CN106043288A - 用于减少混合电动车辆的废气的系统和方法 - Google Patents

用于减少混合电动车辆的废气的系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开用于减少混合电动车辆的废气的系统和方法。一种根据本公开的示例性实施方式的用于减少混合电动车辆的废气的系统可以包括：电池管理系统，测量混合电动车辆的高电压电池的充电状态(SOC)；电动机控制单元，利用高电压电池的电力控制驱动电动机以产生电动机驱动力；发动机控制单元，控制发动机以产生发动机驱动力；以及混合控制单元，根据混合电动车辆在充电耗尽(CD)模式下的行驶检查全电动范围(AER)，以在检查的AER超过参考AER的情形下，通过在CD模式下启动发动机进行催化剂加热和预热控制。

Description

用于减少混合电动车辆的废气的系统和方法
相关申请的交叉引证
本申请要求于2015年4月9日提交的韩国专利申请第10-2015-0050363号的权益，通过引证将其全部内容结合于此。
技术领域
本公开涉及用于减少混合电动车辆的废气的系统和方法。
背景技术
该部分中的陈述仅仅提供与本公开有关的背景信息，并且可能不构成现有技术。
通常，根据对于改善车辆的燃料效率的无尽需要以及每个国家的废气规定的缩紧，增大了对环保车辆的需要。作为其实际可替换物，已经提供了混合电动车辆和插电式混合电动车辆(在下文中，称为混合电动车辆)。
混合电动车辆使用发动机和电动机作为动力源，并且通过根据行驶情况使用发动机和电动机的特性来提供燃料效率的改善和废气的减少。
通常，混合电动车辆的驱动方式支持充电耗尽(CD)模式和充电维持(CS)模式。
在此，主动使用通过外部电源充入到电池中的电能的CD模式，是仅在驱动电动机不满足需要的动力的情形下启动发动机的模式。
CS模式是以下模式，即在充入到电池中的电能消耗至预定水平之后充电或放电电池并且同时消耗燃料进行驱动使得电能的充电状态(SOC)保持在预定水平。在这个CS模式中，为了保持系统效率和将电池的SOC维持在预定水平，确定是启动还是停止发动机。
另一方面，在主动使用混合电动车辆的发动机的动力之前执行催化剂加热(CH)和预热(Wup)控制的情形下，可以减少废气。
在此，在混合电动车辆的发动机以小于预定的速度和预定扭矩的低负荷驱动的情形下，适当执行催化剂加热和预热控制。
因此，在需要的动力小的情形下，以低负荷驱动发动机并且电动机负责其他驱动动力，从而使得可以维持系统效率和SOC的合适水平。
另一方面，在需要的动力大的情形下，为了满足驱动动力并且适当地维持系统效率和SOC，必然要使用发动机的动力并且需要承受劣化的排气性能。
例如，图1示出根据现有技术的混合电动车辆需要的动力小的情况的预热控制。
此外，图2示出根据现有技术的混合电动车辆需要的动力大的情况的预热控制。
根据现有技术的混合电动车辆在从CD模式进入CS模式之后进行发动机的催化剂加热和预热控制。
在这种情况下，如在图1中示出的，在进入CS模式之后根据初始驱动条件需要的动力小的情形下，催化剂加热和预热控制在需要的动力低区段中进行，从而改善排气性能。
另一方面，如在图2中示出的，在进入CS模式之后根据初始驱动条件需要的动力大的情形下，因为催化剂加热和预热控制在需要的动力高的区段中进行，所以废气过度排放，从而劣化排气性能。
为了解决这个问题，可以考虑在CD模式中启动发动机并且预先进行催化剂加热和预热控制。然而，因为这基本上意味着发动机在CD模式中预先启动，所以由于全电动范围(AER)减少而导致燃料效率认证值和可销售性劣化。
现有技术由2003年6月18日公布的韩国专利文献No.0387487公开。
发明内容
本公开提供用于减少混合电动车辆的废气的系统和方法，该系统和方法具有以下优点：通过在驱动混合电动车辆的同时在充电耗尽(CD)模式下进行发动机的催化剂加热和预热控制以减少废气，以及改进在进行至充电维持(CS)模式的转换时的全电动范围(AER)。
本公开的示例性实施方式提供一种用于减少混合电动车辆的废气的系统，该系统包括：电池管理系统，测量混合电动车辆的高电压电池的充电状态(SOC)；电动机控制单元，利用高电压电池的电力控制驱动电动机以产生电动机驱动力；发动机控制单元，控制发动机以产生发动机驱动力；以及混合控制单元，根据混合电动车辆在充电耗尽(CD)模式下的行驶检查全电动范围(AER)，以在检查的AER超过参考AER的情形下通过在CD模式下启动发动机进行催化剂加热和预热控制。
混合控制单元可以存储基于高电压电池的SOC满足燃料效率认证标记或者消费者的预期水平的参考AER表。
混合控制单元在启动混合电动车辆的驱动时通过电池管理系统测量初始SOC，并且参照参考AER表根据初始SOC设定参考AER。
混合控制单元可以在SOC残余区段(offset section，残余部分)中进入催化剂加热和预热控制，以进行催化剂加热和预热控制，即使检查的AER超过参考AER。
混合控制单元可以基于冷却剂的当前温度计算排气控制时间，其是完成催化剂加热和预热控制的时间，并且通过将排气控制时间乘以在CD模式下的SOC的减少速率来计算SOC残余区段。
混合控制单元可以通过将SOC残余区段加到充电耗尽(CD)/充电维持(CS)模式转换参考SOC，来计算催化剂加热和预热控制的允许参考SOC，并且在当前SOC达到催化剂加热和预热控制的允许参考SOC时，开始催化剂加热和预热控制。
混合控制单元可以通过在CD模式下进行催化剂加热和预热控制时通过驱动电动机控制车辆的驱动力，并且将发动机控制为仅在临界点或更低的发动机动力下进行低负荷驱动以进行催化剂加热和预热控制。
本公开的另一个实施方式提供一种使用混合控制单元减少混合电动车辆的废气的方法，该方法包括：根据在启动混合电动车辆时高电压电池的初始充电状态设定参考全电力范围(AER)；通过驱动驱动电动机在充电耗尽(CD)模式下驱动混合电动车辆；根据混合电动车辆的CD模式下的行驶检查AER以确定检查的AER是否超过参考AER；并且通过在检查的AER超过参考AER的情形下在CD模式下启动发动机以进行催化剂加热和预热控制。
通过在CD模式下启动发动机以进行催化剂加热和预热控制可以包括：在SOC残余区段中进入催化剂加热和预热控制是进行催化剂加热和预热控制所必需的，即使检查的AER超过参考AER。
通过在CD模式下启动发动机进行催化剂加热和预热控制可以进一步包括：基于冷却剂的当前温度计算排气控制时间，其是完成催化剂加热和预热控制的时间；通过将排气控制时间乘以CD模式下的SOC的减少速率计算SOC残余区段；通过将SOC残余区段添加至充电耗尽(CD)/充电维持(CS)模式转换参考SOC，来计算催化剂加热和预热控制的允许参考SOC；以及在高电压电池的当前SOC达到催化剂加热和预热控制的允许参考SOC时，开始在保持CD模式的状态下进行催化剂加热和预热控制。
该方法可以进一步包括：在检查的AER小于参考AER或者高电压电池的当前SOC大于催化剂加热和预热控制的允许参考SOC的情形下，保持CD模式并禁止催化剂加热和预热控制。
在通过在CD模式下启动发动机进行催化剂加热和预热控制中，发动机可以被控制为仅在发动机动力的临界点以下进行低负荷驱动，以进行催化剂加热和预热控制。
根据本公开的一个实施方式，通过在通过根据车辆的行驶检查AER而实现充足的AER的情形下，在CD模式下进行催化剂加热和预热控制，可以将排气性能改进至与消费者感觉的与AER相关联的可销售性不会劣化的水平。
此外，即使在混合电动车辆的CD模式下超过参考AER的情形中，也可以通过延迟为了催化剂加热和预热控制而启动发动机的时间，来显著地扩展AER。
此外，因为催化剂加热和预热控制可以在由驱动电动机驱动的CD模式下进行，所以为了排气控制仅在发动机动力的临界点以下驱动发动机，而不考虑车辆的高负荷条件，从而使得可以减少废气。
另外的应用领域将从本文所提供的描述变得显而易见。应理解的是，该描述和具体实例仅旨在用于说明目的而不旨在限制本公开的范围。
附图说明
为了很好地理解本公开，现在将参考附图描述以实例的方式给出的本公开的各种实施方式，在附图中：
图1示出根据现有技术的混合电动车辆的需要的动力小的情况的预热控制；
图2示出根据现有技术的混合电动车辆的需要的动力大的情况的预热控制；
图3示出了根据本公开示例性实施方式的用于减少混合电动车辆的废气的系统的配置；
图4示出根据本公开的示例性实施方式的在充电耗尽(CD)模式下进行催化剂加热和预热控制的距离条件；
图5示出根据本公开的示例性实施方式的在CD模式下进行催化剂加热和预热控制的充电状态(SOC)条件；
图6示出根据本公开的示例性实施方式的在CD模式下进行催化剂加热和预热控制时分配动力的方法；以及
图7是示出根据本公开的示例性实施方式的用于减少混合电动车辆的废气的方法的流程图。
本文中描述的附图仅为了说明的目的，并且不旨在以任何方式限制本公开的范围。
<符号说明>
100：用于减少废气的系统 110：电池管理系统
120：电动机控制单元 130：发动机控制单元
140：混合控制单元
具体实施方式
以下说明实质上仅是示例性的，并且并不旨在限制本公开、应用或用途。应当理解的是，贯穿附图，相应的参考标号指代相似或相应的部件和特征。
如本领域技术人员应当认识到的，在不背离本公开内容的精神或范围的前提下，可以以各种不同的方式对所描述的实施方式进行修改。
贯穿本说明书，除非明确地描述为与之相反，否则词语“包括(comprise)”以及诸如“包含(comprises)”或者“含有(comprising)”的变型应被理解为意指包括所述元件，但并不排除任何其他的元件。此外，在本说明书中的术语“部(-er)”，“器(-or)”或者“模块(module)”意指为处理至少一个功能和操作的单元，并且能够通过硬件部件或者软件部件分以及其组合实现。
在下文中，将参照附图详细描述根据本公开的示例性实施方式的用于减少混合电动车辆的废气的系统和方法。
图3是示出了根据本公开示例性实施方式的用于减少混合电动车辆的废气的系统的配置。
参照图3，根据本公开的示例性实施方式的用于减少混合电动车辆的废气的系统100包括电池管理系统(BMS)110、电动机控制单元(MCU)120、发动机控制单元(ECU)130以及混合控制单元(HCU)140。
电池管理系统110测量高电压电池的充电状态(SOC)，并且提供测量的SOC，使得车辆中的各种控制单元可以参考测量的SOC。
电池管理系统110可以包括智能电池传感器(IBS)并且可以跨整个区域准确测量电池的电压、电流、环境温度，以基于测量的电池的电压、电流和温度来测量电池的SOC。
电动机控制单元120根据混合控制单元140的控制指令，利用高电压电池的电力控制驱动电动机，以产生车辆的电动机驱动力。
发动机控制单元130根据混合控制单元140的控制指令启动发动机以产生车辆的发动机驱动力。
发动机控制单元130在驱动电动机不满足需要的动力或者高电压电池的SOC消耗至预定水平的情形下，启动发动机以产生发动机驱动力。
通常，在进入CS模式之后根据初始驱动条件需要的动力小的情形下，发动机控制单元130在低需求动力区段中进行催化剂加热和预热控制(CH-Wup)，以便改善排气性能。然而，在进入CS模式之后需要的动力大的情形下，遇到高需求动力区段，使得废气过度排放，从而劣化排气性能。
为了解决这个问题，根据本公开的示例性实施方式的发动机控制单元130可以根据如下描述的混合控制单元140的控制指令，在CD模式的SOC残余区段(offset section)中预先进行催化剂加热和预热控制，其中CD模式的SOC残余区段在转换至CS模式之前。
然而，在CD模式下预先进行催化剂加热和预热控制的情形下，需要解决以上提及的问题，即全电动范围(AER)降低，从而会劣化车辆的燃料效率认证值以及消费者感觉的可销售性。
因此，为了解决这个问题，根据本公开的示例性实施方式的混合控制单元140进行控制，以使得仅在通过根据车辆的行驶检查AER而AER足以实现为超过预设的参考AER的情形下，在CD模式下进行催化剂加热和预热控制。
混合控制单元140是高级控制单元，其与和混合电动车辆的驱动相关联的各种控制单元协作以进行控制，使得可以保持最优的排气性能。
图4示出根据本公开的示例性实施方式的充电耗尽(CD)模式下的催化剂加热和预热控制的距离条件。
参照图4，即使在启动车辆的驱动时由于电池的满充电而使得SOC足够(equal)的情形下，AER也可以根据车辆的驱动条件改变。
例如，在混合电动车辆在低负荷、低速和下坡公路区段行驶的情形下，AER增大，但是在混合电动车辆在高负荷、高速度和上坡公路区段行驶的情形下，AER减少。
混合控制单元140存储基于高电压电池的SOC满足燃料效率认证标记或者消费者的预期水平的参考AER表。
混合控制单元140在启动混合电动车辆的驱动时通过电池管理系统110测量高电压电池的初始SOC，并且参照参考AER表，根据初始SOC设定参考AER。
此外，混合控制单元140根据混合电动车辆的行驶连续测量AER，并且将减少废气的指令发送至发动机控制单元130，使得在测量的AER超过预设参考AER的情形下，在CD模式下进行催化剂加热和预热控制。
另一方面，图5示出根据本公开的示例性实施方式的CD模式下的催化剂加热和预热控制的充电状态(SOC)条件。
参照图5，混合控制单元140仅在SOC残余区段(section，区段)中进入催化剂加热和预热控制，以便即使在CD模式下驱动时，在当前行驶距离超过参考AER的情形下，也进行催化剂加热和预热控制。
在此，SOC残余区段可以通过将SOC的减少速率(dSOC/dt)乘以排气控制时间来计算，其中排气控制时间是完成催化剂加热和预热控制的时间，并可以基于冷却剂的当前温度计算。
因此，混合控制单元140可以通过检查车辆的CD模式下SOC的减少速率并且参照根据冷却剂的温度预期的排气控制时间，计算SOC残余区段。
此外，混合控制单元140通过将SOC残余区段加上CD/CS模式转换参考SOC，计算催化剂加热和预热控制的允许参考SOC，并且当高电压电池的当前SOC达到催化剂加热和预热控制的允许参考SOC时，开始排气控制。
即，混合控制单元140在高电压电池的SOC大于催化剂加热和预热控制的允许参考SOC的情形下，禁止立即的催化剂加热和预热控制，并且在高电压电池的SOC等于催化剂加热和预热控制的允许参考SOC的情形下，开始排气控制。
因此，即使在当前行驶距离超过混合电动车辆的CD模式下的参考AER的情形下，混合控制单元140也可以通过延迟启动发动机以进行催化剂加热和预热控制的时间来显著扩展AER。
另一方面，图6示出根据本公开的示例性实施方式的在CD模式下在进行催化剂加热和预热控制时分配动力的方法。
参照图6，根据本公开的示例性实施方式的混合控制单元140利用驱动电动机控制车辆的驱动力，因为CD模式基本上是在CD模式下进行催化剂加热和预热控制时由驱动电动机驱动的区段。此外，发动机被控制以仅在发动机动力的临界点或以下进行低负荷驱动以进行催化剂加热和预热控制。
即，混合控制单元140将基于车辆需要的动力的指令传送至电动机控制单元120，并且将控制指令传送至发动机控制单元130，以为了发动机的排气性能，仅在发动机动力的临界点或以下下驱动发动机。
因此，因为发动机可以在由驱动电动机的驱动动力驱动的CD模式下，保持低需求动力的同时进行催化剂加热和预热控制，所以可以不考虑车辆的驱动条件而减少废气。
另一方面，将参照图7基于上述用于减少混合电动车辆的废气的系统的配置描述根据本公开的示例性实施方式的用于减少混合电动车辆的废气的方法。
图7是示意性地示出根据本公开的示例性实施方式的用于减少混合电动车辆的废气的方法的流程图。
参照图7，混合控制单元140在启动混合电动车辆时测量高电压电池的初始SOC(S101)。
混合控制单元140参照满足燃料效率认证标记或消费者的预期水平的参考AER表，根据初始SOC设定参考AER(S102)。
混合控制单元140根据混合电动车辆需要的动力驱动驱动电动机以进行CD模式下的驱动(S103)。
混合控制单元140通过电池管理系统110实时检查高电压电池的当前SOC。
如果当前SOC小于CD/CS模式转换参考SOC(S104中的是)，则混合控制单元140进行至CS模式的转换并且进行催化剂加热和预热(CH&Wup)控制以便维持预定SOC水平(S105)。
另一方面，在高电压电池的当前SOC是CD/CS转换参考SOC以上的良好状态下(S104中的否)，如果当前行驶距离超过参考AER(S106中的是)，则混合控制单元140确定满足在CD模式下进行催化剂加热和预热控制的第一条件。
此外，如果当前SOC达到催化剂加热和预热控制的允许参考SOC(S107中的否)，则混合控制单元140确定满足进行催化剂加热和预热控制的第二条件，使得车辆可以在CD模式下进行催化剂加热和预热控制。
如果当前SOC大于催化剂加热和预热控制的允许参考SOC，则即使其满足第一条件(S107中的是)，混合控制单元140原样保持CD模式并且禁止催化剂加热和预热控制，从而显著延迟催化剂加热和预热控制(S108)。
此后，如果当前SOC达到催化剂加热和预热控制的允许参考SOC(S107中的否)，则混合控制单元140在保持CD模式的状态下进行催化剂加热和预热控制(S109)。
在这种情况下，催化剂加热和预热控制在基于SOC的减少速率和废气控制时间计算的SOC残余区段中进行。废气控制时间可以基于冷却剂的当前温度计算。
如果在混合控制单元140进行催化剂加热和预热控制之后，当前SOC达到CD/CS模式转换参考SOC，则混合控制单元140进行至CS模式的转换。
另一方面，在操作S106中，如果当前行驶距离不超过预设的参考AER(S106中的否)，则混合控制单元140保持CD模式并禁止催化剂加热和预热控制。
尽管以上描述已经描述了混合控制单元140顺次确定行驶距离超过参考AER的第一条件；以及SOC达到催化剂加热和预热控制的允许参考SOC的第二条件，但本公开不限于此。例如，显而易见的，可以通过改变确定顺序而确定是否满足两个条件。
因此，根据本公开的示例性实施方式，通过在根据车辆的行驶检查AER而实现充足的AER的情形下，在CD模式下进行催化剂加热和预热控制，排气性能可以改进至消费者感觉到的与AER相关联的可销售性不会劣化的水平。
此外，即使在混合电动车辆的CD模式下超过参考AER的情形下，也可以通过延迟为了催化剂加热和预热控制而启动发动机的时间来显著扩展AER。
此外，因为催化剂加热和预热控制可以在由驱动电动机驱动的CD模式下进行，所以仅将发动机驱动在发动机动力的临界点或以下，而不考虑车辆的高负荷条件，从而进行排气控制，由此使得可以减少废气。
以上提及的本公开的示例性实施方式不仅通过装置和方法来实施。可替换地，以上提及的示例性实施方式可以通过执行与本公开的示例性实施方式的配置对应的功能的程序，或者记录有程序的记录介质来实施。这些实施方式可以由本公开所属技术领域的技术人员从以上提及的示例性实施方式的描述中容易地设计出。
尽管已结合目前认为是实用的示例性实施方式的内容描述了本公开，但应当理解，本公开不限于所公开的实施方式，而相反，本公开旨在涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等同布置。

Claims (12)

1.一种用于减少混合电动车辆的废气的系统，所述系统包括：
电池管理系统，测量所述混合电动车辆的高电压电池的充电状态SOC；
电动机控制单元，利用所述高电压电池的电力控制驱动电动机以产生电动机驱动力；
发动机控制单元，控制发动机以产生发动机驱动力；以及
混合控制单元，根据所述混合电动车辆在充电耗尽CD模式下的行驶检查全电动范围AER，以在检查的AER超过参考AER时，通过在所述CD模式下启动所述发动机进行催化剂加热和预热控制。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述混合控制单元存储基于所述高电压电池的所述SOC满足燃料效率认证标记或者消费者的预期水平的参考AER表。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述混合控制单元在启动所述混合电动车辆的驱动时，通过所述电池管理系统测量初始SOC，并且所述混合控制单元参照所述参考AER表根据所述初始SOC设定所述参考AER。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，即使所述检查的AER超过所述参考AER，所述混合控制单元也在SOC残余区段中进入所述催化剂加热和预热控制，以进行所述催化剂加热和预热控制。
5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述混合控制单元基于冷却剂的当前温度计算排气控制时间，并且通过将所述排气控制时间乘以所述CD模式下所述SOC的减少速率来计算所述SOC残余区段，所述排气控制时间是完成所述催化剂加热和预热控制的时间。
6.根据权利要求4所述的系统，其中，所述混合控制单元通过将所述SOC残余区段加至充电耗尽CD/充电维持CS模式转换参考SOC，来计算所述催化剂加热和预热控制的允许参考SOC，并且在当前SOC达到所述催化剂加热和预热控制的所述允许参考SOC时开始所述催化剂加热和预热控制。
7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述混合控制单元在所述CD模式下进行所述催化剂加热和预热控制时，通过所述驱动电动机控制所述车辆的驱动力，并且将所述发动机控制为仅在临界点或更低的发动机动力下进行低负荷驱动以进行所述催化剂加热和预热控制。
8.一种使用混合控制单元减少混合电动车辆的废气的方法，所述方法包括：
根据启动所述混合电动车辆时高电压电池的初始充电状态SOC设定参考全电力范围AER；
通过驱动驱动电动机来在充电耗尽CD模式下驱动所述混合电动车辆；
根据所述混合电动车辆在所述CD模式下的行驶，检查AER以确定检查的AER是否超过所述参考AER；并且
通过在所述检查的AER超过所述参考AER的情形下在所述CD模式下启动发动机，来进行催化剂加热和预热控制。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，通过在所述CD模式下启动所述发动机以进行所述催化剂加热和预热控制包括：即使所述检查的AER超过所述参考AER，也在SOC残余区段中进入所述催化剂加热和预热控制，以进行所述催化剂加热和预热控制。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，通过在所述CD模式下启动所述发动机以进行所述催化剂加热和预热控制进一步包括：
基于冷却剂的当前温度计算排气控制时间，所述排气控制时间是完成所述催化剂加热和预热控制的时间；
通过将所述排气控制时间乘以所述CD模式下的所述SOC的减少速率，来计算所述SOC残余区段；
通过将所述SOC残余区段加至充电耗尽CD/充电维持CS模式转换参考SOC，来计算所述催化剂加热和预热控制的允许参考SOC；以及
在所述高电压电池的当前SOC达到所述催化剂加热和预热控制的所述允许参考SOC时，在保持所述CD模式的状态下开始所述催化剂加热和预热控制。
11.根据权利要求10所述的方法，进一步包括：
保持所述CD模式；以及
在所述检查的AER小于所述参考AER或者所述高电压电池的当前SOC大于所述催化剂加热和预热控制的所述允许参考SOC时，禁止所述催化剂加热和预热控制。
12.根据权利要求8所述的方法，其中，在通过在所述CD模式下启动所述发动机以进行所述催化剂加热和预热控制中，所述发动机被控制为仅在临界点或更低的发动机动力下进行低负荷驱动以进行所述催化剂加热和预热控制。
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