专利名称：向电加热催化剂供能的功率系统和方法
技术领域：
本发明示例性的实施例涉及ー种向车辆中的电加热催化剂供能的功率系统和方法。
背景技术：
内燃动カ的车辆的排气系统中使用电加热催化剂。由12伏特的机动车辆电池向电加热催化剂提供能量。除此之外，车辆电カ系统包括发电机，其向电池和机动车辆上的电气负载以及电加热催化剂提供电压。为了将电加热催化剂加热到工作温度，需要高的功率水平。如果只从车辆电池向电加热催化剂供能，那么加热催化剂所需的相对高的电流水平可能会导致电池操作寿命的減少。除此以外，如果车辆电池为了加热电加热催化剂而在一 段时间内处于脱线状态(即，暂时与发电机断开连接)，与车辆电池连接的车辆负载将显著降低电池中的储能。
发明内容
在本发明ー示例性的实施例中，提供了一种向电加热催化剂供能的功率系统。电加热催化剂设置于氧化催化剂的上游。该功率系统包括，配置为输出第一电压的第一电池以及配置为输出第二电压的第二电池。该功率系统还包括联接在第一电池和第二电池之间的开关设备。该开关设备具有第一操作状态，使得第一电池和第二电池彼此串联联接，该开关设备还具有第二操作状态，使得第一电池和第二电池彼此并联联接。该功率系统还包括联接到第一电池的发电机，当开关设备处于第二操作状态时，发电机向第一电池提供第三电压，为第一电池和第二电池充电，同时将第三电压提供给电加热催化剂，使电加热催化剂加热氧化催化剂上游的排气。在本发明另一示例性的实施例中，提供了一种向电加热催化剂供能的方法。电加热催化剂设置于氧化催化剂的上游。该方法包括，利用控制器产生第一信号，促使开关设备从第一电池和第二电池彼此并联联接的第一操作状态转变为第一电池和第二电池彼此串联联接的第二操作状态。该方法还包括，在第一电池和第二电池彼此串联连接吋，由发电机向第一电池提供电压，用以向第一电池和第二电池充电，并将该电压提供给电加热催化剂，促使电加热催化剂加热氧化催化剂上游的排气。此外，本发明还包括如下技术方案。I. 一种向电加热催化剂供能的功率系统，电加热催化剂设置于氧化催化剂的上游，该功率系统包括配置为输出第一电压的第一电池；配置为输出第二电压的第二电池；联接在第一电池和第二电池之间的开关设备，该开关设备具有第一操作状态，使得第一电池和第二电池彼此串联联接，该开关设备还具有第二操作状态，使得第一电池和第二电池彼此并联联接；以及
联接到第一电池的发电机，当开关设备处于第二操作状态时，发电机向第一电池提供第三电压，为第一电池和第二电池充电，并且将第三电压提供给电加热催化剂，使电加热催化剂加热氧化催化剂上游的排气。2.如技术方案I所述的功率系统，其中第三电压与第一电压和第二电压的和大致相等。3.如技术方案I所述的功率系统，还包括与开关设备可操作地通信的控制器，该控制器配置为产生第一信号，促使开关设备处于第一操作状态，该控制器进ー步配置为产生第二信号，促使开关设备处于第二操作状态。
4.如技术方案3所述的功率系统，还包括靠近电加热催化剂设置的温度传感器，该温度传感器配置为产生指示排气的温度水平的温度信号。5.如技术方案4所述的功率系统，其中该控制器进ー步配置为当排气的温度水平小于第一温度阈值时产生第二信号，促使开关设备处于第二操作状态。6.如技术方案5所述的功率系统，其中该控制器进ー步配置为当排气的温度水平大于第一温度阈值时产生第一信号，促使开关设备处于第一操作状态。7.如技术方案I所述的功率系统，其中该开关设备包括具有第一开关和第二开关的双刀双掷继电器设备。8.如技术方案7所述的功率系统，其中第一电池具有第一正极端子和第一负极端子，第二电池具有第二正极端子和第二负极端子，当开关设备处于第二操作状态时，第一开关串联地电联接在第一电池的第一正极端子和电加热催化剂之间，第二开关串联地电联接在第一电池的第一负极端子和第二电池的第二正极端子之间。9.如技术方案8所述的功率系统，其中当开关设备处于第一操作状态时，第一开关串联地电联接在第一电池的第一正极端子和第二电池的第二正极端子之间，第二开关串联地电联接在第一电池的第一负极端子和第二电池的第二负极端子之间。10.如技术方案I所述的功率系统，其中第一电压和第二电压为12伏特，第三电压为24伏特。11. 一种向电加热催化剂供能的方法，该电加热催化剂设置在氧化催化剂的上游，所述方法包括利用控制器产生第一信号，促使开关设备从第一电池和第二电池彼此并联联接的第一操作状态转变为第一电池和第二电池彼此串联联接的第二操作状态；以及当第一电池和第二电池彼此串联连接时，由发电机向第一电池提供电压，用以向第一电池和第二电池充电，并将电压提供给电加热催化剂，促使电加热催化剂加热氧化催化剂上游的排气。12.如技术方案11所述的方法，还包括利用温度传感器产生指示流经电加热催化剂的排气的温度水平的温度信号。13.如技术方案12所述的方法，还包括当排气的温度水平小于第一温度阈值时利
用控制器产生第一信号。14.如技术方案12所述的方法，还包括移除由发电机提供给第一电池和电加热催化剂的电压；以及当排气的温度水平大于或等于第一温度阈值时，利用控制器产生第二信号，促使开关设备从第二操作状态转变为第一操作状态，使第一电池和第二电池彼此并联连接。15.如技术方案11所述的方法，其中该电压为24伏特。本发明的上述特征和优点，以及更多的特征和优点，将在接下来的有关本发明的详细描述结合附图中得以清楚体现。
其他的目标、特征、优点和细节仅作为示例出现在以下对实施例的详细说明中，详细说明參照附图给出，其中图I是根据本发明示例性的实施例的一种向电加热催化剂供能的功率系统的示意图；
图2是根据本发明另一示例性的实施例的一种向电加热催化剂供能的方法的流程图；图3是图I中的功率系统使用的开关设备的示意图。
具体实施例方式以下的说明本质上仅仅是示例性的而并不是为了限制本公开、其应用或用途。应当理解的是，在全部附图中，对应的附图标记表示类似或对应的部件和特征。现參照附图1，提供了一种根据示例性实施例的具有向电加热催化剂30供能的功率系统18的车辆10。车辆10还包括发动机20，排气管道部22、24、26，电加热催化剂30，氧化催化剂32，以及车辆电气负载33。发动机10设置用于提供车辆10运动所需的机械功率。发动机10产生的排气流经排气管道部22、24，电加热催化剂30，氧化催化剂32，以及排气管道部26。如图所示，排气管道部22联接到发动机20和排气管道部24。并且，电加热催化剂30联接到排气管道部24和氧化催化剂32。最后，排气管道部26与氧化催化剂32相联接。当电加热催化剂30被供能时，流经的电流加热催化剂30，使得多余的一氧化碳(CO)和碳氢化合物(HC)在催化剂30处发生氧化，进ー步提高了催化剂30的温度和流经催化剂30的排气的温度。然后排气中的一氧化碳(CO)和碳氢化合物(HC)在氧化催化剂32处进ー步被氧化。功率系统18用于向电加热催化剂30供能,并为第一电池40和第二电池42充电。功率系统18包括发电机39,第一电池40,第二电池42,开关设备50,导体52、53、54、55、56、57、58，温度传感器59，以及控制器60。 发电机39配置用于产生电压(例如，直流电压)，其在第一电池40的第一正极端子70被接收。具体地，当发动机20使发电机39的转子旋转时，发电机39产生交流电压，然后发电机39利用内部电压调节器将交流电压转变成提供给端子70的直流电压。在ー个示例性实施例中，发电机39输出直流电压，该直流电压可以由来自控制器60的控制信号调整，例如在0-24伏特的范围内。在一个示例性实施例中，在向电加热催化剂30供能时，发电机39输出24伏特的直流。第一电池40具有第一正极端子70和第一负极端子72，并且配置用于在端子70、72之间输出第一电压，例如12伏持。第二电池42具有第二正极端子80和第二负极端子82，配置用于在端子80、82之间输出第二电压，例如12伏特。当然，在可替换的实施例中，第一电池40和第二电池42可以输出小于12伏特或者大于12伏特的电压。开关设备50联接在第一电池和第二电池40、42之间。开关设备50具有第一操作状态(如图I所示)，使得第一电池和第二电池40、42彼此串联联接。此外，该开关设备50具有第二操作状态(如图3所示)，使得第一电池和第二电池40、42彼此并联联接。在一示例性的实施例中，开关设备50为双刀双掷继电器设备，并包括第一开关和第二开关90、92，通过对内部线圈96的供能和去能，使其分别在第一操作位置和第二操作位置之间被致动。导体52联接在开关90和第一正极端子70之间，导体54联接在开关92和第一负极端子72之间。并且，导体53与第二正极端子80相联接并选择性地与开关90相联接，导体55与第二负极端子82相联接并选择性地与开关92相联接。导体58与电加热催化剂30相联接并选择性地与开关90相联接。具体地，当开关设备50处于第一操作状态时，第一开关90串联地电联接在第一电 池40的第一正极端子70和第二电池42的第二正极端子80之间，第二开关92串联地电联接在第一电池40的第一负极端子72和第二电池42的第二负极端子82之间。可替换的是，当开关设备50处于第二操作状态时，第一开关90串联地电联接到第一电池40的第一正极端子70和电加热催化剂30，第二开关92串联地电联接在第一电池40的第一负极端子72和第二电池42的第二正极端子80之间。如图所示，车辆电气负载33分别通过导体56、57与第二电池42的第二正极端子80以及第ニ负极端子82相连接。温度传感器59配置为产生指示流经电加热催化剂30的排气的温度水平的信号，该信号进ー步指示了催化剂30的温度水平。温度传感器59靠近催化剂30设置，并与控制器60通信。控制器60配置为控制发电机39、开关设备50以及电加热催化剂30的操作，将在下文得到详细阐述。在一示例性的实施例中，控制器60是微处理器。但是，在可替换的实施例中，控制器60可以是固态电路。如图2所示，示出了根据另ー示例性实施例的ー种向电加热催化剂30供能的方法。在步骤110，控制器60确定车辆发动机20是否在操作。如果步骤110的值为“是”，该方法前进到步骤112。否则，方法返回步骤110。在步骤112，第一电池40输出第一电压并且第二电池42输出第二电压。在步骤114，温度传感器59产生指示位于氧化催化剂32上游的电加热催化剂30中的排气的温度水平的温度信号，该信号被控制器60接收。在步骤116，控制器60确定电加热催化剂30中的排气温度是否小于温度阈值。如果步骤116的值为“是”，该方法前进到步骤118。否则，该方法前进到步骤124。在步骤118，控制器60发送第一控制消息至发电机39，使发电机39输出第三电压。该第三电压与第一电压和第二电压的和大致相等。在一示例性的实施例中，第三电压为24伏特。在步骤120，控制器60产生第一信号，促使开关设备50从第一电池和第二电池40,42彼此并联联接的第一操作状态转变为第一电池和第二电池40、42彼此串联联接的第ニ操作状态。
在步骤122，在第一电池和第二电池40、42彼此串联连接时，发电机39向第一电池提供第三电压，用以向第一电池和第二电池40、42充电，并将该第三电压提供给电加热催化剂30，促使电加热催化剂30加热氧化催化剂32的上游的排气。在步骤122后，方法返回到步骤110。再次參见步骤116，如果步骤116的值为“否”，说明电加热催化剂30中的排气的
温度大于或者等于温度阈值，该方法前进到步骤124。在步骤124，控制器60发送第二控制消息至发电机39，促使发电机39停止输出第
三电压。在步骤126，控制器60产生第二信号，促使开关设备50从第一电池和第二电池40,42彼此串联联接的第二操作状态转变为第一电池和第二电池40、42彼此并联联接的第 一操作状态。在步骤128，控制器60发送第三控制消息至发电机39，促使发电机39输出第四电压。该第四电压与第一电压相等。在一个示例性实施例中，第一和第四电压为12伏持。相比其他系统和方法，该向电加热催化剂供能的功率系统和方法具有实质性优点。具体地，该功率系统和方法实现了在车辆中为两个电池提供充电电压的同时向电加热催化剂供能的技术效果。尽管參照示例性实施例介绍了本发明，但是本领域技术人员应当理解的是，在不背离本发明保护范围的情况下，可以进行各种改变并且其元件可以用等价物替换。另外，可以进行多种修改以使特定的情况或材料适于本发明的教导而并不背离其实质的保护范围。因此，应当理解的是，本发明并不局限于作为设想用于实现本发明的最佳模式而公开的特定实施例，而是本发明应当包括落入本申请保护范围内的所有实施例。
权利要求
1.一种向电加热催化剂供能的功率系统，电加热催化剂设置于氧化催化剂的上游，该功率系统包括 配置为输出第一电压的第一电池； 配置为输出第二电压的第二电池； 联接在第一电池和第二电池之间的开关设备，该开关设备具有第一操作状态，使得第一电池和第二电池彼此串联联接，该开关设备还具有第二操作状态，使得第一电池和第二电池彼此并联联接；以及 联接到第一电池的发电机，当开关设备处于第二操作状态时，发电机向第一电池提供第三电压，为第一电池和第二电池充电，并且将第三电压提供给电加热催化剂，使电加热催化剂加热氧化催化剂上游的排气。
2.如权利要求I所述的功率系统，其中第三电压与第一电压和第二电压的和大致相等。
3.如权利要求I所述的功率系统，还包括与开关设备可操作地通信的控制器，该控制器配置为产生第一信号，促使开关设备处于第一操作状态，该控制器进ー步配置为产生第ニ信号，促使开关设备处于第二操作状态。
4.如权利要求3所述的功率系统，还包括靠近电加热催化剂设置的温度传感器，该温度传感器配置为产生指示排气的温度水平的温度信号。
5.如权利要求4所述的功率系统，其中该控制器进ー步配置为当排气的温度水平小于第一温度阈值时产生第二信号，促使开关设备处于第二操作状态。
6.如权利要求5所述的功率系统，其中该控制器进ー步配置为当排气的温度水平大于第一温度阈值时产生第一信号，促使开关设备处于第一操作状态。
7.如权利要求I所述的功率系统，其中该开关设备包括具有第一开关和第二开关的双刀双掷继电器设备。
8.如权利要求7所述的功率系统，其中第一电池具有第一正极端子和第一负极端子，第二电池具有第二正极端子和第二负极端子，当开关设备处于第二操作状态时，第一开关串联地电联接在第一电池的第一正极端子和电加热催化剂之间，第二开关串联地电联接在第一电池的第一负极端子和第二电池的第二正极端子之间。
9.如权利要求8所述的功率系统，其中当开关设备处于第一操作状态时，第一开关串联地电联接在第一电池的第一正极端子和第二电池的第二正极端子之间，第二开关串联地电联接在第一电池的第一负极端子和第二电池的第二负极端子之间。
10.一种向电加热催化剂供能的方法，该电加热催化剂设置在氧化催化剂的上游，所述方法包括 利用控制器产生第一信号，促使开关设备从第一电池和第二电池彼此并联联接的第一操作状态转变为第一电池和第二电池彼此串联联接的第二操作状态；以及 当第一电池和第二电池彼此串联连接时，由发电机向第一电池提供电压，用以向第一电池和第二电池充电，并将电压提供给电加热催化剂，促使电加热催化剂加热氧化催化剂上游的排气。
全文摘要
本发明提供了一种向电加热催化剂供能的功率系统和方法。该系统包括输出第一电压的第一电池和输出第二电压的第二电池。该系统还包括开关设备，该开关设备具有第一电池和第二电池彼此串联联接的第一操作状态，和第一电池和第二电池彼此并联联接的第二操作状态。该系统还包括联接到第一电池的发电机，当开关设备处于第二操作状态时，发电机向第一电池提供第三电压，为第一电池和第二电池充电，并且将第三电压提供给电加热催化剂，使催化剂加热氧化催化剂上游的排气。
文档编号F01N3/20GK102691552SQ20121008829
公开日2012年9月26日 申请日期2012年2月14日 优先权日2011年2月14日
发明者E·V·冈策, M·J·小帕拉托尔 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司