CN108590818A - 一种基于混合动力汽车降低冷启动排放的控制方法 - Google Patents

一种基于混合动力汽车降低冷启动排放的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电加热型三元催化器结构及基于混合动力汽车降低冷启动排放的控制方法，整车控制器通过CAN总线检测ECU是否控制发动机启动，若检测到发动机启动后，整车控制器读取当前三元催化器温度T与电池SOC，与设置的起燃温度T1进行比较；若大于起燃温度T1，则判定发动机为热启动状态，三元催化器不需要电加热，关闭电加热；若小于T1，则发动机为冷启动状态，此时，在基于CAN总线通讯判断电池SOC状态，并公开了进一步的处理方法。本发明利用混合动力电动汽车上的大容量电池和高电压设备为三元催化器提供外接热源，在满足动力性的前提下，降低冷启动阶段的整车排放为目的，从而进一步发挥混合动力汽车低污染的性能优势。

Description

一种基于混合动力汽车降低冷启动排放的控制方法
技术领域
本发明属于混合动力汽车排放性优化控制技术领域，具体涉及一种在车辆冷启动或城市工况频繁启停过程中，以降低三元催化转化器起燃前的冷启动阶段的排放为目的，利用混合动力电动汽车上的大容量电池对三元催化转化器进行电加热的控制方法。
背景技术
随着排放法规的日趋严格，发动机冷起动过程的排放问题显得越来越突出。研究表明，冷起动过程对点燃式发动机整车工况法排放限值HC和CO的排放贡献量占到整个测试过程排放量的50％—80％。同时，混合动力汽车在怠速和纯电动工况下关闭发动机，以达到减少油耗、降低排放的目的。虽然，现代的汽车排气***中安装了尾气净化装置——三元催化转化器，它可以将汽车尾气中一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化合物等有害气体通过氧化和还原作用转变为无害的二氧化碳、水和氮气。但在发动机冷启动或城市循环工况频繁起停过程中，由于三元催化转化器温度下降，造成催化转化效率降低，排放恶化。研究表明，催化剂的转换效率与温度有着必然联系，催化器只有达到一定温度时才开始工作的特性即起燃温度特性，当转换效率达到50％时的温度就是起燃温度。三元催化器在400～600℃时能达到最佳工作状态，即它可以使发动机排放的CO、HC、NOx同时降低90％以上；温度低于300℃时，催化效果急剧降低；超过650℃时，三元催化器会因贵金属与氧化铝涂层热损坏而失效。
为加快催化器起燃，提高催化剂的温度，在发动机起动时常采取增加循环喷油量、减小点火提前角等措施来提高排气温度，但这也会增加HC、CO排放量。另一方面，混合动力汽车采用内燃机和电动机2个动力源，为加快催化器起燃提供了更多的控制自由度。因此，研究混合动力汽车冷起动阶段的排放性能具有重要意义。
传统汽车通过加热三元催化器来降低冷起动阶段排放的方法有：在发动机起动时常采取增加循环喷油量、减小点火提前角等措施来提高排气温度，但这也会增加HC、CO排放量；采用12/24V蓄电池低电压加热，但耗电量过大，易造成蓄电池馈电；通过优化三元催化器结构和安装位置，让三元催化转化器尽量靠近排气歧管出口，从而提高排气温度，但这种方式使三元催化转化器严重受热冲击影响，易造成催化剂老化。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种利用混合动力电动汽车上的大容量电池和高电压设备为三元催化器提供外接热源，在满足动力性的前提下，以加快三元催化转化器起燃，降低冷启动阶段的整车排放为目的的混合动力汽车降低冷启动排放的装置和方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于混合动力汽车降低冷启动排放的控制方法，包括三元催化器加热控制方式：
首先，整车控制器通过CAN总线检测ECU是否控制发动机启动，若检测到发动机启动后，整车控制器读取当前催化转化器温度T与电池SOC，以此作为判断电加热型三元催化转化器是否达到起燃温度的依据，即与设置的起燃温度T1进行比较；
若大于起燃温度T1，则判定发动机为热启动状态，催化转化器不需要电加热，关闭电加热；
若小于T1，则发动机为冷启动状态，此时，在基于CAN总线通讯判断电池SOC状态，若SOC大于30％，则表明电池电量较高，则接通电加热热源，依靠电池包给催化器加热；若小于30％，则表明电池SOC值较低，则切换到行车充电模式。
作为优选方式，通过检测催化器当前温度T和催化器最佳工作温度上限阈值T2进行比较，若小于T2，则控制逻辑跳转至冷启动阶段；反之，表明此时催化器温度处于最佳范围内，需关闭电加热功能。
作为优选方式，温度T2通过实验台架标定得到。
作为优选方式，温度T1通过实验台架标定得到。
混合动力汽车上装备的电加热型三元催化器结构，它包括发动机及其电子控制单元(Electronic Control Unit,ECU)、排气歧管、三元催化转化器、电加热源、温度传感器T和整车电池包及电池管理***(Battery Management System，BMS)。
作为优选方式，当整车控制器通过CAN总线信息检测到发动机处于启动时，依据温度传感器T采集的信息，以及电池包BMS的电池荷电状态(State Of Charge,SOC)来接通三元催化转化器加热电流，进而使得催化器内部的电热源产生热量以提高催化器温度。
作为优选方式，当催化器起燃后，保证催化器内温度在一定范围内时，断开加热电流以降低能耗，同时防止催化器温度上升过高，避免催化器烧结和老化。
本发明的有益效果是：利用混合动力电动汽车上的大容量电池和高电压设备为三元催化器提供外接热源，在满足动力性的前提下，以加快三元催化转化器起燃，降低冷启动阶段的整车排放为目的，从而进一步发挥混合动力汽车低污染的性能优势。
附图说明
图1为电加热型三元催化器结构示意图；
图2为三元催化器加热控制流程；
图中，1-发动机，2-ECU，3-BMS，4-电池包，5-催化器蜂窝涂层，6-三元催化器，7-壁体，8-温度传感器，9-整车控制器，10-电加热源，11-排气歧管，12-CAN信号线。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图2所示，一种基于混合动力汽车降低冷启动排放的控制方法，包括三元催化器6加热控制方式：
首先，整车控制器9通过CAN总线检测ECU2是否控制发动机1启动，若检测到发动机1启动后，整车控制器9读取当前催化转化器温度T与电池SOC，以此作为判断电加热型三元催化转化器是否达到起燃温度的依据，即与设置的起燃温度T1进行比较；
若大于起燃温度T1，则判定发动机1为热启动状态，催化转化器不需要电加热，关闭电加热；
若小于T1，则发动机1为冷启动状态，此时，在基于CAN总线(或CAN信号线12)通讯判断电池SOC状态，若SOC大于30％，则表明电池电量较高，则接通电加热热源，依靠电池包4给催化器加热；若小于30％，则表明电池SOC值较低，则切换到行车充电模式。
在一个优选实施例中，通过检测催化器当前温度T和催化器最佳工作温度上限阈值T2进行比较，若小于T2，则控制逻辑跳转至冷启动阶段；反之，表明此时催化器温度处于最佳范围内，需关闭电加热功能。
在一个优选实施例中，温度T2通过实验台架标定得到。
在一个优选实施例中，温度T1通过实验台架标定得到。
如图1所示，混合动力汽车上装备的电加热型三元催化器6结构，它包括发动机1及其电子控制单元(Electronic Control Unit,ECU2)、排气歧管11、三元催化器6(如图1所示，可以看到三元催化器6的壁体7和催化器蜂窝涂层5)、电加热源10、温度传感器8T和整车电池包4及电池管理***(Battery Management System，BMS3)。
在一个优选实施例中，当整车控制器9通过CAN总线信息检测到发动机1处于启动时，依据温度传感器8T采集的信息，以及电池包4BMS3的电池荷电状态(State Of Charge,SOC)来接通三元催化转化器加热电流，进而使得催化器内部的电热源产生热量以提高催化器温度。
在一个优选实施例中，当催化器起燃后，保证催化器内温度在一定范围内时，断开加热电流以降低能耗，同时防止催化器温度上升过高，避免催化器烧结和老化。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，应当指出的是，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于混合动力汽车降低冷启动排放的控制方法，其特征在于，包括三元催化器加热控制方式：
整车控制器通过CAN总线检测ECU是否控制发动机启动，若检测到发动机启动后，整车控制器读取当前三元催化器温度T与电池SOC，与设置的起燃温度T1进行比较；
若大于起燃温度T1，则判定发动机为热启动状态，三元催化器不需要电加热，关闭电加热；
若小于T1，则发动机为冷启动状态，此时，在基于CAN总线通讯判断电池SOC状态，若SOC大于30％，则表明电池电量较高，则接通电加热热源，依靠电池包给三元催化器加热；若小于30％，则表明电池SOC值较低，则切换到行车充电模式。
2.根据权利要求1所述的一种基于混合动力汽车降低冷启动排放的控制方法，其特征在于：通过检测三元催化器当前温度T和三元催化器最佳工作温度上限阈值T2进行比较，若小于T2，则控制逻辑跳转至冷启动阶段；反之，表明此时催化器温度处于最佳范围内，需关闭电加热功能。
3.根据权利要求2所述的一种基于混合动力汽车降低冷启动排放的控制方法，其特征在于：温度T2通过实验台架标定得到。
4.根据权利要求1所述的一种基于混合动力汽车降低冷启动排放的控制方法，其特征在于：温度T1通过实验台架标定得到。
5.混合动力汽车上装备的电加热型三元催化器结构，其特征在于：它包括发动机及其电子控制单元、排气歧管、三元催化器、电加热源、温度传感器T和整车电池包及电池管理***。
6.根据权利要求5所述的混合动力汽车上装备的电加热型三元催化器结构，其特征在于：当整车控制器通过CAN总线信息检测到发动机处于启动时，依据温度传感器T采集的信息，以及电池包BMS的电池荷电状态来接通三元催化器加热电流，进而使得催化器内部的电热源产生热量以提高催化器温度。
7.根据权利要求5或6所述的混合动力汽车上装备的电加热型三元催化器结构，其特征在于：当催化器起燃后，保证三元催化器内温度在一定范围内时，断开加热电流以降低能耗，同时防止催化器温度上升过高，避免催化器烧结和老化。
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