CN102815217A - 用再生制动系统加热催化转换器和给电气附件供电的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用再生制动系统加热催化转换器和给电气附件供电的方法。一种用于机动车辆的方法，包括使用由于再生制动的应用而产生电流的再生制动系统，并将电流的至少一部分直接发送至车辆的电气附件，绕过电池。一种电气附件可为电加热催化转化器。

Description

用再生制动系统加热催化转换器和给电气附件供电的方法
技术领域
本发明涉及通过使用由再生制动系统产生的电流加热催化转化器或给其它车辆电气附件供电的系统。
背景技术
再生制动通过将运动形式的车辆动能转换为被电动机和/或发电机以发电机模式运行所使用的电能来减慢或停止机动车辆。当车辆操作员应用制动踏板时，开始发电机模式。制动控制器感测踏板下压量，然后向电动机控制器发送有关需要多少再生制动的输入信息。换句话说，开始制动控制请求。电动机控制器通过电压控制响应，指令电动发电机处于发电机模式，即再生制动，与推进模式相对产生电能。这种产生的电流形式的电能通常用来给车辆电池充电。
与仅仅将机动车辆的动能转换为耗散进大气的热量（即，被摩擦制动转换为热量的能量浪费了）的传统摩擦制动相比，使用制动能量来给机动车辆电池充电是巨大的能量管理进步。然而，在仅仅给车辆电池重新充电之后立即就使电池放电，以在车辆别处提供电能，仍会有往复能量损失。
多种环境排放规章也可应用于机动车辆，无论车辆是由电池、内燃机还是两者混合来提供动力。含有内燃机的车辆满足排放要求的一种方式是将其废气排放引导通过催化转化器。无论是用于汽油发动机还是柴油发动机，以及无论是三效催化剂、柴油氧化催化剂还是稀薄NOx捕集器，当催化转化器被加热至特定最小温度时，即其点火温度时，它们都会最有效地工作。如本文所使用的，我们对于所有类型的不同构造的催化转化器都使用一般意义上的术语“催化转化器”。
仅仅燃烧发动机供能的机动车辆会将催化转化器从其冷起动状态快速地加热，并在多数车辆操作期间将其保持在其点火温度，以减少不期望的排放。然而，基于电动机和内燃机运行的混合动力车辆产生了更加复杂的问题。内燃机仅仅是间歇使用的。在电动机驱动车辆时通常不使用内燃机。因此，催化转化器也仅仅是间歇地使用，且在使用期间之间变凉。因此，由于催化转化器反复地返回其冷起动状态，所以其使用中相当一部分是在低于点火温度下使用。对于某些车辆，例如增程电动车或插电式混合电动车，对于车辆行驶的最初里程可能不会使用内燃机。
期望预先加热混合动力车中的催化转化器，以便在燃烧发动机间歇使用期间使催化转化器在其点火温度或比点火温度更高的温度下发挥作用。已知的是，将电加热催化转化器（EHC）连接至车辆电池以预先加热催化转化器。然而，这种技术会引起电池的过多再充电和能量的消耗，缩短车辆电池的寿命。
期望一种再生制动系统，其直接向耗电装置提供所需的电能，例如电加热催化转化器，且因此绕过车辆电池。
发明内容
一种加热机动车辆的催化转化器的方法，包括提供因再生制动的应用而产生电流的再生制动系统。所述再生制动由电动机控制器控制，该电动机控制器感测例如何时制动踏板被下压。制动控制器感测踏板下压量，并发送适当的信息至电动机控制器。电动机控制器进而发送适当的指令至电动发电机，将电动发电机从向车轮施加能量的模式（即，推进模式）转换为发电机模式（即，将车轮的动能转换为电流的再生制动模式）。所述电流的至少一部分被发送至与催化转化器结合的电加热器，以绕过机动车辆中的电池加热催化转化器。
优选地，通过将催化转化器的预定基准温度与转化器的感测温度作比较来确定要供给至催化转化器的电流的百分比。再生制动系统的电流的其余部分被引导至电池或其它车辆附件。还可通过利用电池的健康状态或荷电状态和转化器温度来确定发送至催化转化器的电流的百分比。还可通过下组变量中的一个或多个来确定发送至催化转化器的电流的百分比：发动机速度、车辆速度、转化器寿命和环境空气温度。
在一个实施例中，所述再生制动系统设置在增程电动车中，被引导至催化转化器的电流的百分比部分地通过感测电池中剩余的荷电水平来确定。当感测到荷电水平低于预定水平时，再生制动系统的电流被传至电加热催化转化器。
在本发明的另一方面，一种增加用于机动车辆的电池的寿命和降低电池Ah输出的方法包括，提供由于再生制动的应用而产生电流的再生制动系统。所述电流的至少一部分被直接发送至所述车辆的电气附件，绕过所述电池。
优选地，通过比较所述电气附件的功耗需要来确定绕过所述电池而直接供给至所述电气附件的电流的所述一部分，并将超过所述功耗需要的其余部分的电流从所述再生制动系统引导至所述电池或其它车辆附件。
附图说明
现在参考附图，其中：
图1为示意地公开再生制动的流程图，该再生制动在制动功率期间产生通向控制器的电流I，总电流的一部分 ƒI被引至电加热催化转化器（EHC）；
图2为示出因在不同初始催化转化器温度应用10 kW的再生制动功率1、2和3秒再生制动功率持续时间引起催化转化器温度升高的建模结果的曲线图；以及
图3为类似于图2的曲线图，示出了因在不同初始催化转化器温度应用20 kW的再生制动功率1、2和3秒再生制动功率持续时间引起催化转化器温度升高的建模结果。
具体实施方式
现存参考图1，当操作员应用制动踏板时激活再生制动系统10。制动控制器感测制动踏板下压量，并发送信息至电动机控制器，该电动机控制器进而发送适当的控制信号至电动发电机，将电动发电机置于发电机模式，即再生制动模式，与推进模式相对。当应用再生制动时，再生制动产生再生制动功率，进而产生通向控制器/功率分配系统12的电流I。功率分配系统将一部分电流 ƒI直接输送至电加热催化转化器（EHC）14。其余部分的电流(1-ƒ)I被输送至电池16或通过附件电力总线17输送至其它附件。
功率分配系统可通过提供比较器18来确定分数ƒ，该比较器18确定转换器的预定基准温度20与由转换器温度传感器22感测的转换器实际温度之间的差异，以形成用来输入至控制器以计算分数ƒ的误差因子e。换句话说，e= Ts-Tref。误差因子e可为更加复杂的函数，利用来自环境温度传感器24的环境空气温度产生e(Ts, Tref, Ta)。也可利用其它变量，例如发动机速度或rpms，车辆速度、转化器寿命、电池健康状态、或电池的荷电状态，以确定误差因子e。
电加热催化转化器可具有金属整体构造，使得其本身为电导体或加热器。
图2中示出了应用10 kW再生制动系统的建模结果，其示出了1秒、2秒和3秒的持续时间的制动应用，其中10 kW的再生制动功率在规定的持续时间内线性下降至0 kW。例如，在20℃的初始温度，可看到在一秒的持续时间内下降至0 kW，建模的最终温度上升至超过100℃。两秒的持续时间，最终温度升高至超过200℃。三秒的持续时间，产生几乎300℃的最终温度。在220℃和420℃的初始转化器温度也会发现，对于一、二和三秒持续时间的再生制动从10 kW线性地降至0 kW，有类似的温度升高。
尽管许多现有混合动力车具有只有有限充电率的小型电池，但是一些较大的电池（例如增程电动车中当前使用的一些电池）现在能接受较大充电率的充电。图3示出了用于更大的20 kW再生制动系统的建模结果，其示出了相同的20℃、220℃和420℃的初始转化器温度。开始进行20 kW的应用，并且其在规定的持续时间内线性地下降至0 kW。对于所有这三个初始温度20℃、220℃和420℃，所有的一、二和三秒的应用都发现了温度的显著升高。
这种加热电加热催化转化器的方法可应用于许多混合电动车。它有助于将催化转化器保持在或接近其点火温度，以提供催化转化器的最优操作。这种催化转化器的直接电加热对于混合动力和插电式混合动力车中燃烧发动机的间歇使用非常有用。
还发现可有效应用于增程电动车，该增程电动车仅使用电力源，直到其放电一定的量，此时使用内燃机。催化转化器可被预先加热，例如，当传感器指示对于电池使用仅剩余几英里时，在此时催化转化器因此可使用再生制动系统来预先加热且在内燃机起动时准备好。传感器可检测电池的荷电水平，当该水平处于或低于特定预定水平时，则可将再生制动能量引导至电加热催化转化器。
对于城市交通期间经历过多停车的混合动力公交车也具有明显的应用。
这样，通过在内燃机起动之前预先加热催化转化器，以低能量为代价实现了内燃机的不期望排放的降低。这种应用可用来帮助遵从未来可能更加严格的限制标准催化转化器冷起动期间排放的国内外政府规定。另外，通过向电加热催化转化器直接应用再生制动功率，避免了往复能量损失，从而显著地降低了总能量损失。例如，再生制动能量直接通向电池导致充电能量损失，然后从电池放电至电加热催化转化器又导致放电能量损失。通过将再生制动电流直接应用至电加热催化转化器，避免了这种往复双倍损失。另外，避免了电池的无用Ah输出，从而延长了混合动力车的电池寿命。
这样，因为尽管现在电池可能只具有有限的再充电率，但是可将再生电池系统超过电池再充电率的过多电流应用到其它附件，因此更大的再生制动系统也可以应用于车辆。除了电加热催化转化器之外，可利用由更大的再生制动系统提供的功率进行其它应用，例如天气冷时用于乘客舱的电加热器或者天气热时的电动空调单元。如果一个系统无法使用再生制动系统产生的电流，那么比较器可感测需要功率的第二附件，并直接将该电流传送至这个附件或电池。
在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围和实质的情况下，其它变型和修改也是可能的。

Claims (9)

1.一种加热用于机动车辆的催化转化器的方法，包括：
在所述机动车辆中设置再生制动系统，用于因所述再生制动的应用产生电流；以及
将所述电流的至少一部分直接传送至与所述催化转化器结合的电加热器，以加热所述催化转化器，并绕过所述机动车辆中的电池。
2.如权利要求1所述的方法，还包括：通过将所述催化转化器的预定基准温度与所述转化器的感测温度作比较，确定直接供给至所述催化转化器的所述一部分电流，并将其余部分的电流从所述再生制动系统引导至所述电池或其它车辆附件。
3.如权利要求2所述的方法，还包括：
所述确定还利用环境空气温度来计算直接供给至所述催化转化器的一部分电流。
4.如权利要求2所述的方法，还包括：
所述确定还使用下组变量中的一个或多个来计算直接供给至所述催化转化器的所述一部分电流：发动机速度、车辆速度、转化器寿命、电池的健康状态和荷电状态。
5.如权利要求1所述的方法，其中：
在制动踏板下压时发生所述再生制动的所述应用，所述制动踏板下压由制动控制器感测，该制动控制器发送有关下压量的信息至电动机控制器，然后该电动机控制器通过电压控制发送指令至电动发电机，将所述电动发电机置于发电机模式。
6.如权利要求1所述的方法，还包括：
在增程电动车中设置所述再生制动系统；以及
通过感测所述电池中剩余的荷电水平确定所述一部分电流，在所述荷电水平低于特定预定水平时将所述电流引导至所述电加热器。
7.一种增加用于机动车辆的电池的寿命并降低电池Ah输出的方法，包括：
提供再生制动系统，该系统由于所述再生制动的应用产生电流；以及
将所述电流的至少一部分直接发送至所述车辆的电气附件，并绕过所述电池。
8.如权利要求7所述的方法，还包括：通过比较所述电气附件的功耗需要来确定直接供给至所述电气附件的所述一部分电流，并将超过所述功耗需要的其余部分的电流从所述再生制动系统引导至所述电池或其它车辆附件。
9.如权利要求8所述的方法，其中：
在制动踏板下压时发生所述再生制动的所述应用，所述制动踏板下压由制动控制器感测，该制动控制器发送有关下压量的信息至电动机控制器，然后电动机控制器通过电压控制发送指令至电动发电机，将所述电动发电机置于发电机模式。
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