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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Steuerverfahren für eine Unterheizung (sub heater) hoher Kapazität und insbesondere ein Steuerverfahren für eine Unterheizung hoher Kapazität, welches in der Lage ist, einen Entlademodus und einen Lademodus wahlweise auszuführen.
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2. Beschreibung des Stands der Technik
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Ein Fahrzeug ist mit einem Klimasystem versehen, um jeweiligen Abschnitten des Innenraums des Fahrzeugs wahlweise kalte oder warme Luft zuzuführen. Im Sommer wird eine Klimaanlage betrieben, um kalte Luft zuzuführen. Im Winter wird dagegen eine Heizung betrieben, um warme Luft zuzuführen.
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Der allgemeine Betrieb der Heizung erfolgt folgendermaßen: Es findet ein Wärmetauschprozess zwischen einem durch Umwälzen in einem Motor erwärmten Kühlmittel und durch ein Luftgebläse in das Fahrzeug eingeleiteter Luft statt, wodurch warme Luft in den Innenraum des Fahrzeugs geleitet wird, um ihn zu erwärmen. Weil ein solches Heizverfahren durch den Motor erzeugte Wärme verwendet, weist es eine hohe Energieeffizienz auf.
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Im Winter ist jedoch ein vorgegebener Zeitraum erforderlich, damit der Motor startet und sich dann erwärmt. Demgemäß erfolgt der Heizvorgang nicht sofort nach dem Starten des Motors. Um das Innere des Fahrzeugs zu erwärmen, dreht sich der Motor während einer vorgegebenen Zeit vor einer Fahrt im Leerlauf, bis sich der Motor erwärmt und das Kühlmittel eine hohe Temperatur erreicht. Hierdurch wird Energie verschwendet und die Umwelt verschmutzt.
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Zum Lösen des Problems wurde ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem das Innere des Fahrzeugs unter Verwendung einer zusätzlichen Vorheizung während eines vorgegebenen Zeitraums erwärmt wird, wenn der Motor aufgewärmt wird. Eine herkömmliche Heizung, in der eine Heizwendel verwendet wird, gibt eine große Wärmemenge ab, so dass ein Heizvorgang wirksam ausgeführt wird, es gibt dabei jedoch ein hohes Brandrisiko, und die Lebensdauer eines Heizdrahts ist kurz, so dass häufige Reparaturen und ein häufiges Austauschen von Teilen erforderlich sind und ein Benutzer dadurch belästigt wird.
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Daher wird in letzter Zeit eine Heizung entwickelt, bei der ein Element mit einem positiven Temperaturkoeffizienten (PTC) verwendet wird. Eine solche PTC-Heizung ist in der Hinsicht vorteilhaft, dass sie das Brandrisiko verringert und eine lange Lebensdauer hat, so dass sie semi-permanent verwendet werden kann. Wegen dieser Vorteile ist die Anwendung der PTC-Heizung in den letzten Jahren üblicher geworden. Ferner hat die für die Vorheizung verwendete PTC-Heizung wegen ihrer Eigenschaften eine verhältnismäßig geringe Kapazität. In jüngster Zeit wird, während verschiedene Arten von Fahrzeugen eingeführt werden und viele Anforderungen an Benutzer gestellt werden, eine PTC-Heizung hoher Kapazität entwickelt.
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Die gegenwärtig verwendete PTC-Heizung hoher Kapazität wird durch von einer Lichtmaschine zugeführten Strom betrieben. Die durch diese PTC-Heizung erzielte Heizwirkung kann jedoch nur bis zu einem bestimmten Punkt erhöht werden, weil in einem anfänglichen Heizstadium nicht genügend Strom zur Verfügung steht.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Demgemäß wurde die vorliegende Erfindung angesichts der vorstehend erwähnten im Stand der Technik auftretenden Probleme gemacht, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Steuerverfahren für eine Unterheizung hoher Kapazität bereitzustellen, die in einem anfänglichen Heizstadium der PTC-Heizung hoher Kapazität Strom von einer Batterie sowie einer Lichtmaschine empfangen soll, um so die Heizleistung zu verbessern.
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Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Steuerverfahren für eine Unterheizung hoher Kapazität bereitzustellen, wodurch, abhängig von bestimmten Bedingungen im Fall des Empfangens von Strom von einer Batterie, ein Lademodus oder ein Entlademodus ausgeführt werden soll, um so die Energieeffizienz zu verbessern.
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Zum Lösen der vorstehend erwähnten Aufgaben sieht die vorliegende Erfindung ein Steuerverfahren für eine Unterheizung hoher Kapazität vor, welches folgende Schritte aufweist: a) Betreiben einer PTC-Heizung durch von einer Lichtmaschine und einer Batterie zugeführten Strom, sobald ein Fahrzeug gestartet wurde, b) Ausführen eines Entlademodus der Batterie, um die PTC-Heizung zu betreiben, während eine Batteriespannung eingerichtet wird, um eine vorgegebene Entladespannung V1 aufrechtzuerhalten, falls während a) eine vorgegebene Zeit T1 nicht verstreicht, und c) Ausführen eines Lademodus der Batterie, um die PTC-Heizung zu betreiben, während die Stromversorgung von der Batterie ausgeschaltet wird und eine Batteriespannung eingerichtet wird, um eine vorgegebene Ladespannung V2 aufrechtzuerhalten, falls während a) die vorgegebene Zeit T1 verstrichen ist.
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Ferner kann in a) vorzugsweise folgendes ausgeführt werden: a1) Feststellen, ob eine CAN-Kommunikation mit dem Fahrzeug ausgeführt wird, a2) Anwenden eines anfänglichen PTC-PWM-Steuerstroms, falls die CAN-Kommunikation ausgeführt wird, a3) Feststellen, ob die Motorgeschwindigkeit bei einer vorgegebenen Drehgeschwindigkeit S1 oder darüber liegt, die Ansauglufttemperatur bei einer vorgegebenen Temperatur K1°C oder darunter liegt und die Motorkühlmitteltemperatur eine vorgegebene Temperatur H1°C oder weniger ist, auf der Grundlage der CAN-Kommunikationsinformationen, nachdem der Strom zugeführt wurde, a4) Feststellen, ob bei a3) ein Luftgebläsesignal EIN ausgegeben wird, falls die Motorgeschwindigkeit bei der vorgegebenen Drehgeschwindigkeit S1 oder darüber liegt, die Ansauglufttemperatur die vorgegebene Temperatur K1°C oder weniger ist und die Motorkühlmitteltemperatur die vorgegebene Temperatur H1°C oder weniger ist, a5) Feststellen, ob die Batteriespannung die vorgegebene Entladespannung V1 oder mehr ist, durch die CAN-Kommunikation, falls das Luftgebläse betrieben wird, a6) Ausführen der PWM-Einschaltverhältnisausgabe und der PTC-EIN-Signalausgabe, falls die Batteriespannung die vorgegebene Entladespannung V1 oder mehr ist, und a7) Feststellen, ob die vorgegebene Zeit T1 verstrichen ist, nachdem ein Betrieb eingeleitet worden ist.
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Ferner kann die vorgegebene Zeit T1 bei a7) vorzugsweise 15 Minuten betragen.
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Ferner kann bei a3) vorzugsweise die vorgegebene Drehgeschwindigkeit S1 500 U/min sein, die vorgegebene Ansauglufttemperatur K1 23°C sein und die vorgegebene Motorkühlmitteltemperatur H1 80°C sein.
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Ferner kann bei a5) vorzugsweise die vorgegebene Entladespannung V1 der Batterie 12 V sein.
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Ferner kann bei b) vorzugsweise folgendes sequenziell ausgeführt werden: b1) Betreiben der PTC-Heizung, während die Batteriespannung so eingerichtet wird, dass die vorgegebene Entladespannung V1 aufrechterhalten wird, falls bei a7) die vorgegebene Zeit T1 nicht verstrichen ist, b2) Feststellen, ob die Motorgeschwindigkeit bei der vorgegebenen Drehgeschwindigkeit S1 oder darüber liegt, durch eine Verbindung der CAN-Kommunikation, b3) Feststellen, ob die Ansauglufttemperatur eine andere vorgegebene Temperatur K2°C oder weniger ist und die Motorkühlmitteltemperatur eine andere vorgegebene Temperatur H2°C oder weniger ist, falls die Motorgeschwindigkeit bei der vorgegebenen Drehgeschwindigkeit S1 oder darüber liegt, und b4) Feststellen, ob das Luftgebläsesignal EIN ausgegeben wird, falls die Ansauglufttemperatur die vorgegebene Temperatur K2°C oder weniger ist und die Motorkühlmitteltemperatur die vorgegebene Temperatur H2°C oder weniger ist, und b) Fortfahren mit a7) von a), falls dass Luftgebläse betrieben wird.
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Ferner kann bei b3) vorzugsweise die vorgegebene Ansauglufttemperatur K2°C 28°C sein und die vorgegebene Motorkühlmitteltemperatur H2°C 82°C sein.
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Ferner kann bei c) vorzugsweise folgendes sequenziell ausgeführt werden: c1) Betreiben der PTC-Heizung, während die Batteriespannung so eingerichtet wird, dass die vorgegebene Ladespannung V2 aufrechterhalten wird, falls die vorgegebene Zeit bei a7) verstrichen ist, c2) Feststellen, ob die Motorgeschwindigkeit bei der vorgegebenen Drehgeschwindigkeit S1 oder darüber liegt, durch eine Verbindung der CAN-Kommunikation, c3) Feststellen, ob die Ansauglufttemperatur eine andere vorgegebene Temperatur K2°C oder weniger ist und die Motorkühlmitteltemperatur H2°C eine andere vorgegebene Temperatur oder weniger ist, falls die Motorgeschwindigkeit bei der vorgegebenen Drehgeschwindigkeit S1 oder darüber liegt, und c4) Feststellen, ob das Luftgebläsesignal EIN ausgegeben wird, falls die Ansauglufttemperatur die vorgegebene Temperatur K2°C oder weniger ist und die Motorkühlmitteltemperatur die vorgegebene Temperatur H2°C oder weniger ist, und c) Fortfahren mit c1) von c), falls dass Luftgebläse betrieben wird.
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Ferner kann bei c1) vorzugsweise die vorgegebene Ladespannung V2 der Batterie 12,6 V betragen.
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Ferner kann vorzugsweise, falls bei b2) und c2) festgestellt wird, dass die Motorgeschwindigkeit bei der vorgegebenen Drehgeschwindigkeit S1 oder darunter liegt, folgendes ausgeführt werden: Ausschalten der PWM-Einschaltverhältnisausgabe und der PTC-EIN-Signalausgabe, Feststellen, ob die CAN-Kommunikation angeschlossen ist, und Ausführen der Feststellung von a), falls die CAN-Kommunikation angeschlossen ist, und Ausschalten des PTC-PWM-Steuerstroms, falls die CAN-Kommunikation nicht angeschlossen ist.
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Wie anhand der vorstehenden Beschreibung verständlich ist, ist das Steuerverfahren für die Unterheizung hoher Kapazität gemäß der vorliegenden Erfindung in der Hinsicht vorteilhaft, dass es wahlweise den Lademodus oder den Entlademodus der Batterie ausführen kann, während die Unterheizung hoher Kapazität betrieben wird, wodurch die Energieeffizienz verbessert wird.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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Die vorstehenden und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung zusammen mit der anliegenden Zeichnung besser verständlich werden. Es zeigen:
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1 eine perspektivische Einzelteilansicht einer Unterheizung hoher Kapazität gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
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2 ein Flussdiagramm eines Steuerverfahrens für eine Unterheizung hoher Kapazität gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
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3 ein Flussdiagramm eines ”ersten Schritts” aus 2,
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4 ein Flussdiagramm eines ”zweiten Schritts” aus 2 und
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5 ein Flussdiagramm eines ”dritten Schritts” aus 2.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nachstehend wird ein Steuerverfahren für eine Unterheizung hoher Kapazität gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung detailliert mit Bezug auf die anliegende Zeichnung beschrieben.
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1 ist eine perspektivische Einzelteilansicht einer Unterheizung hoher Kapazität gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, 2 ist ein Flussdiagramm eines Steuerverfahrens für eine Unterheizung hoher Kapazität gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, 3 ist ein Flussdiagramm, das einen ”ersten Schritt” von 2 zeigt, 4 ist ein Flussdiagramm, das einen ”zweiten Schritt” von 2 zeigt, und 5 ist ein Flussdiagramm, das einen ”dritten Schritt” von 2 zeigt.
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Wie in der Zeichnung dargestellt ist, umfasst die Unterheizung hoher Kapazität gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Mehrzahl von PTC-Stäben 10, die parallel zueinander angeordnet sind, wobei ein PTC-Element (nicht dargestellt) in jeden PTC-Stab 10 eingeführt ist, um Wärme abzugeben. Wärmeabführrippen 20 sind derart auf beiden Seiten jedes PTC-Stabs 10 bereitgestellt, dass sie in Kontakt mit dem PTC-Stab 10 kommen, und sie führen einen Wärmeaustauschprozess zwischen dem PTC-Stab 10 und der Luft aus. Eine Rippenführung 30 ist zwischen benachbarten Wärmeabführrippen 20 angebracht, um die Wärmeabführrippen 20 voneinander zu trennen. Ein oberes Gehäuse 50 und ein unteres Gehäuse 60 sind an den oberen bzw. den unteren Enden der auf diese Weise angeordneten PTC-Stäbe 10 bereitgestellt. Seitenrahmen 40 sind auf der linken und der rechten Seite des oberen Gehäuses 50 und des unteren Gehäuses 60 angebracht, um eine Rahmenstruktur der PTC-Heizung mit dem oberen Gehäuse 50 und dem unteren Gehäuse 60 zu bilden.
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Um eine Funktionsweise hoher Kapazität zu zeigen, ist eine PCB 70 zum Steuern des Betriebs der PTC-Stäbe 10 in dem oberen Gehäuse 50 installiert. Ein Leistungstransistor 75 ist auf der PCB 70 bereitgestellt, um einen Steuervorgang auszuführen. Des Weiteren ist ein positiver Anschluss 11 jedes PTC-Stabs 10 unter Verwendung einer entsprechenden Klammer 74 installiert, um eine elektrische Verbindung zu der PCB 70 zu bilden. Das heißt, dass ferner ein Netzanschluss 80, der einen positiven Netzanschluss 81 und einen negativen Netzanschluss 82 umfasst, auf der PCB 70 montiert ist, um Strom zuzuführen. Der von dem positiven Netzanschluss 81 zugeführte Strom wird entlang einer Schaltung der PCB 70 durch den Leistungstransistor 75 gesteuert und zum positiven Anschluss 11 jedes PTC-Stabs 10 übertragen. Dabei ist die Unterheizung hoher Kapazität so konfiguriert, dass der Strom zum positiven Anschluss 11 des PTC-Stabs 10 übertragen wird, um Wärme von dem PTC-Element in dem PTC-Stab 10 abzugeben, und dann durch eine äußere Abdeckung des PTC-Stabs 10 zu dem negativen Netzanschluss 82 nach außen fließt. Hier steht der negative Anschluss 90 in elektrischem Kontakt mit einer Außenfläche der an einem Ende des PTC-Stabs 10 bereitgestellten Abdeckung, so dass der Strom durch den negativen Anschluss 90 zu dem negativen Netzanschluss 82 fließt.
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Ferner kann gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein mit einer elektronischen Steuereinheit (ECU) eines Fahrzeugs kommunizierender Kommunikationsport 73 zusätzlich auf der PCB 70 montiert sein, um Informationen über den Fahrzeugzustand von der ECU des Fahrzeugs zu empfangen und den Betrieb des PTC-Stabs 10 dadurch zu steuern.
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Nun wird die Konfiguration des PTC-Stabs 10 kurz beschrieben. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der PTC-Stab 10 die das äußere Aussehen des PTC-Stabs 10 definierende rohrförmige Abdeckung, den positiven Anschluss 11, der derart in die Abdeckung eingeführt ist, dass er von einem Ende der Abdeckung heraussteht, das PTC-Element, das so in der Abdeckung installiert ist, dass es in Kontakt mit dem positiven Anschluss 11 steht, und einen Isolator, der den positiven Anschluss 11 von der Abdeckung isoliert, aufweisen. Wenn durch den positiven Anschluss 11 Strom zugeführt wird, fließt der Strom auf diese Weise der Reihe nach durch das PTC-Element und die Abdeckung. Bei diesem Vorgang gibt das PTC-Element Wärme ab. Die Form des wie vorstehend beschrieben konfigurierten PTC-Stabs 10 kann auf verschiedene Arten geändert werden.
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Die PWM-gesteuerte PTC-Heizung hoher Kapazität gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann 2000 W abgeben, wenn sie für ein Fahrzeug verwendet wird. Um die Ausgangsleistung zu erhalten, können ein Strom von 80 A bis 200 A und eine Spannung von 12 V oder 24 V verwendet werden.
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Um den im Netzanschluss 80 oder der PCB 70 im Fall eines hohen Stroms auftretenden elektrischen Widerstand zu minimieren und die durch den elektrischen Widerstand erzeugte Wärme zu minimieren, ist die PCB 70 der PWM-gesteuerten PTC-Heizung hoher Kapazität gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einer Mehrzahl von Wärmeabführlöchern 71 versehen, durch die Luft hindurchtreten kann und Wärme von der PCB 70 abführen kann.
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Vorzugsweise sind die Wärmeabführlöcher 71 um einen Abschnitt herum ausgebildet, an dem ein Teil montiert ist, der, verglichen mit anderen Teilen der PCB 70, eine große Wärmemenge abgibt. Demgemäß können die Wärmeabführlöcher 71 angrenzend an einen Abschnitt ausgebildet sein, an dem der positive Anschluss 11 des PTC-Stabs 10 angebracht ist. Zusätzlich können die Wärmeabführlöcher 71 angrenzend an die Abschnitte ausgebildet sein, an denen verschiedene wärmeabgebende auf der PCB 70 bereitgestellte Teile montiert sind, wie der Leistungstransistor 75. Ferner können die Wärmeabführlöcher 71 angrenzend an einen Abschnitt ausgebildet sein, an dem der elektrisch mit dem Leistungstransistor 75 verbundene positive Netzanschluss 81 montiert ist.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass der Durchmesser von jedem Wärmeabführloch 71 1 mm oder weniger beträgt. Hierdurch wird die Kontaktfläche der Luft vergrößert, wenn sie hindurchströmt und den Wärmeaustauschprozess ausführt, wodurch die Effizienz der Wärmeabfuhr erhöht wird.
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Zusätzlich zu einer solchen Wärmeabführstruktur kann die PWM-gesteuerte PTC-Heizung hoher Kapazität gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung an einem Abschnitt des oberen Gehäuses 50 ein Zirkulationsloch aufweisen, um Luft in das obere Gehäuse 50 einzuleiten und dadurch Wärme aus dem Innenraum des oberen Gehäuses 50 abzuführen. Ferner umfasst das obere Gehäuse 50 einen Gehäusekörper 51, der auf einer Seite offen ist, um die PCB 70 aufzunehmen, und eine Gehäuseabdeckung 52, die so gekoppelt ist, dass sie die offene Seite des Gehäusekörper 51 bedeckt. Vorzugsweise ist in der Gehäuseabdeckung 52 eine Lüftungsöffnung 52a ausgebildet, um den Innenraum des oberen Gehäuses 50 zu belüften. Hier kann das obere Gehäuse 50 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung so ausgebildet sein, dass sein Innenraum durch verschiedene Löcher, die nach dem Zusammensetzen der Teile bereitgestellt werden, oder durch feine während der Montage gebildete Zwischenräume belüftet werden kann, ohne dass es zusätzlich erforderlich wäre, die Lüftungsöffnung 52a in dem oberen Gehäuse 50 auszubilden.
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Dabei hat die PWM-gesteuerte PTC-Heizung hoher Kapazität gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorzugsweise eine Struktur, die ihre eigene Wärme nicht abgibt, sowie die vorstehend erwähnte Wärmeabführstruktur.
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Eine solche Struktur wird nachstehend detailliert beschrieben. Die Form des positiven Netzanschlusses 81 der PWM-gesteuerten PTC-Heizung hoher Kapazität gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist jene einer flachen Platte, welche den Stromfluss vergrößert, um einen elektrischen Widerstand zu verhindern und zu verhindern, dass die durch den Strom erzeugte Wärme kritische Werte überschreitet, und er ist so montiert, dass er von einer Teilmontagefläche der PCB 70 vorsteht. Das heißt, dass der mit der PCB 70 gekoppelte positive Netzanschluss 81 so ausgebildet ist, dass er ein effektives Stromflussvolumen hat, das für einen zulässigen Strom geeignet ist, der für eine maximale Ausgangsleistung benötigt wird.
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Wenn das Stromflussvolumen des positiven Netzanschlusses 81 vergrößert wird, wird daher der elektrische Widerstand für den Strom in dem positiven Netzanschluss 81 verringert, so dass die durch den elektrischen Widerstand erzeugte Wärme auch erheblich verringert wird. Ferner ist ein solcher positiver Netzanschluss 81 so konfiguriert, dass er, zusätzlich zum Verringern der von ihm selbst abgegebenen Wärme, eine Funktion hat, die von der PCB 70 übertragene Wärme abzuführen. Das heißt, dass der positive Netzanschluss 81 die von verschiedenen Teilen und Schaltungen, die auf der PCB 70 montiert sind, abgegebene Wärme abführt, weil die Form des positiven Netzanschlusses 81 jene einer flachen Platte ist, welche die Kontaktfläche mit Luft vergrößert und von der Teilmontagefläche der PCB 70 vorsteht.
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Demgemäß verringert die PWM-gesteuerte PTC-Heizung hoher Kapazität gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Wärme der PCB 70, so dass die Temperatur im Innenraum des oberen Gehäuses 50 nicht ansteigt. Daher sind eine zusätzliche Wärmeabgabevorrichtung und eine zusätzliche Lüftungsöffnung nicht erforderlich, so dass sich eine Miniaturisierung erreichen lässt, verhindert wird, dass die jeweiligen auf der PCB 70 montierten Teile thermisch beschädigt werden, und Fehlfunktionen verhindert werden.
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Infolge dieses Aufbaus kann die erweiterte Schnittfläche des positiven Netzanschlusses 81 so ausgewählt werden, dass verhindert wird, dass die erzeugte Wärme einen von einem Benutzer gewählten kritischen Wert überschreitet. Ein solcher kritischer Wert kann frei unterhalb eines Wärmeemissionsbetrags gewählt werden, bei dem ohne die vorstehend erwähnte Wärmeabführvorrichtung und die vorstehend erwähnte Lüftungsöffnung verhindert werden kann, dass eine thermische Beschädigung der PCB 70 und eine Fehlfunktion von dieser auftreten.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Mehrzahl von auf der PCB 70 montierten Leistungstransistoren 75 vorzugsweise so konfiguriert, dass der Strom unabhängig von dem positiven Netzanschluss 81 den jeweiligen Leistungstransistoren 75 zugeführt wird. Das heißt, dass der positive Netzanschluss 81 und jeder der Leistungstransistoren 75 durch eine unabhängige Schaltung auf der PCB 70 miteinander verbunden sind. Eine solche Struktur verringert die Länge einer Musterschaltung auf der PCB 70, und sie bildet unabhängig die Musterschaltung, so dass der den Leistungstransistoren 75 zugeführte Strom verteilt wird und durch jede Musterschaltung zugeführt wird. Demgemäß wird die durch den elektrischen Widerstand durch die Musterschaltung erzeugte Wärme erheblich verringert, so dass die Wärme in der PCB 70 reduziert wird.
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Überdies ist der positive Netzanschluss 81 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorzugsweise so ausgebildet, dass sich zumindest ein Teil des Anschlusses 81 längs der Kante der PCB 70 erstreckt, so dass die Wärmeabführfläche vergrößert wird und die vorstehend erwähnte Wärmeabführfunktion erreicht wird. Überdies kann sich auch der negative Netzanschluss 82 in Längsrichtung in Form einer flachen Platte erstrecken und so angebracht sein, dass er von der Teilmontagefläche der PCB 70 vorsteht, so dass die von der PCB 70 übertragene Wärme abgeführt wird. Ferner kann sich zur Vergrößerung der Wärmeabführfläche zumindest ein Teil des Anschlusses 82 vorzugsweise in Längsrichtung entlang der Kante der PCB 70 erstrecken.
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Ferner kann die PWM-gesteuerte PTC-Heizung hoher Kapazität gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einem negativen Anschluss 90 versehen werden, so dass die von jedem PTC-Stab 10 erzeugte Wärme nicht auf die PCB 70 und das obere Gehäuse 50 übertragen wird, sondern nach außen abgeführt wird. Ein solcher negativer Anschluss 90 kann mit einem Haken (nicht dargestellt) versehen sein, so dass er an dem oberen Gehäuse 50 befestigt werden kann. Daher wird der negative Anschluss 90 beim Montieren in Kontakt mit einem Ende der Außenfläche jedes PTC-Stabs 10 gebracht, so dass die Wärme von einem Ende jedes PTC-Stabs 10 auf den negativen Anschluss 90 übertragen wird. Ferner kann der negative Anschluss 90 so montiert werden, dass er einen Teil der Außenfläche des oberen Gehäuses 50 umgibt und sich außerhalb des oberen Gehäuses 50 befindet, so dass ermöglicht wird, dass die auf den negativen Anschluss 90 übertragene Wärme leicht nach außen abgeführt wird.
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Weil der negative Anschluss 90 auch so ausgebildet ist, dass er die Außenfläche des oberen Gehäuses 50 umgibt, ist kein zusätzlicher Montageplatz erforderlich, wodurch eine Miniaturisierung der PTC-Heizung und eine überlegene Wärmeabführwirkung erreicht werden.
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Ein solcher negativer Anschluss 90 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfüllt sowohl eine Wärmeabfuhrfunktion als auch eine Funktion eines Erdungsanschlusses. Daher besteht der negative Anschluss 90 aus einem elektrisch leitenden Material und verläuft durch die PCB 70, um ihn mit dem negativen Netzanschluss 82 zu verbinden. Hier ist ein Durchgangsschlitz 72 durch die PCB 70 ausgebildet, so dass der negative Anschluss 90 kontaktfrei durch die PCB 70 hindurchtritt. Der negative Anschluss 90 kann durch den Durchgangsschlitz 72 mit dem negativen Netzanschluss 82 verbunden werden, um darauf Strom und Wärme zu übertragen, während er nicht in Kontakt mit der PCB 70 steht. Eine solche Konfiguration kann verhindern, dass eine sehr kleine Wärmemenge von jedem PTC-Stab 10 auf die PCB 70 übertragen wird, wodurch wirksamer verhindert wird, dass in der PCB 70 Wärme erzeugt wird.
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Der negative Anschluss 90 und der negative Netzanschluss 82 sind elektrisch miteinander verbunden. Ein Verbindungsmittel 83 zum elektrischen Verbinden des negativen Anschlusses 90 mit dem negativen Netzanschluss 82 kann ein Schweiß-, ein Löt- oder ein Bolzenbefestigungsverfahren unter Verwendung eines aus einem Leiter hergestellten Bolzens verwenden.
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Dabei ist ein solcher negativer Anschluss 90 so ausgebildet, dass er einen Teil der Außenfläche des oberen Gehäuses 50 umgibt und in Kontakt mit einem Ende des PTC-Stabs 10 gelangt. Daher ist der negative Anschluss 90 zum Umgeben der Außenfläche des oberen Gehäuses 50 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beispielsweise wie ein ”U”-förmiger Kanal geformt, um der Form der Außenfläche des oberen Gehäuses 50 zu entsprechen, verläuft an einem Abschnitt davon durch die PCB 70 und erstreckt sich in Längsrichtung, um eine Verbindung mit dem negativen Netzanschluss 82 herzustellen. Damit er ferner in Kontakt mit einem Ende jedes PTC-Stabs 10 gelangt, ist ein Verbindungsschlitz 91 durch einen Abschnitt des ”U”-förmigen Kanals ausgebildet, um zu ermöglichen, dass der PTC-Stab 10 dadurch hindurchtritt, während er in Kontakt damit gelangt. Verlängerungsschlitze 92, die breiter als der Verbindungsschlitz 91 sind, sind vorzugsweise an beiden Enden des Verbindungsschlitzes 91 ausgebildet. Luft tritt durch die Verlängerungsschlitze 92 hindurch, wodurch ermöglicht wird, dass der Wärmeaustauschprozess zwischen der Luft und dem negativen Anschluss 90 problemloser erfolgt, wodurch die Gesamt-Wärmeabführwirkung verbessert wird.
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Ferner kann ein Durchgangsloch 93 in einem Abschnitt des negativen Anschlusses 90, der das obere Gehäuse 50 umgibt, beispielsweise im Boden des ”U”-förmigen Kanals ausgebildet sein, um die Luft umzuwälzen. Die Luft zirkuliert durch das Durchgangsloch 93, wodurch die Gesamt-Wärmeabführwirkung verbessert wird. Überdies kann ein Zirkulationsloch 51a durch eine Fläche des oberen Gehäuses 50 ausgebildet sein, um die durch das Durchgangsloch 93 hindurchtretende Luft in das obere Gehäuse 50 einzuleiten.
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Nachstehend wird die Konfiguration des oberen Gehäuses 50 detailliert beschrieben. Wie vorstehend beschrieben wurde, weist das obere Gehäuse 50 den Gehäusekörper 51 und die Gehäuseabdeckung 52 auf. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weisen der Gehäusekörper 51 und die Gehäuseabdeckung 52 einen Verriegelungsvorsprung 51c bzw. ein Verriegelungsloch 52d auf, welche einander entsprechen, um miteinander verbunden zu werden. Der Verriegelungsvorsprung 51c und das Verriegelungsloch 52d verbinden den Gehäusekörper 51 abnehmbar mit der Gehäuseabdeckung 52, ohne ein zusätzliches Befestigungsmittel zu verwenden.
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Ferner kann die Gehäuseabdeckung 52 zwei Stromversorgungslöcher 52b aufweisen, so dass der positive Netzanschluss 81 und der negative Netzanschluss 82 derart in die Stromversorgungslöcher 52b eingeführt werden, dass sie aus diesen vorstehen. Es ist bevorzugt, dass die Stromversorgungslöcher 52b voneinander getrennt sind und aneinander angrenzen. Eine solche Konfiguration ermöglicht es, dass der positive Netzanschluss 81 und der negative Netzanschluss 82 in der gleichen Richtung von der Gehäuseabdeckung 52 mit dem Stromnetz verbunden werden, so dass sie für die Miniaturisierung der PTC-Heizung vorteilhaft ist und die Verdrahtungsarbeit, welche die Stromverbindung herstellt, erleichtert. Hier ist vorzugsweise eine Trennplatte 52c zwischen den beiden Stromversorgungslöchern 52b ausgebildet, wodurch verhindert wird, dass der positive Netzanschluss 81 und der negative Netzanschluss 82, die durch die beiden benachbarten Stromversorgungslöcher 52b nach außen vorstehen, in Kontakt miteinander gelangen, und das Auftreten eines Kurzschlusses verhindert wird.
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Vorzugsweise weist das untere Gehäuse 60 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Stabeinführungsaussparung 61 auf, welche in Breitenrichtung vorsteht, so dass jeder PTC-Stab 10 in die Stabeinführungsaussparung 61 eingeführt und mit dieser verbunden wird. Hierdurch kann die Breite des unteren Gehäuses 60 verringert werden, so dass sie für das Miniaturisieren der PTC-Heizung vorteilhaft ist und ermöglicht, dass die PTC-Heizung problemloser abnehmbar an einem Fahrzeug montiert wird.
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Das Steuerverfahren für die Unterheizung hoher Kapazität wird nun detailliert beschrieben.
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Wie in den 2 bis 5 dargestellt ist, umfasst das Steuerverfahren für die Unterheizung hoher Kapazität einen ersten Schritt 110 zum Betreiben der PTC-Heizung durch von der Lichtmaschine zugeführten Strom, sobald ein Fahrzeug gestartet wurde, einen zweiten Schritt 120 zum Ausführen eines Entlademodus der Batterie, um die PTC-Heizung zu betreiben, während die Spannung der zusätzlichen Stromversorgungsbatterie so eingerichtet wird, dass eine vorgegebene Entladespannung V1 aufrechterhalten wird, falls während des ersten Schritts 110 eine vorgegebene Zeit T1 nicht verstreicht, und einen dritten Schritt 130 zum Ausführen eines Lademodus der Batterie, um die PTC-Heizung zu betreiben, während die Batteriespannung so eingerichtet wird, dass eine vorgegebene Ladespannung V2 aufrechterhalten wird, falls während des ersten Schritts 110 die vorgegebene Zeit T1 verstrichen ist. Hier ist es am bevorzugtesten, dass die vorgegebene Zeit T1 auf 15 Minuten gesetzt wird, was beliebig festgelegt ist, die vorgegebene Zeit kann jedoch entsprechend Umgebungsrandbedingungen zurückgesetzt werden, ohne auf 15 Minuten beschränkt zu sein. Ferner ist es am bevorzugtesten, dass die vorgegebene Entladespannung V1 der Batterie auf 12 V gesetzt wird, was eine beliebige Auswahl ist, die vorgegebene Entladespannung V1 kann jedoch entsprechend Umgebungsrandbedingungen zurückgesetzt werden, einschließlich einer Batteriekapazität, die auf 12 V beschränkt ist. Ferner ist es am bevorzugtesten, dass die vorgegebene Ladespannung V2 auf 12,6 V gelegt wird, was eine beliebige Auswahl ist, die vorgegebene Ladespannung V2 kann jedoch entsprechend Umgebungsrandbedingungen in der Art der Batteriekapazität zurückgesetzt werden, ohne auf 12,6 V beschränkt zu sein.
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Falls sich das Fahrzeug im ersten Schritt 110 in einem Schlüssel-ein-Zustand 111 befindet, wird ein CAN-Kommunikationsbestimmungsschritt 112 ausgeführt, um festzustellen, ob eine CAN-Kommunikation mit dem Fahrzeug ausgeführt wird. Falls keine CAN-Kommunikation abläuft, wird ein Verbindungsprüfschritt 113 ausgeführt, um kontinuierlich festzustellen, ob die CAN-Kommunikation ausgeführt wird.
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Falls die CAN-Kommunikation abläuft, wird ein Stromzufuhrschritt 114 ausgeführt, um einen anfänglichen PTC-PWM-Steuerstrom zuzuführen, wobei ”Strom” den sowohl von der Lichtmaschine als auch den von der Batterie zugeführten Strom bedeutet. Nach der Stromzufuhr wird auf der Grundlage der CAN-Kommunikationsinformationen ein Feststellungsschritt 115 ausgeführt, in dem festgestellt wird, ob sich die Motorgeschwindigkeit bei einer vorgegebenen Drehgeschwindigkeit S1 oder mehr befindet, ob die Ansauglufttemperatur eine vorgegebene Temperatur K1°C oder weniger ist und ob eine Motorkühlmitteltemperatur eine vorgegebene Temperatur H1°C oder weniger ist. In dem Feststellungsschritt 115 betragen die vorgegebene Drehgeschwindigkeit S1 500 U/min, die vorgegebene Ansauglufttemperatur K1 23°C und die vorgegebene Motorkühlmitteltemperatur H1 80°C. Die vorgegebene Drehgeschwindigkeit S1 ist eine Bedingung um festzustellen, ob der Motor läuft, und sie wird am bevorzugtesten auf 500 U/min gelegt. Die vorgegebene Drehgeschwindigkeit kann jedoch entsprechend der Umgebungsrandbedingung zurückgesetzt werden, ohne auf 500 U/min beschränkt zu sein. Die vorgegebene Temperatur K1 ist eine in eine HVAC eingeführte Außentemperatur, und sie ist eine Bedingung zum Feststellen, ob dieser Zustand ein anfänglicher Ansaugzustand ist. Es ist am bevorzugtesten, dass die vorgegebene Temperatur K1 23°C beträgt. Die vorgegebene Temperatur K1 kann jedoch entsprechend der Umgebungsrandbedingung zurückgesetzt werden, ohne auf 23°C beschränkt zu sein. Die vorgegebene Temperatur H1 ist die Temperatur des Motorkühlmittels, und sie wird verwendet, um festzustellen, ob der Motor eine ausreichende Wärmemenge abgibt. Es ist am bevorzugtesten, dass die vorgegebene Temperatur H1 80°C beträgt. Die vorgegebene Temperatur H1 kann jedoch entsprechend der Umgebungsrandbedingung zurückgesetzt werden, ohne auf 80°C beschränkt zu sein.
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Ferner wird selbst dann, wenn auch nur eine Bedingung Nein ist, ein Warteschritt 116 ausgeführt, bis alle Bedingungen zu einem Ja-Zustand geändert wurden.
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Falls im Feststellungsschritt 115 alle Bedingungen Ja sind, d. h. dass die vorgegebene Drehgeschwindigkeit des Motors S1 U/min oder mehr ist, die vorgegebene Ansauglufttemperatur K1°C oder weniger ist und die vorgegebene Motorkühlmitteltemperatur H1°C oder weniger ist, wird ein Luftgebläsebetriebs-Feststellungsschritt 117 ausgeführt, um festzustellen, ob ein Luftgebläsesignal EIN ausgegeben wird. Falls sich das Luftgebläsesignal hier nicht in einem EIN-Zustand befindet, wird ein Warteschritt 118 ausgeführt, in dem gewartet wird und ein PWM-Einschaltverhältnis von 10% ausgegeben wird, bis sich das Luftgebläsesignal in dem EIN-Zustand befindet.
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Falls das Luftgebläse betrieben wird, wird ein Batteriespannungs-Feststellungsschritt 119 ausgeführt, um unter Verwendung der CAN-Kommunikation festzustellen, ob die Batteriespannung die vorgegebene Entladespannung V1 oder größer als diese ist. Falls die Batteriespannung nicht V1 oder größer ist, wird ein Verringerungsschritt 121 ausgeführt, um das PWM-Einschaltverhältnis zu verringern.
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Falls die Batteriespannung V1 oder größer ist, wird ein PTC-EIN-Signalausgabeschritt 120 ausgeführt, um das PWM-Einschaltverhältnis und das PTC-EIN-Signal auszugeben. Ein Vorgegebene-Zeit-Feststellungsschritt 122 wird ausgeführt, um festzustellen, ob die vorgegebene Zeit T1 verstrichen ist, nachdem der Vorgang eingeleitet wurde.
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Falls die vorgegebene Zeit T1 in dem Vorgegebene-Zeit-Feststellungsschritt 122 nicht verstrichen ist, wird in der folgenden Reihenfolge der zweite Schritt 130 ausgeführt.
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Ein PTC-Heizung-Betriebsschritt 131 wird ausgeführt, um die PTC-Heizung zu betreiben, während die Batteriespannung die vorgegebene Entladespannung V1 beibehält, und ein Motorgeschwindigkeits-Feststellungsschritt 132 wird ausgeführt, um über die angeschlossene CAN-Kommunikation festzustellen, ob die Motorgeschwindigkeit bei der vorgegebenen Drehgeschwindigkeit S1 oder darüber liegt. Falls die Motorgeschwindigkeit bei S1 U/min oder darüber liegt, wird ein Feststellungsschritt 133 ausgeführt, um festzustellen, ob die Ansauglufttemperatur eine andere vorgegebene Temperatur K2°C oder kleiner als diese ist und die Motorkühlmitteltemperatur eine andere vorgegebene Temperatur H2°C oder kleiner als diese ist. Zu dieser Zeit wird, wenn auch nur eine Temperaturbedingung Nein ist, ein Aussetzschritt 134 ausgeführt, um das PWM-Einschaltverhältnis 2 Minuten lang auszusetzen. Der Aussetzschritt 134 wird ausgeführt, um zu verhindern, dass ein Fahrgast die Änderung der Abgabetemperatur spürt.
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Wenn die Ansauglufttemperatur die vorgegebene Temperatur K2°C oder kleiner als diese ist und die Motorkühlmitteltemperatur die vorgegebene Temperatur H2°C oder kleiner als diese ist, wird ein Luftgebläsebetriebs-Feststellungsschritt 135 ausgeführt, um festzustellen, ob das Luftgebläsesignal EIN ausgegeben wird. Falls das Luftgebläse betrieben wird, kehrt der Prozess zu dem Vorgegebene-Zeit-Feststellungsschritt 122 des ersten Schritts 110 zurück. Falls das Luftgebläse dagegen nicht betrieben wird, wird ein Warteschritt 136 ausgeführt, um das PWM-Einschaltverhältnis von 10 auszugeben, während gewartet wird, bis sich das Luftgebläsesignal im EIN-Zustand befindet.
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Im Feststellungsschritt 133 sind eine andere vorgegebene Ansauglufttemperatur K2 28°C und eine andere vorgegebene Motorkühlmitteltemperatur H2 82°C.
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Die vorgegebene Temperatur K2 ist die in die HVAC eingeführte Außentemperatur, und sie ist eine Bedingung um festzustellen, ob der Ansaugzustand fortschreitet. Es ist am bevorzugtesten, dass die vorgegebene Temperatur K2 auf 28°C gelegt ist. Die vorgegebene Temperatur kann jedoch entsprechend Umgebungsrandbedingungen zurückgesetzt werden, ohne auf 28°C beschränkt zu sein. Die vorgegebene Temperatur H2 ist die Temperatur des Motorkühlmittels, und sie ist eine Bedingung zum Feststellen, ob der Motor nach Verstreichen eines vorgegebenen Zeitraums eine ausreichende Wärmemenge aussendet. Es ist am bevorzugtesten, dass die vorgegebene Temperatur H2 auf 82°C gelegt wird. Die vorgegebene Temperatur kann jedoch entsprechend Umgebungsrandbedingungen zurückgesetzt werden, ohne auf 82°C beschränkt zu sein.
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Wenn in dem Vorgegebene-Zeit-Feststellungsschritt 122 die vorgegebene Zeit T1 verstrichen ist, wird der dritte Schritt 140 in der folgenden Reihenfolge ausgeführt.
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Ein PTC-Heizungs-Betriebsschritt 141 wird ausgeführt, um die PTC-Heizung zu betreiben, während die Batteriespannung die vorgegebene Ladespannung V2 beibehält. Während die Batteriespannung bei der vorgegebenen Ladespannung V2 gehalten wird, wird die PTC-Heizung ausschließlich durch von der Lichtmaschine zugeführten Strom betrieben, und die Batterie wird geladen, ohne dass sie Strom zuführt. Die vorgegebene Ladespannung V2 ist eine beliebige Spannung, welche die Batterie laden kann. Es ist am bevorzugtesten, dass die vorgegebene Ladespannung V2 12,6 V ist. Die vorgegebene Ladespannung V2 kann jedoch, abhängig von den Umgebungsrandbedingungen, auch auf eine von 12,6 V verschiedene Spannung zurückgesetzt werden.
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Ferner wird ein Motorgeschwindigkeits-Feststellungsschritt 142 ausgeführt, um über die angeschlossene CAN-Kommunikation festzustellen, ob die Motorgeschwindigkeit bei der vorgegebenen Drehgeschwindigkeit S1 oder darüber liegt. Falls die Motorgeschwindigkeit bei S1 U/min oder darüber liegt, wird ein Feststellungsschritt 143 ausgeführt, um festzustellen, ob die Ansauglufttemperatur eine andere vorgegebene Temperatur K2°C oder kleiner als diese ist und die Motorkühlmitteltemperatur eine andere vorgegebene Temperatur H2°C oder kleiner als diese ist. Zu dieser Zeit wird, wenn auch nur eine Temperaturbedingung Nein ist, ein Aussetzschritt 144 ausgeführt, um das PWM-Einschaltverhältnis 2 Minuten lang auszusetzen. Der Aussetzschritt 134 wird ausgeführt, um zu verhindern, dass ein Fahrgast die Änderung der Abgabetemperatur spürt.
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Wenn die Ansauglufttemperatur die vorgegebene Temperatur K2°C oder kleiner als diese ist und die Motorkühlmitteltemperatur die vorgegebene Temperatur H2°C oder kleiner als diese ist, wird ein Luftgebläsebetriebs-Feststellungsschritt 145 ausgeführt, um festzustellen, ob das Luftgebläsesignal EIN ausgegeben wird. Falls das Luftgebläse betrieben wird, wird der Prozess mit dem PTC-Heizung-Betriebsschritt 141 fortgesetzt.
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Falls in den Motorgeschwindigkeits-Feststellungsschritten 132 und 142 des zweiten Schritts 130 und des dritten Schritts 140 die festgestellte Motorgeschwindigkeit S1 U/min oder weniger ist, wird ein Schritt 123 zum Ausschalten der PTC-EIN-Signalausgabe ausgeführt, um die PWM-Einschaltverhältnisausgabe und die PTC-EIN-Signalausgabe auszuschalten. Falls festgestellt wird, dass die CAN-Kommunikation angeschlossen ist, wird der CAN-Kommunikations-Feststellungsschritt 124 ausgeführt, so dass der Feststellungsschritt 115 des ersten Schritts 110 fortgesetzt wird.
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Falls in dem CAN-Kommunikations-Feststellungsschritt 124 festgestellt wird, dass die CAN-Kommunikation nicht angeschlossen ist, wird ein Stromausschaltschritt 125 ausgeführt, um den PTC-PWM-Steuerstrom auszuschalten. Anschließend wird der Prozess in dem CAN-Kommunikations-Feststellungsschritt 112 des ersten Schritts 110 fortgesetzt.
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Wie vorstehend beschrieben wurde, sieht die vorliegende Erfindung ein Steuerverfahren für eine Unterheizung hoher Kapazität vor, die Strom sowohl von einer Lichtmaschine als auch von einer Batterie empfangen kann, um die anfängliche Heizleistung zu maximieren, und die Stromzufuhr von der Batterie ausschalten kann und einen Lademodus der Batterie ausführen kann, nachdem ein Heizvorgang bis zu einem gewissen Grad während einer vorbestimmten Zeit ausgeführt wurde, während die Unterheizung hoher Kapazität betrieben wurde, wodurch die Energieeffizienz verbessert wird.
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Wenngleich die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu Erläuterungszwecken offenbart wurde, werden Fachleute verstehen, dass verschiedene Modifikationen, Hinzufügungen und Ersetzungen möglich sind, ohne vom Schutzumfang und vom Grundgedanken der Erfindung abzuweichen, die in den anliegenden Ansprüchen offenbart sind.
