CN113442898A - 三元催化器预加热控制方法、系统、车辆及存储介质 - Google Patents

三元催化器预加热控制方法、系统、车辆及存储介质 Download PDF

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Abstract

本申请提供一种三元催化器预加热控制方法、系统、车辆及存储介质。应用于混合动力汽车的三元催化器预加热控制方法包括：在混合动力汽车的排气管温度低于第一温度阈值时，发送第一工作指令至高低压转换模块；所述高低压转换模块根据所述第一工作指令，输出第一工作电压以开启对三元催化器内催化剂预加热；获取所述混合动力汽车的工作数据；在所述工作数据满足切换条件时，发送第二工作指令至所述高低压转换模块；所述高低压转换模块根据所述第二工作指令，输出第二工作电压且停止输出所述第一工作电压以停止所述电加热。本申请提供的三元催化器预加热控制方法、系统、车辆及存储介质，可以通过数字控制指令提供两种工作模式，能够在排气管的温度较低时使用动力电池通过高低压转换模块预先对催化剂进行电加热。

Description

三元催化器预加热控制方法、系统、车辆及存储介质
技术领域
本申请涉及混合动力汽车节能减排技术领域，具体涉及一种三元催化器预加热控制方法、系统、车辆及存储介质。
背景技术
在能源与生态领域，资源枯竭、环境恶化是人们不得不面对的严重问题，作为能耗和排放大户，节能减排已成为汽车行业的首要任务，到2025年,国家将实行国七排放标准，对排放要求将更加严苛，这就对汽车尾排处理技术提出更高的要求。
为了解决当发动机排气管的温度低于300℃时，三元催化器内催化剂转化效率非常低的问题，人们发明了EHC(Electrically Heated Catalyst)电加热技术，即在发动机起动前，使用预先电加热方式用1～2分钟将催化剂快速加热到它的工作温度。目前市场上有12V/2kW、48V/4kW EHC两种催化剂电加热器，经试验发现48V/4kW电加热器使用效果较好，可以满足未来国七排放要求，但是对于采用300V左右高压动力电池的混合动力汽车来说，要使用48V/4kW电加热器必须先将300V转化直流48V才可以使用。目前混动汽车上的直流转直流电路(DC-DC)一般都是输出12V的DC-DC，如果要增加一路48V电源需要另外开发一款输出48V的DC-DC或在混动汽车上现有的12V DC-DC内集成48V的DC-DC，但无论分体式48V外挂DC-DC还是内部集成48V DC-DC都会出现体积大、成本高问题，很难进行产业化应用。
发明内容
本申请提供一种三元催化器预加热控制方法、系统、车辆及存储介质，使用高低压转换模块(即高压转低压DCDC)提供的两种工作电压模式，通过数字控制指令，能够在排气管的温度较低时使用动力电池通过高低压转换模块对三元催化器内催化剂进行预加热。
在一方面，本申请提供一种三元催化器预加热控制方法，应用于混合动力汽车，具体地，所述三元催化器预加热控制方法包括：在混合动力汽车的排气管温度低于第一温度阈值时，发送第一工作指令至高低压转换模块；所述高低压转换模块根据所述第一工作指令，输出第一工作电压以开启对催化剂的电加热；获取所述混合动力汽车的工作数据；在所述工作数据满足切换条件时，发送第二工作指令至所述高低压转换模块；所述高低压转换模块根据所述第二工作指令，输出第二工作电压且停止输出所述第一工作电压以停止所述电加热。
可选地，所述三元催化器预加热控制方法在执行所述在混合动力汽车的排气管温度低于第一温度阈值时，发送第一工作指令至高低压转换模块的步骤之前包括：获取低压电池的电量；在所述低压电池的电量低于电量阈值时，输出第二工作电压以对所述低压电池充电。
可选地，所述三元催化器预加热控制方法在执行所述高低压转换模块根据所述第二工作指令，输出第二工作电压且停止输出所述第一工作电压的步骤之后启动所述混合动力汽车的发动机。
可选地，所述三元催化器预加热控制方法的所述切换条件为所述第一工作电压输出时长达到第一时间阈值；或，所述排气管温度不低于第二温度阈值。
另一方面，本申请还提供一种应用于混合动力汽车的三元催化器预加热控制系统，具体地，所述三元催化器预加热控制系统包括依次连接的状态获取模块、处理模块、高低压转换模块、电加热器模块和动力电池模块：所述状态获取模块用于获取并发送混合动力汽车的排气管温度和所述混合动力汽车的工作数据至所述处理模块；所述处理模块用于在混合动力汽车的排气管温度低于第一温度阈值时，发送第一工作指令至所述高低压转换模块，所述的处理模块可以是整车控制器或具有相同功能的其它ECU；在所述工作数据满足切换条件时，发送第二工作指令至所述高低压转换模块；所述高低压转换模块根据所述第一工作指令，输出第一工作电压以使所述电加热器模块开启对催化剂的电加热；根据所述第二工作指令，输出第二工作电压且停止输出所述第一工作电压以使所述电加热器模块停止所述电加热。
可选地，所述三元催化器预加热控制系统的所述处理模块还用于启动所述混合动力汽车的发动机。
可选地，所述三元催化器预加热控制系统的所述第一工作电压为48V，所述第二工作电压为12V。
可选地，所述三元催化器预加热控制系统的所述高低压转换模块包括电压转换电路，所述电压转换电路用于将所述高压动力电池电压转换为所述的第一、第二工作电压。
可选地，所述三元催化器预加热控制系统的所述电压转换电路包括高低压转换开关电路、高频变压器、12V输出电路、48V输出电路、12V输出与48V输出切换电路。
可选地，所述三元催化器预加热控制系统的所述切换条件为所述第一工作电压输出时长达到第一时间阈值；或，所述排气管温度不低于所设置的温度阈值。
另一方面，本申请还提供一种车辆，具体地，所述车辆包括车体和如上所述的三元催化器预加热控制系统。
另一方面，本申请还提供一种存储介质，具体地，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序在被计算机执行时，可实现如上所述的三元催化器预加热控制方法。
如上所述，本申请提供的三元催化器预加热控制方法、系统、车辆及存储介质，可以通过数字控制指令提供两种工作模式，能够在排气管的温度较低时使用动力电池通过高低压转换模块预先对催化剂进行电加热。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请一实施例的三元催化器预加热控制方法流程图。
图2为本申请另一实施例的三元催化器预加热控制方法流程图。
图3为本申请另一实施例的三元催化器预加热控制系统方框图。
图4为本申请一实施例的三元催化器预加热控制系统工作时序图。
本申请目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。通过上述附图，已示出本申请明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本申请构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本申请的概念。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素，此外，本申请不同实施例中具有同样命名的部件、特征、要素可能具有相同含义，也可能具有不同含义，其具体含义需以其在该具体实施例中的解释或者进一步结合该具体实施例中上下文进行确定。
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
在一方面，本申请提供一种三元催化器预加热控制方法，图1为本申请一实施例的三元催化器预加热控制方法流程图。
请参阅图1，在一实施例中，应用于混合动力汽车的三元催化器预加热控制方法包括：
S10：在混合动力汽车的排气管温度低于第一温度阈值时，发送第一工作指令至高低压转换模块。
在混合动力汽车上电状态时，首先检测排气管温度，以判断排气管温度是否满足催化剂正常工作所需要的温度。
S20：高低压转换模块根据第一工作指令，输出第一工作电压以开启对催化剂的电加热。
在排气管温度不满足时，进入第一工作电压模式开始对催化剂的电加热功能。
S30：获取混合动力汽车的工作数据。
通过车辆的工作数据监控车辆当前情况。例如对车辆电加热的计时以及对排气管温度的进一步检测。
S40：在工作数据满足切换条件时，发送第二工作指令至高低压转换模块。
判断当前的工作数据是否满足工作电压模式的切换条件。
S50：高低压转换模块根据第二工作指令，输出第二工作电压且停止输出第一工作电压以停止电加热。
当前的工作数据满足切换条件时，切换进入第二工作电压模式。
在一实施例中，当混合动力汽车的发动机冷启动时或发动机长时间停机再次启动时，即混合动力汽车的排气管温度低于第一温度阈值时，整车控制器(即处理模块)通过CAN通信发送第一工作指令，当高低压转换模块接收到该指令，立即启动相应的第一工作电压模式对催化剂进行电加热，待加热一段时间后或者电加热温度达到催化剂高效转化的工作温度时，对催化剂的电加热工作完成。整车控制器需要停止对电加热器模块供电，此后在发动机运行期间，排气管温度一般不低于第一温度阈值。因此整车控制器根据整车需求发送第二工作指令，高低压转换模块根据第二工作指令关闭第一工作电压以停止相应的第一工作电压模式，停止对催化剂进行电加热，此时切换到第二工作电压模式。两个工作模式直接因此实现数字指令控制。
在本实施例中，本申请通过两种工作模式的切换不仅能满足电加热需求，还具有体积小、成本低、便于产业化量产应用，具有较高的实用价值和较好的经济效益。
在本实施例中，为了满足催化剂电加热所需要功率需求，混合动力汽车运行中发动机会根据混动运行策略及时给动力电池模块充电，动力电池模块组将一直保持充足的电量，提供足够的输出功率。在进入第一电压模式对催化剂进行电加热之前，先检测动力电池模块的电量是否够用，在不够用的情况下，需要先对动力电池模块进行充电。充电的来源可以选择外接电源，或者使用发动机进行发电充电。
图2为本申请另一实施例的三元催化器预加热控制方法流程图。
如图2所示，在一实施例中，三元催化器预加热控制方法在执行S10：在混合动力汽车的排气管温度低于第一温度阈值时，发送第一工作指令至高低压转换模块的步骤之前包括：
S60：获取低压电池的电量；
S61：在低压电池的电量低于电量阈值时，输出第二工作电压以对低压电池充电。
在本实施例中，由于低压电池是供应整车系统包括仪表及传感器等电路的工作电源，在进入第一电压模式对催化剂进行电加热之前，先检测低压电池的电量是否够用，在不够用的情况下，需要采用动力电池通过高低压转换模块先对低压电池进行充电。
在一实施例中，三元催化器预加热控制方法在执行S50：高低压转换模块根据第二工作指令，输出第二工作电压且停止输出第一工作电压的步骤之后启动混合动力汽车的发动机。
对催化剂的电加热工作完成后，排气管温度已达到第一温度阈值，满足催化剂正常工作需要。可以正常启动发动机。
在一实施例中，混合动力汽车的工作数据包括第一工作电压的输出时长。三元催化器预加热控制方法的切换条件为第一工作电压输出时长达到第一时间阈值。
经过实验及测算，例如48V电压在工作1-2分钟(例如1.5分钟)的情况下，已经能够使排气管温度已达到催化剂完全工作的温度。因此，当催化剂电加热模块加热时间达到预设的第一时间阈值时，整车控制器根据整车需求切换工作模式。
在另一实施例中，混合动力汽车的工作数据包括排气管温度。三元催化器预加热控制方法的切换条件为排气管温度不低于第二温度阈值。其中，第一温度阈值可以与第二温度阈值相等。
在本实施例中，直接监控排气管的当前温度以判断是否加热结束。电加热温度达催化剂高效转化的工作温度，整车控制器根据整车需求切换工作模式。
另一方面，本申请还提供一种应用于混合动力汽车的三元催化器预加热控制系统，图3为本申请一实施例的三元催化器预加热控制系统方框图。
请参阅图3，在一实施例中，三元催化器预加热控制系统包括状态获取模块100、处理模块200、高低压转换模块300、电加热器模块400和动力电池模块500，其中，状态获取模块100、处理模块200、高低压转换模块300和电加热器模块400依次相连，动力电池模块500与高低压转换模块300连接。
其中，状态获取模块100用于获取并发送混合动力汽车的排气管温度和混合动力汽车的工作数据至处理模块200。处理模块200用于在混合动力汽车的排气管温度低于第一温度阈值时，发送第一工作指令至高低压转换模块300，在工作数据满足切换条件时，发送第二工作指令至高低压转换模块300。
高低压转换模块300根据第一工作指令，输出第一工作电压以使电加热器模块400对催化剂进行电加热；根据第二工作指令，输出第二工作电压且停止输出第一工作电压以使电加热器模块400停止电加热。
在一实施例中，当混合动力汽车的发动机冷启动时或发动机长时间停机再次启动时，状态获取模块100获取并发送混合动力汽车的排气管温度低于第一温度阈值的工作数据至处理模块200，处理模块200通过CAN通信发送第一工作指令，当高低压转换模块300接收到该指令，立即启动相应的第一工作电压模式，待电加热器模块400对催化剂进行电加热，待加热一段时间后或者电加热温度达到催化剂高效转化的工作温度时，对催化剂的电加热工作完成。此后在发动机运行期间，排气管温度一般不低于第一温度阈值，因此需要停止对电加热器模块400供电。此时处理模块200根据整车需求发送第二工作指令，高低压转换模块根据第二工作指令关闭第一工作电压以停止相应的第一工作电压模式，停止对催化剂进行电加热，此时切换到第二工作电压模式。两个工作模式因此实现数字指令控制。
在本实施例中，为了满足电加热所需要功率需求，混动汽车运行中发动机及时给动力电池模块500充电，动力电池模块500将一直保持充足的电量，提供足够的输出功率。在进入第一电压模式对催化剂进行电加热之前，处理模块200根据动力电池发送的电量关态决定是否给动力电池充电。充电的来源可以选择外接电源，或者使用发动机进行发电充电。
在一实施例中，三元催化器预加热控制系统的处理模块200还用于启动混合动力汽车的发动机。
在本实施例中，对催化剂的电加热工作完成后，排气管温度已达到第一温度阈值，满足催化剂正常工作需要。可以正常启动发动机。此后在发动机运行期间，排气管温度一般不低于第一温度阈值。
在一实施例中，混合动力汽车电加热控制系统三元催化器预加热控制系统的第一工作电压为48V，第二工作电压为12V。
在本实施例中，目前市场上有12V/2kW、48V/4kW两种催化剂电加热器，经试验发现48V/4kWEHC电加热器使用效果较好，可以满足未来国七排放要求；48V/4KW电加热器工作电压为48V，目前市场上混合动力汽车的DC-DC一般只输出12V电压。
在一实施例中，高低压转换模块300内第一工作电压48V和第二工作电压12V共用高低压转换模块主回路、控制电路及散热系统，有效释放了摆件空间，缩小了产品体积，大幅降低产品成本，便于实施产业化的量产应用。
在一实施例中，高低压转换模块300输出的第一工作电压48V可以采用经变压器变压整流电路，也可以采用自举升压或倍压电路，可以与第二工作电压12V共用一个变压器。
在一实施例中，混合动力汽车的工作数据包括第一工作电压的输出时长。三元催化器预加热控制系统的切换条件为第一工作电压输出时长达到第一时间阈值。
经过实验及测算，48V在工作1-2分钟(例如1.5分钟)的情况下，已经能够使排气管温度已达到催化剂完全工作的温度。因此，当催化剂电加热模块加热时间达到预设的第一时间阈值时，整车控制器根据整车需求切换工作模式。
在另一实施例中，混合动力汽车的工作数据包括排气管温度。三元催化器预加热控制系统的切换条件为排气管温度不低于第二温度阈值。
在本实施例中，直接监控排气管的当前温度以判断是否加热结束。当催化剂电加热器模块400电加热温度达催化剂高效转化的工作温度，整车控制器根据整车需求切换工作模式。其中，第一温度阈值可以与第二温度阈值相等。
图4为本申请一实施例的三元催化器预加热控制系统工作时序图。
如图4所示，在一实施例中，在汽车唤醒时，三元催化器预加热控制系统首先提供48V的工作电压进入第一工作电压模式，对应图中的的t1时段。在达到1-2分钟的第一时间阈值后，三元催化器预加热控制系统关闭48V的工作电压，输出12V的第二工作电压，进入第二工作电压模式，此时对应图中的t2时段。
在t2时段，排气管的温度已达到催化剂高效工作温度后启动发动机。
另一方面，本申请还提供一种车辆，具体地，车辆包括车体和如上述的三元催化器预加热控制系统。车辆在使用三元催化器预加热控制系统时，所涉及的技术原理与以上实施例相同，在此不再赘述。
在一实施例中，车辆的三元催化剂预加热工作原理及特征如下：
(1)动力电池模块可以采用高压、高功率的锂离子电池组，可以满足催化剂电加热所需要的4kW/2分钟功率需求，在混动汽车运行中发动机会及时给动力电池模块充电，动力电池将一直保持充足的电量，提供足够的输出功率。
(2)48V/4kW电源可以集成在12V DC-DC中，其中，高低压转换器主回路、控制电路、散热系统与12V DC-DC共用。
(3)由于48V/4kW在发动机启动前需要使用1～2分钟，不仅使用频次少，工作时间也较短，原12V DC-DC主回路的功率器件及散热系统只需进行适当调整就可以满足48V/4kW1～2分钟EHC电加热功率需求。
(4)在集成了12V及48V的高低压转换电路中，12V及48V两路电压输出端分别设置功率型电子开关进行不同工作电压模式的切换控制。电子开关可以在12V及48V每路输出端的正极端设置，也可以在负极端设置。
(5)三元催化器预加热控制系统设有两个工作模式：48V工作模式和12V工作模式。两种工作模式切换由整车控制器通过CAN总线发送的通信指令实现数字化控制。
(6)48V与12V采用分时工作机制：在发动机冷启动时或发动机长时间停机再次启动时，整车控制器通过CAN通信发送48V工作指令，当48V&12V的高低压转换模块接收到该指令，立即启动48V工作模式，催化剂电加热获得48V直流供电，待加热1～2分钟后，电加热器温度达催化剂高效转化的工作温度，整车控制器就发出关断48V工作指令，48V电源立即停止对电加热器供电，催化剂电加热工作完成，然后整车控制器根据整车需求，切换到12V工作模式。
(7)整车控制器可以根据发动机排气管的温度、动力电池的电量、12V低压电池的电压、整车低压负载的工作情况进行综合判断，进而对48V/12V工作模式进行切换。
另一方面，本申请还提供一种存储介质，具体地，存储介质上存储有计算机程序，计算机程序在被计算机执行时，可实现如上述的三元催化器预加热控制方法。计算机程序在实现三元催化器预加热控制方法时，所涉及的技术原理与以上实施例相同，在此不再赘述。
本申请提供的三元催化器预加热控制方法、系统、车辆及存储介质，可以通过数字控制指令提供两种工作模式，能够在排气管的温度较低时使用动力电池通过高低压转换模块预先对三元催化器内催化剂进行电加热
以上仅为本申请的优选实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (13)

1.一种三元催化器预加热控制方法，其特征在于，应用于混合动力汽车，包括：
在混合动力汽车的排气管温度低于第一温度阈值时，发送第一工作指令至高低压转换模块；
所述高低压转换模块根据所述第一工作指令，输出第一工作电压以开启对催化剂的电加热；
获取所述混合动力汽车的工作数据；
在所述工作数据满足切换条件时，发送第二工作指令至所述高低压转换模块；
所述高低压转换模块根据所述第二工作指令，输出第二工作电压且停止输出所述第一工作电压以停止所述电加热。
2.如权利要求1所述的三元催化器预加热控制方法，其特征在于，在执行所述在混合动力汽车的排气管温度低于第一温度阈值时，发送第一工作指令至高低压转换模块的步骤之前包括：
获取混合动力汽车中高压动力电池的电量。
3.如权利要求1所述的三元催化器预加热控制方法，其特征在于，在执行所述在混合动力汽车的排气管温度低于第一温度阈值时，发送第一工作指令至高低压转换模块的步骤之前包括：
获取低压电池的电量；
在所述低压电池的电量低于电量阈值时，输出第二工作电压以对所述低压电池充电。
4.如权利要求1所述的三元催化器预加热控制方法，其特征在于，在执行所述高低压转换模块根据所述第二工作指令，输出第二工作电压且停止输出所述第一工作电压的步骤之后包括：
根据所述第二工作电压启动所述混合动力汽车的发动机。
5.如权利要求1-4任一项所述的三元催化器预加热控制方法，其特征在于，所述切换条件为所述第一工作电压输出时长达到第一时间阈值；或，所述排气管温度不低于第一温度阈值。
6.一种应用于混合动力汽车的三元催化器预加热控制系统，其特征在于，包括状态获取模块、处理模块、高低压转换模块、电加热器模块和动力电池模块，其中，所述状态获取模块、所述处理模块、所述高低压转换模块和所述电加热器模块依次相连，所述动力电池模块和所述高低压转换模块连接：
所述状态获取模块用于获取并发送混合动力汽车的排气管温度和所述混合动力汽车的工作数据至所述处理模块；所述处理模块用于在混合动力汽车的排气管温度低于第一温度阈值时，发送第一工作指令至所述高低压转换模块，在所述工作数据满足切换条件时，发送第二工作指令至所述高低压转换模块；
所述高低压转换模块根据所述第一工作指令，输出第一工作电压以使所述电加热器模块开启对催化剂的电加热；根据所述第二工作指令，输出第二工作电压且停止输出所述第一工作电压以使所述电加热器模块停止所述电加热，所述动力电池模块为高低压转换模块提供高压电源。
7.如权利要求6所述的三元催化器预加热控制系统，其特征在于，所述处理模块还用于启动所述混合动力汽车的发动机。
8.如权利要求6所述的三元催化器预加热控制系统，其特征在于，所述第一工作电压为48V，所述第二工作电压为12V。
9.如权利要求6所述的三元催化器预加热控制系统，其特征在于，所述高低压转换模块包括高低压转换电路，所述电压转换电路用于将所述高压动力电池电压转换为所述的第一、第二工作电压。
10.如权利要求6所述的三元催化器预加热控制系统，其特征在于，所述高低压转换电路包括高低压转换开关电路、高频变压器、12V输出电路、48V输出电路、12V输出与48V输出切换电路。
11.如权利要求6-10任一项所述的三元催化器预加热控制系统，其特征在于，所述切换条件为所述第一工作电压输出时长达到第一时间阈值；或，所述排气管温度不低于第一温度阈值。
12.一种车辆，其特征在于，包括车体和如权利要求6-11任一项所述的三元催化器预加热控制系统。
13.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序在被计算机执行时，可实现如权利要求1-5任一项所述的三元催化器预加热控制方法。
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