通用車系充電控制系統(tǒng)詳解及診斷思路

◆文/江蘇 鄭芳民

通用車系充電控制系統(tǒng)詳解及診斷思路

◆文/江蘇 鄭芳民

鄭芳民

美國ASE認(rèn)證汽車維修高級(jí)技師、美國ASE認(rèn)證汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能高級(jí)專家。曾任美國德克薩斯州博爾科尼斯歐洲汽車公司擔(dān)任高級(jí)診斷師?，F(xiàn)任蘇州名駿百盛汽車維修服務(wù)有限公司技術(shù)總監(jiān)。

近日一位凱迪拉克車主，發(fā)微信詢問筆者，車輛組合儀表顯示紅色的“Battery Not Charging”和“Service Charging System”故障警告燈亮了(圖1)，是否能繼續(xù)行駛。筆者告訴他警告信息的意思是“蓄電池?zé)o法充電，維修充電系統(tǒng)”，并且讓他盡快進(jìn)店維修。因?yàn)槿绻l(fā)電機(jī)無法給蓄電池充電，蓄電池內(nèi)的電能很快就會(huì)用光，火花塞無法點(diǎn)火，發(fā)動(dòng)機(jī)很快就要熄火了。駕駛著隨時(shí)都可能熄火的汽車在路上是非常危險(xiǎn)的。

圖1 凱迪拉克車主發(fā)來的充電系統(tǒng)故障報(bào)警圖

結(jié)合該車故障現(xiàn)象，筆者想和各位分享凱迪拉克、別克、雪佛蘭等美國通用車系充電控制系統(tǒng)類型、結(jié)構(gòu)、原理及常見故障的診斷方法和技巧。

一、新式調(diào)壓控制系統(tǒng)

傳統(tǒng)的充電系統(tǒng)在汽車的發(fā)電機(jī)中內(nèi)置了溫度傳感器，以便建立發(fā)電機(jī)的設(shè)定電壓值。當(dāng)發(fā)電機(jī)處于冷態(tài)時(shí)，發(fā)電機(jī)設(shè)定的輸出電壓值就會(huì)升高；當(dāng)發(fā)電機(jī)的溫度上升后，設(shè)定輸出的電壓值就下降。采用這種電壓控制充電系統(tǒng)的汽車，在高速公路上長(zhǎng)時(shí)間行駛過程中，容易出現(xiàn)過度充電現(xiàn)象，但在低速短途行駛時(shí)，又會(huì)出現(xiàn)充電不足現(xiàn)象。

新式電壓調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)是一種新型的動(dòng)態(tài)控制車輛系統(tǒng)電壓的系統(tǒng)。它主要是根據(jù)估算的蓄電池溫度和蓄電池的充電狀態(tài)來調(diào)節(jié)設(shè)定發(fā)電機(jī)的輸出電壓值。具有提高燃油經(jīng)濟(jì)性、延長(zhǎng)蓄電池的壽命、延長(zhǎng)燈泡的壽命、延長(zhǎng)開關(guān)的壽命等優(yōu)點(diǎn)。

通用汽車公司已經(jīng)開始采用第三代新式電壓調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)(圖2)，主要裝配在卡迪拉克CTS、SRX和STS；雪佛蘭和GMC全尺寸卡車和多款SUV；雪佛蘭Cobalt和Uplander；別克LaCrosse和Terazza；龐蒂克Grand Prix 和 SV6等新車型上。

新式電壓調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)允許車輛電壓在一定范圍內(nèi)下上下波動(dòng)，這個(gè)波動(dòng)范圍一般是12～14V；而傳統(tǒng)的電壓調(diào)節(jié)裝置通常通常要求電壓穩(wěn)定在14V。

二、常見電壓調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的兩種類型

目前，通用汽車上常見的電壓調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)有：集成式電壓調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)(RVC)和標(biāo)準(zhǔn)-獨(dú)立電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)(SARVC)。

集成式電壓調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)(RVC)通過蓄電池電流傳感器來采集蓄電池的充電和放電信息，并傳輸給車身控制模塊(BCM)。系統(tǒng)準(zhǔn)確測(cè)量蓄電池正極電壓和點(diǎn)火開關(guān)處于OFF擋和點(diǎn)火開關(guān)處于ON擋(發(fā)動(dòng)機(jī)沒有運(yùn)行)的電路電壓。

當(dāng)點(diǎn)火開關(guān)處于OFF擋時(shí)，蓄電池的充電狀態(tài)(State Of Change，SOC)是通過準(zhǔn)確測(cè)量開路電壓來決定的。充電狀態(tài)是酸濃度和蓄電池內(nèi)阻的函數(shù)，是由蓄電池已經(jīng)靜態(tài)放置數(shù)小時(shí)期間的開路電壓的讀數(shù)估算決定的。

當(dāng)點(diǎn)火開關(guān)ON擋(發(fā)動(dòng)機(jī)沒有運(yùn)行)時(shí)，計(jì)算程序根據(jù)調(diào)節(jié)的電量(Ah值)、蓄電池容量、初始充電狀態(tài)、溫度等參數(shù)連續(xù)估算蓄電池的充電狀態(tài)。

在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行期間，蓄電池放電的大小主要是由蓄電池電流傳感器來決定，這個(gè)傳感器是用來采集凈Ah值的。

車身控制模塊(BCM)通過串行數(shù)據(jù)電路將采集到的與蓄電池相關(guān)的各種有用信息同ECM/PCM交換信息，再由ECM/PCM直接控制發(fā)電機(jī)。

圖2 別克LaCrosse發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)

標(biāo)準(zhǔn)-獨(dú)立電壓調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)(SARVC)并不是采用車身控制模塊(BCM)來實(shí)現(xiàn)控制。它在蓄電池負(fù)極電纜處裝有一個(gè)發(fā)電機(jī)蓄電池控制模塊，用來采集和分析蓄電池的電流、電壓以及蓄電池溫度等信息。蓄電池的電流傳感器是設(shè)置在模塊內(nèi)部的。發(fā)電機(jī)L端的占空比直接由發(fā)動(dòng)機(jī)蓄電池控制模塊來控制，而不是受ECM/PCM控制。

上述兩種電壓調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)都具有修正功能，從而使得蓄電池能長(zhǎng)期保持處于80%的電量狀態(tài)。

三、電壓調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)運(yùn)行模式

下面以集成式電壓調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)(RVC)為例，介紹電壓調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的運(yùn)行模式。RVC的基本運(yùn)行模式包括：充電模式、燃油經(jīng)濟(jì)模式、電壓降低模式、啟動(dòng)升壓模式、前大燈/后擋風(fēng)玻璃化冰模式、蓄電池硫化模式。RVC系統(tǒng)這6種模式都是為了讓蓄電池長(zhǎng)期處于不低于80%電量狀態(tài)，同時(shí)保證汽車車載電器的用電需求。需要特別說明的是，并不是所有的RVC系統(tǒng)都會(huì)進(jìn)入上述6種運(yùn)行模式。

PCM/ECM(用于全尺寸卡車的發(fā)電機(jī)和蓄電池控制模塊)通過對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)L電路的控制來控制發(fā)電機(jī)，通過監(jiān)控發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)電路的占空比信號(hào)來監(jiān)視發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。占空比為脈沖寬度信號(hào)(加上對(duì)脈沖寬度的調(diào)節(jié))，電壓5V，頻率128Hz,用0～100%來表示(表1)。正常的占空比是在5～95%之間，處于0～5%和95～100%則表示系統(tǒng)存在故障，需要診斷。

1.充電模式

只要滿足下列條件中的任意一項(xiàng)，控制模塊就會(huì)轉(zhuǎn)入充電模式。

表1 指令占空比與發(fā)電機(jī)輸出電壓對(duì)應(yīng)關(guān)系

● 節(jié)氣門開度超過90%，且噴油量(由ECM/PCM控制噴油)達(dá)到21g/s。

● 前大燈接通遠(yuǎn)光或者近光。

● 雨刮器開啟時(shí)間超過8s。

● 發(fā)動(dòng)機(jī)散熱器電子風(fēng)扇高速運(yùn)行。

● 后窗電加熱除霜功能開啟。

● 蓄電池充電電量(SOC)低于80%。

只有滿足上述任意一項(xiàng)，控制模塊就會(huì)8～50mV/s的速度緩慢升高電壓，至13.4～15.5V(具體取決于當(dāng)時(shí)發(fā)電機(jī)所處狀態(tài))。

2.燃油經(jīng)濟(jì)模式

只要滿足下列條件，控制模塊會(huì)進(jìn)入燃油經(jīng)濟(jì)模式。

● 計(jì)算的環(huán)境空氣溫度高于0℃(32℉)，低于或者等于80℃(176℉)；

● 計(jì)算的蓄電池電流大于8A，但小于15A；

● 蓄電池充電電量(SOC)大于或等于80%；

● 發(fā)電機(jī)的磁場(chǎng)占空比信號(hào)小于99%。

此模式下，發(fā)電機(jī)的目標(biāo)輸出電壓值是12.5～13.1V。只要滿足充電模式的條件，控制模塊將會(huì)退出這種模式而進(jìn)入充電模式。

3.電壓降低模式

只要滿足下列條件，控制模塊會(huì)進(jìn)入電壓降低模式。

● 計(jì)算的環(huán)境空氣溫度高于0℃(32℉)；

● 計(jì)算的蓄電池電流大于-7A，小于2A；

● 發(fā)電機(jī)的磁場(chǎng)占空比信號(hào)小于99%；此模式下，發(fā)電機(jī)的輸出電壓目標(biāo)值是12.9V。只要滿足充電模式的條件，控制模塊將會(huì)退出這種模式。

4.啟動(dòng)增壓模式

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后，控制模塊會(huì)設(shè)定發(fā)電機(jī)的輸出目標(biāo)電壓值為14.5V，并保持30s。

5.前大燈/后擋風(fēng)玻璃化冰模式

只要打開前大燈(無論是近光燈還是遠(yuǎn)光燈)，車身控制模塊就會(huì)進(jìn)入前大燈/后擋風(fēng)玻璃化冰模式，發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出電壓在13.9～14.5V。

6.蓄電池硫化模式

當(dāng)蓄電池的電壓低于13.2V，并持續(xù)了45min，控制模塊就會(huì)進(jìn)入蓄電池硫化模式。只要進(jìn)入這個(gè)模式，控制模塊就會(huì)設(shè)定發(fā)電機(jī)的輸出目標(biāo)電壓值在13.9～15.5V之間，并保持5min，隨后，控制模塊就根據(jù)系統(tǒng)的電壓需要而決定進(jìn)入其他模式。

控制模塊根據(jù)蓄電池的電量狀態(tài)，決定充電的電壓。當(dāng)點(diǎn)火鑰匙處于關(guān)閉狀態(tài)，即在車輛停駛期間，每間隔8h，系統(tǒng)測(cè)量一次蓄電池電壓，然后根據(jù)24h期間測(cè)得的3次電壓估算出蓄電池的電量狀態(tài)。如果點(diǎn)火開關(guān)處于ON位置，即發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行期間，系統(tǒng)將對(duì)蓄電池電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并將這些電壓測(cè)量值與蓄電池溫度進(jìn)行比較，從而判斷蓄電池的電量狀態(tài)，并決定蓄電池充電電流和放電電流，同時(shí)控制模塊通過調(diào)節(jié)充電電壓，使得蓄電池電量始終保持在80%以上。

四、系統(tǒng)硬件

1.蓄電池電流傳感器

蓄電池電流傳感器(圖3)是一個(gè)可以更換的零件，位于蓄電池附近，與蓄電池負(fù)極相連。蓄電池電流傳感器是3根線的霍爾效應(yīng)傳感器，用來監(jiān)測(cè)蓄電池的電流，并將電流信號(hào)直接提供給車身模塊BCM。車身模塊BCM產(chǎn)生5V、128Hz的脈沖占空比信號(hào)。系統(tǒng)正常時(shí)，占空比在5%～95%之間。

圖3 蓄電池電流傳感器

2.車身控制模塊(BCM)

車身控制模塊(BCM)決定著發(fā)電機(jī)的輸出，并且為ECM/PCM提供信息，而ECM/PCM控制發(fā)電機(jī)L端的控制線路。車身控制模塊BCM通過監(jiān)測(cè)來自ECM/PCM發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)占空比信號(hào)來控制發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際輸出功率。另外，它還監(jiān)測(cè)蓄電池電流、正極電壓、溫度，從而控制蓄電池的充電狀態(tài)。車身模塊(BCM)還通過執(zhí)行或者發(fā)送控制指令到ECM或者其他的控制器去實(shí)現(xiàn)怠速提升和負(fù)載管理。

3.發(fā)電機(jī)蓄電池控制模塊

發(fā)電機(jī)蓄電池控制模塊是可以更換的零件，位于蓄電池附近，并與蓄電池負(fù)極電纜相連。它直接控制發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)控制電路的輸入信號(hào)，監(jiān)測(cè)發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)占空比信號(hào)電路，監(jiān)測(cè)內(nèi)部電流傳感器，監(jiān)測(cè)蓄電池正極電壓電路，并且估算蓄電池溫度，以便決定蓄電池的充電狀態(tài)。同PCM、IPC和BCM保持通訊，以實(shí)現(xiàn)電壓調(diào)節(jié)控制功能。

五、充電系統(tǒng)診斷思路

對(duì)每輛車而言，當(dāng)充電系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，應(yīng)根據(jù)該車型充電系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)及規(guī)范進(jìn)行診斷，遇到故障碼時(shí)還必須查看該車的維修手冊(cè)，以了解故障碼的確切含義。

當(dāng)充電系統(tǒng)和蓄電池有故障時(shí)，車輛的組合儀表和信息顯示屏?xí)|發(fā)充電警告燈亮和顯示警告文字信息。具體情形如下：

● 發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊ECM檢測(cè)到發(fā)電機(jī)的輸出電壓低于11V或高于16V，組合儀表將收到發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊通過GM局域網(wǎng)(GMLAN)發(fā)來的要求點(diǎn)亮警告燈的信息。

● 組合儀表確定系統(tǒng)電壓低于11V或者高于16V，且持續(xù)時(shí)間超過30s，組合儀表將收到車身控制模塊BCM通過GM局域網(wǎng)發(fā)來的電壓超出正常范圍的信息。

● 每次打開點(diǎn)火開關(guān)時(shí)，組合儀表將進(jìn)行“充電警告燈”測(cè)試，充電警告燈會(huì)點(diǎn)亮3s。

如果充電電壓始終保持在13.8V，而不會(huì)隨著用電系統(tǒng)負(fù)載的變化而變化，這種現(xiàn)象有可能是進(jìn)入了缺省故障狀態(tài)，這時(shí)應(yīng)該檢測(cè)發(fā)電機(jī)的磁場(chǎng)控制電路。

對(duì)于發(fā)電機(jī)L端的診斷，可使用萬用表的頻率擋進(jìn)行測(cè)量(例如FLUKE 88V型汽車專用萬用表)，也可以使用示波器進(jìn)行測(cè)量。充電系統(tǒng)工作正常時(shí)，萬用表或者示波器測(cè)得的占空比在5%～95%之間，占空比的具體數(shù)值取決于充電系統(tǒng)所處模式和蓄電池的充電狀態(tài)。

集成式電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)(RVC)的占空比信號(hào)是ECM/PCM產(chǎn)生的5V脈沖寬度參考電壓信號(hào)；標(biāo)準(zhǔn)獨(dú)立電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)(SARVC)的占空比信號(hào)是發(fā)電機(jī)蓄電池控制模塊產(chǎn)生的5V脈沖寬度參考電壓信號(hào)，這個(gè)占空比信號(hào)是由發(fā)電機(jī)本身控制循環(huán)搭鐵的。

如果充電系統(tǒng)存在故障，不但要關(guān)注與充電系統(tǒng)相關(guān)的故障碼，同時(shí)也要關(guān)注與電壓低相關(guān)的故障碼。因?yàn)槌潆娤到y(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，首先會(huì)產(chǎn)生這些故障碼。

如果充電系統(tǒng)存在故障，卻沒有存儲(chǔ)故障碼，則應(yīng)按照維修手冊(cè)上的操作規(guī)范和步驟對(duì)充電系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)。如果仍然沒能找到故障點(diǎn)，則需要通過路試做進(jìn)一步的檢查。