态将所述第一扭矩命令转换为所述第一电流命令；所述第二负扭矩电流特性表进一步包含第二零回收特性表，所述第二零回收特性表所对应的所述第二电动机能量损耗与再生回收能量相互抵消下并依据所述第二电动机状态将所述第二扭矩命令转换为所述第二电流命令；所述扭矩分配单元对应所述扭矩命令分配出所述第一与所述第二扭矩命令，且所述第一扭矩命令与所述第二扭矩命令所对应的扭矩输出匹配所述扭矩命令所对应的扭矩输出；所述第一电流命令产生单元分别依据所述第一扭矩命令以及所述第一再生回收特性表输出对应的所述第一电流命令，且所述第二电流命令产生单元分别依据所述第二扭矩命令以及所述第二零回收特性表输出对应的所述第二电流命令；及所述第一电动机产生的再生回收能量使得所述驱动电路输出电力符合所述二次电池的所述限制电流充电模式或所述限制电压充电模式。
18.根据权利要求14所述的电动机驱动系统，其中所述第一与所述第二负扭矩电流特性表分别进一步包含第一再生回收特性表与第二再生回收特性表，所述第一与所述第二再生回收特性表所对应的所述第一与所述第二电动机的特性并在负扭矩输出时产生再生回收能量，且依据所述第一与所述第二电动机状态将所述第一与所述第二扭矩命令转换为所述第一与所述第二电流命令；所述扭矩分配单元对应所述扭矩命令分配出所述第一与所述第二扭矩命令，且所述第一扭矩命令与所述第二扭矩命令所对应的扭矩输出匹配所述扭矩命令所对应的扭矩输出；及所述第一与所述第二电流命令产生单元分别依据所述第一与所述第二扭矩命令以及所述第一与所述第二再生回收特性表输出对应的所述第一与所述第二电流命令；及所述第一电动机与所述第二电动机产生的再生回收能量使得所述驱动电路输出电力符合所述二次电池的所述限制电流充电模式或所述限制电压充电模式。
19.根据权利要求14所述的电动机驱动系统，其中所述第一负扭矩电流特性表进一步包含一第一再生回收特性表，所述第一再生回收特性表所对应的所述第一电动机的特性并在负扭矩输出时产生再生回收能量，且依据所述第一电动机状态将所述第一扭矩命令转换为所述第一电流命令；所述第二负扭矩电流特性表进一步包含一耗能特性表，所述耗能特性表所对应的所述第二电动机的特性并在负扭矩输出时需消耗能量，且依据所述第二电动机状态将所述第二扭矩命令转换为所述第二电流命令；所述扭矩分配单元对应所述扭矩命令分配出所述第一与所述第二扭矩命令，且所述第一扭矩命令与所述第二扭矩命令所对应的扭矩输出匹配所述扭矩命令所对应的扭矩输出；及所述第一电流命令产生单元分别依据所述第一扭矩命令以及所述第一再生回收特性表输出对应的所述第一电流命令，且所述第二电流命令产生单元分别依据所述第二扭矩命令以及所述耗能特性表输出对应的所述第二电流命令；及所述第一电动机的再生回收能量抵消所述第二电动机的消耗能量使得所述驱动电路输出电力符合所述二次电池的所述限制电流充电模式或所述限制电压充电模式。
20.一种扭矩分配方法，应用于根据权利要求14-19的任一项的所述电动机驱动系统的所述控制器的所述扭矩分配单元中，所述扭矩分配方法包含步骤:
(s10)依据所述扭矩命令进行所述第一扭矩命令的计算；
(s11)判断所述二次电池的一电池电压是否大于预设的一参考电压；
(s12)当所述步骤(s11)的判断结果为所述电池电压大于所述参考电压时，加大所述参考电流；
(s13)判断所述参考电流是否大于一最大充电电流命令；
(s14)当所述步骤(s13)的判断结果为所述参考电流大于所述最大充电电流命令时，限制所述参考电流等于所述最大充电电流命令；
(s15)判断所述参考电流是否大于所述二次电池的一电池电流；
(s16)当所述步骤(s15)的判断结果为所述参考电流大于所述电池电流时，加大所述第一扭矩命令；
(s17)判断所述第一扭矩命令是否大于所述扭矩命令；
(s18)当所述步骤(s17)的判断结果为所述第一扭矩命令大于所述扭矩命令时，限制所述第一扭矩命令等于所述扭矩命令；
(s19)输出所述第一扭矩命令；
(s20)依据所述扭矩命令与所述第一扭矩命令两者的相减结果输出所述第二扭矩命令；
(s21)当所述步骤(s11)的判断结果为所述电池电压不大于所述参考电压时，减小所述参考电流，并执行所述步骤(s15)；以及
(s22)当所述步骤(s15)的判断结果为所述参考电流不大于所述电池电流时，减小所述第一扭矩命令，并执行所述步骤(s19)；
其中当所述步骤(s13)的判断结果为所述参考电流不大于所述最大充电电流命令时，执行所述步骤(S15)。
21.根据权利要求20所述的扭矩分配方法，其中所述最大充电电流命令依据所述二次电池当下所述电池电压的电压范围而有不同数值。
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