CN102791554B - 车辆 - Google Patents

Abstract

车辆具备控制行驶用的电力的作为功率控制单元的PCU（60）、蓄积行驶用的电力的电池（70）、和作为电加热式催化剂的EHC（140）。PCU包括转换器（61）、变换器（62）、连接转换器与变换器的正极线（PL2）以及负极线（GL2）。转换器将电池输出的电压VL升压到电压要求值VHsys。EHC的正极端部连接于正极线（PL2）。EHC的负极端部连接于负极线（GL2）。

Description

车辆

技术领域

本发明涉及具备对内燃机的排气进行净化的电加热式催化剂的车辆。

背景技术

在具备内燃机的车辆中，通常具备对内燃机的排气净化的催化剂。若该催化剂没有达到活性温度则无法充分净化排气。于是，以往以来，提案了构成为能够通过电加热器等加热催化剂的电加热式催化剂（ElectricalHeated Catalyst，以下称为“EHC”）。

关于具备EHC的车辆，在日本特开2004－192820号公报（专利文献1）中，公开了如下车辆，该车辆具备燃料电池、EHC、和将从燃料电池供给的高电压转换为可供给到EHC的低电压并将其供给到EHC的DC/DC转换器。

现有技术文献

专利文献1：日本特开2004－192820号公报

专利文献2：日本特开2009－274479号公报

发明内容

发明要解决的问题

如专利文献1所公开的车辆所示，若新设置用于将从电池供给的电压转换为可供给到EHC的电压的专用的DC/DC转换器，则会导致成本增加。另一方面，若将从电池供给的电压不经由DC/DC转换器而直接施加到EHC，则向EHC通电的电力不稳定，会产生EHC的升温性能不均和/或电池的过放电。

本发明是为了解决上述问题而完成的发明，其目的在于，在使用蓄积于蓄电装置的电力来产生驱动力的车辆中，不设置新的转换器就使对电加热式催化剂（EHC）通电的电力稳定。

用于解决问题的手段

本发明的车辆，具备：蓄电装置；转换器，其将从蓄电装置输出的电力的电压升压到预定值；驱动装置，其使用转换器升压后的电力来产生车辆的驱动力；电力供给路径，其设置于转换器与驱动装置之间；内燃机；以及催化剂装置，其构成为可电加热并对内燃机的排气进行净化，催化剂装置与驱动装置并联连接于电力供给路径，使用转换器升压后的电力对催化剂装置进行加热。

优选，车辆还具备设置于电力供给路径与催化剂装置之间的继电器。

优选，驱动装置包括：产生驱动力的电动机；和变换器，其将转换器升压后的电力变换为用于驱动电动机的电力。电力供给路径设置于转换器与变换器之间。

优选，电力供给路径包括连接转换器与变换器的第一正极线以及第一负极线。催化剂装置的正极以及负极分别连接于第一正极线以及第一负极线。

优选，车辆还包括：第一继电器，其设置于催化剂装置的正极与第一正极线之间；和第二继电器，其设置于催化剂装置的负极与第一负极线之间。

优选，电力供给路径包括连接转换器与变换器的第一正极线以及第一负极线。车辆还具备连接转换器与蓄电装置的第二正极线以及第二负极线。催化剂装置的正极连接于第一正极线，催化剂装置的负极连接于第二负极线。

优选，车辆还包括：第一继电器，其设置于第一正极线与催化剂装置的正极之间；和第二继电器，其设置于第二负极线与催化剂装置的负极之间。

优选，转换器、变换器、第一正极线以及第一负极线收容于壳体的内部。车辆还包括：第三正极线，其配置成贯通壳体，连接催化剂装置的正极与第一正极线；和第三负极线，其配置于壳体的外部，连接催化剂装置的负极与第二负极线。

优选，转换器以及变换器配置于车辆前部的位置。蓄电装置配置于车辆后部的位置。催化剂装置配置于与转换器以及变换器的位置相比车辆后方且与蓄电装置的位置相比车辆前方的位置。第三负极线的长度比连接催化剂装置的负极与第二负极线的线的长度短。

优选，车辆为能够通过从外部电源供给的电力对蓄电装置充电、且能够使用驱动装置和内燃机的至少一方产生的驱动力来行驶的车辆。

发明的效果

根据本发明，在使用蓄积于蓄电装置的电力来产生驱动力的车辆中，能够不设置新的转换器就使对电加热式催化剂（EHC）通电的电力稳定。

附图说明

图1是车辆的整体框图（其一）。

图2是表示PCU、电池、EHC的连接关系的电路图（其一）。

图3是车辆的整体框图（其二）。

图4是表示PCU、电池、EHC的连接关系的电路图（其二）。

图5是车辆的整体框图（其三）。

图6是表示PCU、电池、EHC的连接关系的电路图（其三）。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施例进行详细说明。此外，对图中相同或相当的部分附以相同的标号，不重复其说明。

[第一实施例]

图1是本发明的第一实施例的车辆1的整体框图。该车辆1具备：发动机10、MG（Motor Generator：电动发电机）20、动力分配装置40、减速器50、功率控制单元（Power control unit，以下称为“PCU”）60、电池70、驱动轮80、以及电子控制单元（Electronic Control Unit，以下称为“ECU”）150。

发动机10是通过在使吸入到燃烧室的空气与燃料的混合气燃烧时产生的燃烧能量来产生使曲轴旋转的驱动力的内燃机。

MG20包括第一MG21和第二MG22。第一MG21以及第二MG22为交流电动机，例如为三相交流同步电动机。此外，在以下的说明中，在没有必要区别说明第一MG21和第二MG22的情况下，不区别第一MG21和第二MG22而记为MG20。

车辆1通过从发动机10和MG20的至少一方输出的驱动力来行驶。发动机10产生的驱动力由动力分配装置40分配到2条路径。即，一条是经由减速器50向驱动轮80传递的路径，另一条是向第一MG21传递的路径。

动力分配装置40包括由太阳轮、小齿轮、行星架和齿圈构成的行星齿轮组。小齿轮与太阳轮以及齿圈啮合。行星架将小齿轮支撑得能够自转，并且连接于发动机10的曲轴。太阳轮连接于第一MG21的旋转轴。齿圈连接于第二MG22的旋转轴以及减速器50。

PCU60根据来自ECU150的控制信号进行工作，控制从电池70向MG20供给的电力、或从MG20向电池70供给的电力。

发动机10、MG20（第一MG21以及第二MG22）、动力分配装置40、减速器50、PCU60配置于在车辆1的前部设置的隔室（compartment）2的内部。

电池70蓄积用于驱动MG20的电力。电池70代表性地由镍氢或锂离子等的直流二次电池构成。电池70输出的电压VL例如为200伏左右。电池70配置于在车辆1的后部设置的空间（例如后座下的空间、或者后座后方的行李空间）。此外，也可以使用大容量的电容器来代替电池70。

从发动机10排出的排气通过设置于车辆1的地板下的排气通路130而排出到大气中。排气通路130从发动机10延伸到车辆1的后端部。

在排气通路130的途中设置有EHC（电加热式催化剂）140。EHC140构成为能够对净化排气的催化剂进行电加热。此外，EHC140可适用各种公知的EHC。EHC140在车辆1的前后方向上配置于PCU60与电池70之间。

电池70和PCU60通过正极线PL1以及负极线GL1连接。PCU60和EHC140通过正极线PL3以及负极线GL3连接。在正极线PL3以及负极线GL3设置有接线盒（junction box）100。EHC140通过从接线盒100供给的电力来加热催化剂。

进而，车辆1为所谓的插电型的混合动力车辆，具备用于通过来自外部电源210的电力对电池70充电的充电口160以及充电器170。

充电口160为用于从外部电源210接受电力的电力接口。在从外部电源210对电池70充电时，在充电口160上连接有用于从外部电源210向车辆供给电力的充电电缆的连接器200。

充电器17与0充电口160和电池70电连接。并且，充电器170在从外部电源210对电池70充电的充电模式时，基于来自ECU150的控制信号，将从外部电源210供给的电力转换成电池70的电压电平，对电池70进行充电。

ECU150内置有未图示的CPU（Central Processing Unit：中央处理单元）以及存储器，基于存储于该存储器中的映射以及程序和未图示的多个传感器的检测结果，执行预定的运算处理，根据该运算处理的结果来控制各设备以使得车辆1达到所希望的状态。或者，ECU150的至少一部分也可以构成为通过电子电路等硬件来执行预定的数值、逻辑运算处理。

图2是表示第一实施例的车辆1的PCU60、电池70、EHC140的连接关系的电路图。

PCU60包括转换器61、变换器62、连接转换器61与变换器62的正极线PL2以及负极线GL2。

转换器61包括电抗器L1、开关元件Q1、Q2、和二极管D1、D2。作为开关元件Q1、Q2，可以使用IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor：绝缘栅双极型晶体管）等。开关元件Q1和Q2串联连接于正极线PL2与负极线GL2之间。相对于开关元件Q1、Q2分别配置有逆并联二极管D1、D2。电抗器L1连接于开关元件Q1和Q2的中间点与正极线PL1之间。

在正极线PL2与负极线GL2之间连接有平滑电容器C2。平滑电容器C2使来自转换器61的直流电压平滑化。

通过来自ECU150的信号控制开关元件Q1、Q2，由此转换器61将电池70输出的电压VL升压到平滑电容器C2的电压VH的要求值即电压要求值VHsys。通过该升压工作，电压VH保持为ECU150要求的值。此外，在降压工作时，转换器61将电压VH降压到电压VL。

变换器62通过正极线PL2以及负极线GL2连接于转换器61。变换器62由来自ECU150的信号而控制。在驱动MG20的情况下，变换器62将从转换器61输出到正极线PL2的直流电力变换为交流电力并将其供给到MG20。另一方面，在再生制动时，变换器62将MG20发电产生的交流电力变换为直流电力并将该变换后的直流电力经由平滑电容器C2向转换器61供给。

转换器61和电池70通过正极线PL1以及负极线GL1连接。在正极线PL1与负极线GL1之间设置有平滑电容器C1。

EHC140的正极经由正极线PL3连接于正极线PL2上的点104。EHC140的负极经由负极线GL3连接于负极线GL2上的点105。

在PCU60的壳体63设置有用于穿过正极线PL1、PL2以及负极线GL1、GL2总共4条电缆的贯通口。

接线盒100由设置于正极线PL3的继电器101以及熔断器103和设置于负极线GL3的继电器102构成。

继电器101、102由来自ECU150的信号控制。当继电器101、102接通时，按图2的箭头α所示的路径，电池70的电力被供给到ECH140，对EHC140加热。另一方面，当继电器101、102断开时，从电池70向EHC140的电力供给被切断。

熔断器103在流动比额定电流小的电流的情况下作为导体发挥功能。熔断器103在流动比额定电流大的电流的情况下，由于在自身中流动的电流而熔解并切断。由此，可防止比额定电流大的电流流向EHC140。此外，也可以将熔断器103设置于接线盒100的外部。

ECU150使用由传感器等取得的电压VL、电压VH，执行用于使电压VH接近电压要求值VHsys的反馈控制运算（例如比例积分控制）。此外，电压要求值VHsys可以是一定值，也可以是根据车辆1的行驶状态而变动的值。并且，ECU150将基于反馈控制运算的结果的控制信号输出到转换器61的开关元件Q1、Q2。由此，转换器61进行工作以使得将电压VL升压到电压要求值VHsys。因此，即使电压VL变动，电压VH也被反馈控制为电压要求值VHsys附近的值。

另外，在停止发动机10而通过MG20的输出来使车辆1行驶的情况下，ECU150在仅通过MG20的输出无法产生用户要求的驱动力的情况下，判定为存在发动机启动要求。

然后，ECU150，在判定为存在发动机启动要求的情况下，例如基于EHC140的温度是否高于预定温度，判断EHC140的排气净化性能是否高于目标水平。在EHC140的温度高于预定温度且ECU140的排气净化性能高于目标水平的情况下，ECU150维持继电器101、102断开而不对EHC140通电，使发动机10启动。另一方面，在EHC140的温度低于预定温度且ECU140的排气净化性能低于目标水平的情况下，ECU150准备发动机10的启动，使继电器101、102从断开变为接通。由此，按图2的箭头α所示的路径，电池70的电力被供给到EHC140，对EHC140加热。由此EHC140的排气净化性能得以提高。然后，ECU150使发动机10启动。此外，在本实施例的车辆1这样的所谓的插电型的混合动力车辆中，与通常的混合动力车辆相比，发动机10的运转频率小且EHC140的温度低于预定温度的频率大，因此具有这样的催化剂暖机的必要性进一步变高的倾向。

具有以上所述构造的车辆1的最大的特征点为如下点：通过将EHC140的一端连接于正极线PL2并将其另一端连接于负极线GL2，以将由转换器61对电压VL升压后的电压VH施加到EHC140。此外，以下，为了便于说明，将连接于正极线的EHC140的端部称为“EHC140的正极端部”，将连接于负极线的EHC140的端部称为“EHC140的负极端部”。

在以往中，将EHC140的正极端部以及负极端部分别连接于正极线PL1以及负极线GL1并将电池70输出的电压VL直接施加到EHC140。在如此的以往方法中，存在EHC140的升温性能会发生较大不均的问题。即，电池70输出的电压VL根据电池70的状态（例如电池70的充电状态、电池70的温度、在电池70中流动的电流的大小等）而发生较大变动。其变动幅度有时为100伏以上。进而，EHC140的电阻值根据EHC140的温度而变化。因此，仅通过单纯地将电池70输出的电压VL施加到EHC140，对EHC140通电的电力根据电池70和/或EHC140的状态会发生较大不均，无法将对EHC140通电的电力保持为稳定的值。其结果，EHC140的升温性能也会发生较大不均。

为了解决这样的以往方法中的问题，在本实施例中，不是将电池70输出的电压VL直接施加到EHC140，而是在电池70与EHC140之间配置转换器61，将由转换器61对电压VL升压后的电压VH施加到EHC140。电压VH通过上述的反馈控制而稳定地保持在电压要求值VHsys附近，不会根据电池70的状态而发生较大变动。因此，与单纯地将单纯70输出的电压VL施加到EHC140的情况相比，能够将对EHC140通电的电力保持为稳定的值。其结果，也能够使EHC140的升温特性稳定。

进而，因为将对电压VL升压后的电压VH施加到EHC140，与将电压VL施加到EHC140的情况相比，即使在将相同电力供给到EHC140的情况下，也能够将在EHC140中流动的电流值抑制得较低。例如，在设为电压VL＝200伏、电压VH＝400伏的情况下，为了对EHC140供给400瓦的电力，在以往的方法中，由于对EHC140施加了电压VL＝200伏，因此需要在EHC140中流动2安培（＝400瓦/200伏）的电流。与此相对，在本实施例的方法中，因为对EHC400施加电压VH＝400伏，因此可以在EHC140中仅流动1安培（＝400瓦/400伏）的电流。因为能够如此将在EHC140中流动的电流值抑制得较低，因此可降低在EHC140的通电路径中产生的电力损失。进而，能够在设置EHC140的通电路径时将容许电流值设定得较低，使成本降低。

进而，在本实施例中，作为用于对EHC140供给稳定的电力的转换器，利用了内置于车辆驱动用的PCU60中的已有的转换器61。因此，不必新设置专用的转换器及其冷却装置，就能够实现低成本化以及小型化的EHC140的驱动电路。

进而，在本实施例中，在转换器61与EHC140之间的通电路径上，设置有具有由ECU150控制的继电器101、102的接线盒100。由此，能够任意地切换向EHC140的通电的接通/断开。

此外，在本实施例中，在催化剂预热的必要性较高的插电型的混合动力车辆中适用了本发明，但并不限于此，在通常的混合动力车辆中也可以适用本发明。另外，不仅是具备作为驱动源的发动机的混合动力车辆，在以驱动源以外的用途而具备发动机的电动车辆中也可以适用本发明。

[第二实施例]

在上述的第一实施例的车辆1中，将ECH140的正极端部以及负极端部连接于PCU60内部的正极线PL2以及负极线GL2。

与此相对，在第二实施例的车辆1a中，将EHC140的正极端部连接于PCU60内部的正极线PL2，将EHC140的负极端部连接于PCU60外部的负极线GL1。其他的构造、功能、处理与上述的第一实施例相同，因此在此不重复详细说明。

图3是第二实施例的车辆1a的整体框图。如图3所示，EHC140的正极端部，与上述的第一实施例相同，经由正极线PL3连接于PCU60。另一方面，EHC140的负极端部经由负极线GL3a连接于PCU60外部的负极线GL1上的点106。

图4是详细表示第二实施例的车辆1a的PCU60、电池70、EHC140的连接关系的电路图。

如图4所示，在车辆1a中，EHC140的正极端部，与上述的第一实施例相同，经由配置成贯通PCU60的壳体63的正极线PL3而连接于正极线PL2。然而，EHC140的负极端部，与上述的第一实施例不同，经由配置于PCU的壳体63外部的正极线PL3而连接于PCU60外部的负极线GL1上的点106。另外，接线盒100a由继电器101以及熔断器103和设置于负极线GL3a的继电器102a构成。

通过这样的连接关系，也能够按图4的箭头β所示的路径将由转换器61升压后的电压VH施加到EHC140。因此，与第一实施例同样，能够将对EHC140通电的电力保持为稳定的值。

进而，在第二实施例中，与第一实施例相比，连接PCU60的内部与外部的布线的数量减少。即，在第一实施例中，贯通PCU60的壳体63的布线的数量为正极线PL1、PL3以及负极线GL1、GL3总共4条（参照上述的图2）。与此相对，在第二实施例中使用的负极线GL3a被布线于PCU60的外部。因此，在第二实施例中，贯通PCU60的壳体63的布线的数量为正极线PL1、PL3以及负极线GL1总共3条，比第一实施例少。因此，能够使PCU60小型化。另外，能够使PCU60的周边的布线构造简化。因为在配置有PCU60的隔室2的内部配置有发动机10和/或MG20等其他很多部件，因此PCU60的小型化和/或PCU60的周边的布线构造的简化，在对隔室2的内部的配置进行设计方面特别有效。

进而，在第二实施例中使用的负极线GL3a比在第一实施例中使用的负极线GL3短。在第一实施例中使用的负极线GL3连接ECH140的负极端部与PCU60的内部（参照图1、图2）。与此相对，在第二实施例中使用的负极线GL3a连接EHC140的负极端部与PCU60的外部的负极线GL1上的点106（参照图3、图4）。因为EHC140配置于在车辆1的前部配置的PCU60与在车辆1的后部配置的电池70之间，因此能够使在第二实施例中使用的负极线GL3a的布线路径比在第一实施例中使用的负极线GL3的布线路径短。由此，能够进一步降低噪声、成本以及重量。

[第三实施例]

在上述的第二实施例的车辆1a中，在连接转换器61与电池70的负极线GL1上的点106，连接有负极线GL3a。即，使负极线GL1在接线盒100a的外部分支。

与此相对，在第三实施例的车辆1b中，使连接转换器61与电池70的负极线在接线盒100a的内部分支。其他的构造、功能、处理与上述的第二实施例相同，因此在此不重复详细的说明。

图5是第三实施例的车辆1b的整体框图。图6是详细表示第三实施例的车辆1b的PCU60、电池70、EHC140的连接关系的电路图。

如图5、6所示，在第三实施例的车辆1b中，连接转换器61与电池70的负极线被分为在接线盒100a的内部连接的负极线GL1a以及负极线GL1b。并且，负极线GL1a以及负极线GL1b经由在接线盒100a的内部设置的继电器102a而连接于EHC140的负极端部。即，使连接转换器61与电池70的负极线在接线盒100a的内部分支。

通过这样的连接关系，也能够按图6的箭头γ所示的路径将由转换器61升压后的电压VH施加到EHC140。因此，与第一实施例、第二实施例同样，能够将对EHC140通电的电力保持为稳定的值。

进而，在第三实施例中，贯通PCU60的壳体的布线的数量为正极线PL1、PL3以及负极线GL1b共计3条即可，比第一实施例少。因此，在第三实施例中，与第二实施例同样，能够实现PCU60的小型化以及PCU60的周边的布线构造的简化。

进而，在第三实施例中使用的负极线GL1a以及负极线GL1b总计长度比在第一实施例中使用的负极线GL1以及负极线GL3的总计长度短。即，在第三实施例中使用的负极线整体的长度比在第一实施例中使用的负极线整体的长度短。由此，与第二实施例同样，能够进一步降低噪声、成本以及重量。

进而，在第三实施例中，使连接转换器61与电池70的负极线在接线盒100a的内部分支。即，连接转换器61与电池70的负极线的高压电缆的分支，通常需要专用的盒的情况较多，但在第三实施例中，使连接转换器61与电池70的负极线（高压电缆）在具备切换向EHC140通电的接通/断开的继电器的接线盒100a的内部分支。因此，不需要新设置专用的盒，能够抑制成本增加。

应该认为，本次所公开的实施例在所有的方面都是例示而不是限制性的内容。本发明的范围不是由上述的说明而是由权利要求表示，包括与权利要求等同的意思以及范围内的所有的变更。

标号的说明

1、1a、1b车辆；2隔室；10发动机；40动力分配装置；50减速器；60PCU；61转换器；62变换器；63壳体；70电池；80驱动轮；100、100a接线盒；101、102、102a继电器；103熔断器；130排气通路；140EHC；150ECU；160充电口；170充电器；200连接器；210外部电源；C1、C2平滑电容器；D1、D2二极管；GL1、GL1a、GL1b、GL2、GL3、GL3a负极线；L1电抗器；PL1～PL3正极线；Q1、Q2、Q1、Q2开关元件。

Claims (4)

1.一种车辆，具备： 

蓄电装置； 

转换器，其将从所述蓄电装置输出的电力的电压升压到预定值； 

驱动装置，其使用所述转换器升压后的电力来产生车辆的驱动力； 

电力供给路径，其设置于所述转换器与所述驱动装置之间； 

内燃机；以及 

催化剂装置，其构成为可电加热，并对所述内燃机的排气进行净化， 

所述催化剂装置与所述驱动装置并联连接于所述电力供给路径，使用所述转换器升压后的电力对所述催化剂装置进行加热， 

所述车辆还具备设置于所述电力供给路径与所述催化剂装置之间的继电器， 

所述驱动装置包括： 

产生所述驱动力的电动机；和 

变换器，其将所述转换器升压后的电力变换为用于驱动所述电动机的电力， 

所述电力供给路径设置于所述转换器与所述变换器之间， 

所述电力供给路径包括连接所述转换器与所述变换器的第一正极线以及第一负极线， 

所述车辆还具备连接所述转换器与所述蓄电装置的第二正极线以及第二负极线， 

所述催化剂装置的正极连接于所述第一正极线，所述催化剂装置的负极连接于所述第二负极线，

所述继电器包括： 

第一继电器，其设置于所述第一正极线与所述催化剂装置的正极之间；和 

第二继电器，其设置于所述第二负极线与所述催化剂装置的负极之间， 

所述第二负极线在具备所述第一继电器和所述第二继电器的接线盒的内部与所述第二继电器连接。 

2.根据权利要求1所述的车辆，其中， 

所述转换器、所述变换器、所述第一正极线以及所述第一负极线收容于壳体的内部， 

所述车辆还包括： 

第三正极线，其配置成贯通所述壳体，连接所述催化剂装置的正极与所述第一正极线；和 

第三负极线，其配置于所述壳体的外部，连接所述催化剂装置的负极与所述第二负极线。 

3.根据权利要求2所述的车辆，其中， 

所述转换器以及所述变换器配置于车辆前部的位置， 

所述蓄电装置配置于车辆后部的位置， 

所述催化剂装置配置于与所述转换器以及所述变换器的位置相比靠车辆后方且与所述蓄电装置的位置相比靠车辆前方的位置， 

所述第三负极线的长度比连接所述催化剂装置的负极与所述第二负极线的线的长度短。 

4.根据权利要求1所述的车辆，其中， 

所述车辆为能够通过从外部电源供给的电力对所述蓄电装置充电、且能够使用所述驱动装置和所述内燃机的至少一方产生的驱动力来行驶的车辆。