專利名稱：用再生制動(dòng)系統(tǒng)加熱催化轉(zhuǎn)換器和給電氣附件供電的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過使用由再生制動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生的電流加熱催化轉(zhuǎn)化器或給其它車輛電氣附件供電的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
再生制動(dòng)通過將運(yùn)動(dòng)形式的車輛動(dòng)能轉(zhuǎn)換為被電動(dòng)機(jī)和/或發(fā)電機(jī)以發(fā)電機(jī)模式運(yùn)行所使用的電能來減慢或停止機(jī)動(dòng)車輛。當(dāng)車輛操作員應(yīng)用制動(dòng)踏板時(shí)，開始發(fā)電機(jī)模式。制動(dòng)控制器感測踏板下壓量，然后向電動(dòng)機(jī)控制器發(fā)送有關(guān)需要多少再生制動(dòng)的輸入信息。換句話說，開始制動(dòng)控制請求。電動(dòng)機(jī)控制器通過電壓控制響應(yīng)，指令電動(dòng)發(fā)電機(jī)處于發(fā)電機(jī)模式，即再生制動(dòng)，與推進(jìn)模式相對產(chǎn)生電能。這種產(chǎn)生的電流形式的電能通常 用來給車輛電池充電。與僅僅將機(jī)動(dòng)車輛的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為耗散進(jìn)大氣的熱量(S卩，被摩擦制動(dòng)轉(zhuǎn)換為熱量的能量浪費(fèi)了)的傳統(tǒng)摩擦制動(dòng)相比，使用制動(dòng)能量來給機(jī)動(dòng)車輛電池充電是巨大的能量管理進(jìn)步。然而，在僅僅給車輛電池重新充電之后立即就使電池放電，以在車輛別處提供電能，仍會(huì)有往復(fù)能量損失。多種環(huán)境排放規(guī)章也可應(yīng)用于機(jī)動(dòng)車輛，無論車輛是由電池、內(nèi)燃機(jī)還是兩者混合來提供動(dòng)力。含有內(nèi)燃機(jī)的車輛滿足排放要求的一種方式是將其廢氣排放引導(dǎo)通過催化轉(zhuǎn)化器。無論是用于汽油發(fā)動(dòng)機(jī)還是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，以及無論是三效催化劑、柴油氧化催化劑還是稀薄NOx捕集器，當(dāng)催化轉(zhuǎn)化器被加熱至特定最小溫度時(shí)，即其點(diǎn)火溫度時(shí)，它們都會(huì)最有效地工作。如本文所使用的，我們對于所有類型的不同構(gòu)造的催化轉(zhuǎn)化器都使用一般意義上的術(shù)語“催化轉(zhuǎn)化器”。僅僅燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)供能的機(jī)動(dòng)車輛會(huì)將催化轉(zhuǎn)化器從其冷起動(dòng)狀態(tài)快速地加熱，并在多數(shù)車輛操作期間將其保持在其點(diǎn)火溫度，以減少不期望的排放。然而，基于電動(dòng)機(jī)和內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行的混合動(dòng)力車輛產(chǎn)生了更加復(fù)雜的問題。內(nèi)燃機(jī)僅僅是間歇使用的。在電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛時(shí)通常不使用內(nèi)燃機(jī)。因此，催化轉(zhuǎn)化器也僅僅是間歇地使用，且在使用期間之間變涼。因此，由于催化轉(zhuǎn)化器反復(fù)地返回其冷起動(dòng)狀態(tài)，所以其使用中相當(dāng)一部分是在低于點(diǎn)火溫度下使用。對于某些車輛，例如增程電動(dòng)車或插電式混合電動(dòng)車，對于車輛行駛的最初里程可能不會(huì)使用內(nèi)燃機(jī)。期望預(yù)先加熱混合動(dòng)力車中的催化轉(zhuǎn)化器，以便在燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)間歇使用期間使催化轉(zhuǎn)化器在其點(diǎn)火溫度或比點(diǎn)火溫度更高的溫度下發(fā)揮作用。已知的是，將電加熱催化轉(zhuǎn)化器(EHC)連接至車輛電池以預(yù)先加熱催化轉(zhuǎn)化器。然而，這種技術(shù)會(huì)引起電池的過多再充電和能量的消耗，縮短車輛電池的壽命。期望一種再生制動(dòng)系統(tǒng)，其直接向耗電裝置提供所需的電能，例如電加熱催化轉(zhuǎn)化器，且因此繞過車輛電池
發(fā)明內(nèi)容
一種加熱機(jī)動(dòng)車輛的催化轉(zhuǎn)化器的方法，包括提供因再生制動(dòng)的應(yīng)用而產(chǎn)生電流的再生制動(dòng)系統(tǒng)。所述再生制動(dòng)由電動(dòng)機(jī)控制器控制，該電動(dòng)機(jī)控制器感測例如何時(shí)制動(dòng)踏板被下壓。制動(dòng)控制器感測踏板下壓量，并發(fā)送適當(dāng)?shù)男畔⒅岭妱?dòng)機(jī)控制器。電動(dòng)機(jī)控制器進(jìn)而發(fā)送適當(dāng)?shù)闹噶钪岭妱?dòng)發(fā)電機(jī)，將電動(dòng)發(fā)電機(jī)從向車輪施加能量的模式(即，推進(jìn)模式)轉(zhuǎn)換為發(fā)電機(jī)模式(即，將車輪的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電流的再生制動(dòng)模式)。所述電流的至少一部分被發(fā)送至與催化轉(zhuǎn)化器結(jié)合的電加熱器，以繞過機(jī)動(dòng)車輛中的電池加熱催化轉(zhuǎn)化器。優(yōu)選地，通過將催化轉(zhuǎn)化器的預(yù)定基準(zhǔn)溫度與轉(zhuǎn)化器的感測溫度作比較來確定要供給至催化轉(zhuǎn)化器的電流的百分比。再生制動(dòng)系統(tǒng)的電流的其余部分被引導(dǎo)至電池或其它車輛附件。還可通過利用電池的健康狀態(tài)或荷電狀態(tài)和轉(zhuǎn)化器溫度來確定發(fā)送至催化轉(zhuǎn)化器的電流的百分比。還可通過下組變量中的一個(gè)或多個(gè)來確定發(fā)送至催化轉(zhuǎn)化器的電流的百分比發(fā)動(dòng)機(jī)速度、車輛速度、轉(zhuǎn)化器壽命和環(huán)境空氣溫度。在一個(gè)實(shí)施例中，所述再生制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)置在增程電動(dòng)車中，被引導(dǎo)至催化轉(zhuǎn)化器的電流的百分比部分地通過感測電池中剩余的荷電水平來確定。當(dāng)感測到荷電水平低于預(yù) 定水平時(shí)，再生制動(dòng)系統(tǒng)的電流被傳至電加熱催化轉(zhuǎn)化器。在本發(fā)明的另一方面，一種增加用于機(jī)動(dòng)車輛的電池的壽命和降低電池Ah輸出的方法包括，提供由于再生制動(dòng)的應(yīng)用而產(chǎn)生電流的再生制動(dòng)系統(tǒng)。所述電流的至少一部分被直接發(fā)送至所述車輛的電氣附件，繞過所述電池。優(yōu)選地，通過比較所述電氣附件的功耗需要來確定繞過所述電池而直接供給至所述電氣附件的電流的所述一部分，并將超過所述功耗需要的其余部分的電流從所述再生制動(dòng)系統(tǒng)引導(dǎo)至所述電池或其它車輛附件。


現(xiàn)在參考附圖，其中
圖I為示意地公開再生制動(dòng)的流程圖，該再生制動(dòng)在制動(dòng)功率期間產(chǎn)生通向控制器的電流I，總電流的一部分/I被引至電加熱催化轉(zhuǎn)化器(EHC)；
圖2為示出因在不同初始催化轉(zhuǎn)化器溫度應(yīng)用10 kW的再生制動(dòng)功率1、2和3秒再生制動(dòng)功率持續(xù)時(shí)間引起催化轉(zhuǎn)化器溫度升高的建模結(jié)果的曲線圖；以及
圖3為類似于圖2的曲線圖，示出了因在不同初始催化轉(zhuǎn)化器溫度應(yīng)用20 kff的再生制動(dòng)功率1、2和3秒再生制動(dòng)功率持續(xù)時(shí)間引起催化轉(zhuǎn)化器溫度升高的建模結(jié)果。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)存參考圖1，當(dāng)操作員應(yīng)用制動(dòng)踏板時(shí)激活再生制動(dòng)系統(tǒng)10。制動(dòng)控制器感測制動(dòng)踏板下壓量，并發(fā)送信息至電動(dòng)機(jī)控制器，該電動(dòng)機(jī)控制器進(jìn)而發(fā)送適當(dāng)?shù)目刂菩盘?hào)至電動(dòng)發(fā)電機(jī)，將電動(dòng)發(fā)電機(jī)置于發(fā)電機(jī)模式，即再生制動(dòng)模式，與推進(jìn)模式相對。當(dāng)應(yīng)用再生制動(dòng)時(shí)，再生制動(dòng)產(chǎn)生再生制動(dòng)功率，進(jìn)而產(chǎn)生通向控制器/功率分配系統(tǒng)12的電流I。功率分配系統(tǒng)將一部分電流/I直接輸送至電加熱催化轉(zhuǎn)化器(EHC)14。其余部分的電流(I-/) I被輸送至電池16或通過附件電力總線17輸送至其它附件。功率分配系統(tǒng)可通過提供比較器18來確定分?jǐn)?shù)/，該比較器18確定轉(zhuǎn)換器的預(yù)定基準(zhǔn)溫度20與由轉(zhuǎn)換器溫度傳感器22感測的轉(zhuǎn)換器實(shí)際溫度之間的差異，以形成用來輸入至控制器以計(jì)算分?jǐn)?shù)/的誤差因子e。換句話說，e= Ts_TMf。誤差因子e可為更加復(fù)雜的函數(shù)，利用來自環(huán)境溫度傳感器24的環(huán)境空氣溫度產(chǎn)生e(Ts，Tref, Ta)。也可利用其它變量，例如發(fā)動(dòng)機(jī)速度或rpms，車輛速度、轉(zhuǎn)化器壽命、電池健康狀態(tài)、或電池的荷電狀態(tài)，以確定誤差因子e。電加熱催化轉(zhuǎn)化器可具有金屬整體構(gòu)造，使得其本身為電導(dǎo)體或加熱器。圖2中示出了應(yīng)用10 kff再生制動(dòng)系統(tǒng)的建模結(jié)果，其示出了 I秒、2秒和3秒的持續(xù)時(shí)間的制動(dòng)應(yīng)用，其中10 kW的再生制動(dòng)功率在規(guī)定的持續(xù)時(shí)間內(nèi)線性下降至O kW。例如，在20°C的初始溫度，可看到在一秒的持續(xù)時(shí)間內(nèi)下降至O kW，建模的最終溫度上升至超過100°C。兩秒的持續(xù)時(shí)間，最終溫度升高至超過200°C。三秒的持續(xù)時(shí)間，產(chǎn)生幾乎3000C的最終溫度。在220°C和420°C的初始轉(zhuǎn)化器溫度也會(huì)發(fā)現(xiàn)，對于一、二和三秒持續(xù)時(shí)間的再生制動(dòng)從10 kW線性地降至O kW，有類似的溫度升高。盡管許多現(xiàn)有混合動(dòng)力車具有只有有限充電率的小型電池，但是一些較大的電池(例如增程電動(dòng)車中當(dāng)前使用的一些電池)現(xiàn)在能接受較大充電率的充電。圖3示出了用于 更大的20 kW再生制動(dòng)系統(tǒng)的建模結(jié)果，其示出了相同的20°C、220°C和420°C的初始轉(zhuǎn)化器溫度。開始進(jìn)行20 kW的應(yīng)用，并且其在規(guī)定的持續(xù)時(shí)間內(nèi)線性地下降至O kW。對于所有這三個(gè)初始溫度20°C、220°C和420°C，所有的一、二和三秒的應(yīng)用都發(fā)現(xiàn)了溫度的顯著升高。這種加熱電加熱催化轉(zhuǎn)化器的方法可應(yīng)用于許多混合電動(dòng)車。它有助于將催化轉(zhuǎn)化器保持在或接近其點(diǎn)火溫度，以提供催化轉(zhuǎn)化器的最優(yōu)操作。這種催化轉(zhuǎn)化器的直接電加熱對于混合動(dòng)力和插電式混合動(dòng)力車中燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)的間歇使用非常有用。還發(fā)現(xiàn)可有效應(yīng)用于增程電動(dòng)車，該增程電動(dòng)車僅使用電力源，直到其放電一定的量，此時(shí)使用內(nèi)燃機(jī)。催化轉(zhuǎn)化器可被預(yù)先加熱，例如，當(dāng)傳感器指示對于電池使用僅剩余幾英里時(shí)，在此時(shí)催化轉(zhuǎn)化器因此可使用再生制動(dòng)系統(tǒng)來預(yù)先加熱且在內(nèi)燃機(jī)起動(dòng)時(shí)準(zhǔn)備好。傳感器可檢測電池的荷電水平，當(dāng)該水平處于或低于特定預(yù)定水平時(shí)，則可將再生制動(dòng)能量引導(dǎo)至電加熱催化轉(zhuǎn)化器。對于城市交通期間經(jīng)歷過多停車的混合動(dòng)力公交車也具有明顯的應(yīng)用。這樣，通過在內(nèi)燃機(jī)起動(dòng)之前預(yù)先加熱催化轉(zhuǎn)化器，以低能量為代價(jià)實(shí)現(xiàn)了內(nèi)燃機(jī)的不期望排放的降低。這種應(yīng)用可用來幫助遵從未來可能更加嚴(yán)格的限制標(biāo)準(zhǔn)催化轉(zhuǎn)化器冷起動(dòng)期間排放的國內(nèi)外政府規(guī)定。另外，通過向電加熱催化轉(zhuǎn)化器直接應(yīng)用再生制動(dòng)功率，避免了往復(fù)能量損失，從而顯著地降低了總能量損失。例如，再生制動(dòng)能量直接通向電池導(dǎo)致充電能量損失，然后從電池放電至電加熱催化轉(zhuǎn)化器又導(dǎo)致放電能量損失。通過將再生制動(dòng)電流直接應(yīng)用至電加熱催化轉(zhuǎn)化器，避免了這種往復(fù)雙倍損失。另外，避免了電池的無用Ah輸出，從而延長了混合動(dòng)力車的電池壽命。這樣，因?yàn)楸M管現(xiàn)在電池可能只具有有限的再充電率，但是可將再生電池系統(tǒng)超過電池再充電率的過多電流應(yīng)用到其它附件，因此更大的再生制動(dòng)系統(tǒng)也可以應(yīng)用于車輛。除了電加熱催化轉(zhuǎn)化器之外，可利用由更大的再生制動(dòng)系統(tǒng)提供的功率進(jìn)行其它應(yīng)用，例如天氣冷時(shí)用于乘客艙的電加熱器或者天氣熱時(shí)的電動(dòng)空調(diào)單元。如果一個(gè)系統(tǒng)無法使用再生制動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生的電流，那么比較器可感測需要功率的第二附件，并直接將該電流傳送至這個(gè)附件或電池。
在不脫離由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍和實(shí)質(zhì)的情況下，其它變型和修改 也是可能的。
權(quán)利要求
1.一種加熱用于機(jī)動(dòng)車輛的催化轉(zhuǎn)化器的方法，包括 在所述機(jī)動(dòng)車輛中設(shè)置再生制動(dòng)系統(tǒng)，用于因所述再生制動(dòng)的應(yīng)用產(chǎn)生電流；以及 將所述電流的至少一部分直接傳送至與所述催化轉(zhuǎn)化器結(jié)合的電加熱器，以加熱所述催化轉(zhuǎn)化器，并繞過所述機(jī)動(dòng)車輛中的電池。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，還包括通過將所述催化轉(zhuǎn)化器的預(yù)定基準(zhǔn)溫度與所述轉(zhuǎn)化器的感測溫度作比較，確定直接供給至所述催化轉(zhuǎn)化器的所述一部分電流，并將其余部分的電流從所述再生制動(dòng)系統(tǒng)引導(dǎo)至所述電池或其它車輛附件。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，還包括 所述確定還利用環(huán)境空氣溫度來計(jì)算直接供給至所述催化轉(zhuǎn)化器的一部分電流。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，還包括 所述確定還使用下組變量中的一個(gè)或多個(gè)來計(jì)算直接供給至所述催化轉(zhuǎn)化器的所述一部分電流發(fā)動(dòng)機(jī)速度、車輛速度、轉(zhuǎn)化器壽命、電池的健康狀態(tài)和荷電狀態(tài)。
5.如權(quán)利要求I所述的方法，其中 在制動(dòng)踏板下壓時(shí)發(fā)生所述再生制動(dòng)的所述應(yīng)用，所述制動(dòng)踏板下壓由制動(dòng)控制器感測，該制動(dòng)控制器發(fā)送有關(guān)下壓量的信息至電動(dòng)機(jī)控制器，然后該電動(dòng)機(jī)控制器通過電壓控制發(fā)送指令至電動(dòng)發(fā)電機(jī)，將所述電動(dòng)發(fā)電機(jī)置于發(fā)電機(jī)模式。
6.如權(quán)利要求I所述的方法，還包括 在增程電動(dòng)車中設(shè)置所述再生制動(dòng)系統(tǒng)；以及 通過感測所述電池中剩余的荷電水平確定所述一部分電流，在所述荷電水平低于特定預(yù)定水平時(shí)將所述電流弓I導(dǎo)至所述電加熱器。
7.一種增加用于機(jī)動(dòng)車輛的電池的壽命并降低電池Ah輸出的方法，包括 提供再生制動(dòng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)由于所述再生制動(dòng)的應(yīng)用產(chǎn)生電流；以及 將所述電流的至少一部分直接發(fā)送至所述車輛的電氣附件，并繞過所述電池。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，還包括通過比較所述電氣附件的功耗需要來確定直接供給至所述電氣附件的所述一部分電流，并將超過所述功耗需要的其余部分的電流從所述再生制動(dòng)系統(tǒng)引導(dǎo)至所述電池或其它車輛附件。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中 在制動(dòng)踏板下壓時(shí)發(fā)生所述再生制動(dòng)的所述應(yīng)用，所述制動(dòng)踏板下壓由制動(dòng)控制器感測，該制動(dòng)控制器發(fā)送有關(guān)下壓量的信息至電動(dòng)機(jī)控制器，然后電動(dòng)機(jī)控制器通過電壓控制發(fā)送指令至電動(dòng)發(fā)電機(jī)，將所述電動(dòng)發(fā)電機(jī)置于發(fā)電機(jī)模式。
全文摘要
本發(fā)明涉及用再生制動(dòng)系統(tǒng)加熱催化轉(zhuǎn)換器和給電氣附件供電的方法。一種用于機(jī)動(dòng)車輛的方法，包括使用由于再生制動(dòng)的應(yīng)用而產(chǎn)生電流的再生制動(dòng)系統(tǒng)，并將電流的至少一部分直接發(fā)送至車輛的電氣附件，繞過電池。一種電氣附件可為電加熱催化轉(zhuǎn)化器。
文檔編號(hào)B60L7/10GK102815217SQ201210184009
公開日2012年12月12日 申請日期2012年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月6日
發(fā)明者M.W.費(fèi)爾布魯格, K.拉馬納桑 申請人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司