通用車系充電控制系統詳解及診斷思路

◆文/江蘇 鄭芳民

通用車系充電控制系統詳解及診斷思路

◆文/江蘇 鄭芳民

鄭芳民

美國ASE認證汽車維修高級技師、美國ASE認證汽車發動機性能高級專家。曾任美國德克薩斯州博爾科尼斯歐洲汽車公司擔任高級診斷師。現任蘇州名駿百盛汽車維修服務有限公司技術總監。

近日一位凱迪拉克車主，發微信詢問筆者，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)，是否能繼續行駛。筆者告訴他警告信息的意思是“蓄電池無法充電，維修充電系統”，并且讓他盡快進店維修。因為如果發電機無法給蓄電池充電，蓄電池內的電能很快就會用光，火花塞無法點火，發動機很快就要熄火了。駕駛著隨時都可能熄火的汽車在路上是非常危險的。

圖1 凱迪拉克車主發來的充電系統故障報警圖

結合該車故障現象，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類型、結構、原理及常見故障的診斷方法和技巧。

一、新式調壓控制系統

傳統的充電系統在汽車的發電機中內置了溫度傳感器，以便建立發電機的設定電壓值。當發電機處于冷態時，發電機設定的輸出電壓值就會升高；當發電機的溫度上升后，設定輸出的電壓值就下降。采用這種電壓控制充電系統的汽車，在高速公路上長時間行駛過程中，容易出現過度充電現象，但在低速短途行駛時，又會出現充電不足現象。

新式電壓調節控制系統是一種新型的動態控制車輛系統電壓的系統。它主要是根據估算的蓄電池溫度和蓄電池的充電狀態來調節設定發電機的輸出電壓值。具有提高燃油經濟性、延長蓄電池的壽命、延長燈泡的壽命、延長開關的壽命等優點。

通用汽車公司已經開始采用第三代新式電壓調節控制系統(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。

新式電壓調節控制系統允許車輛電壓在一定范圍內下上下波動，這個波動范圍一般是12～14V；而傳統的電壓調節裝置通常通常要求電壓穩定在14V。

二、常見電壓調節控制系統的兩種類型

目前，通用汽車上常見的電壓調節控制系統有：集成式電壓調節控制系統(RVC)和標準-獨立電壓調節系統(SARVC)。

集成式電壓調節控制系統(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)。系統準確測量蓄電池正極電壓和點火開關處于OFF擋和點火開關處于ON擋(發動機沒有運行)的電路電壓。

當點火開關處于OFF擋時，蓄電池的充電狀態(State Of Change，SOC)是通過準確測量開路電壓來決定的。充電狀態是酸濃度和蓄電池內阻的函數，是由蓄電池已經靜態放置數小時期間的開路電壓的讀數估算決定的。

當點火開關ON擋(發動機沒有運行)時，計算程序根據調節的電量(Ah值)、蓄電池容量、初始充電狀態、溫度等參數連續估算蓄電池的充電狀態。

在發動機運行期間，蓄電池放電的大小主要是由蓄電池電流傳感器來決定，這個傳感器是用來采集凈Ah值的。

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

圖2 別克LaCrosse發電機電壓調節控制系統

標準-獨立電壓調節控制系統(SARVC)并不是采用車身控制模塊(BCM)來實現控制。它在蓄電池負極電纜處裝有一個發電機蓄電池控制模塊，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置在模塊內部的。發電機L端的占空比直接由發動機蓄電池控制模塊來控制，而不是受ECM/PCM控制。

上述兩種電壓調節控制系統都具有修正功能，從而使得蓄電池能長期保持處于80%的電量狀態。

三、電壓調節控制系統運行模式

下面以集成式電壓調節控制系統(RVC)為例，介紹電壓調節控制系統的運行模式。RVC的基本運行模式包括：充電模式、燃油經濟模式、電壓降低模式、啟動升壓模式、前大燈/后擋風玻璃化冰模式、蓄電池硫化模式。RVC系統這6種模式都是為了讓蓄電池長期處于不低于80%電量狀態，同時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系統都會進入上述6種運行模式。

PCM/ECM(用于全尺寸卡車的發電機和蓄電池控制模塊)通過對發動機L電路的控制來控制發電機，通過監控發電機磁場電路的占空比信號來監視發電機的運行狀態。占空比為脈沖寬度信號(加上對脈沖寬度的調節)，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，控制模塊就會轉入充電模式。

表1 指令占空比與發電機輸出電壓對應關系

● 節氣門開度超過90%，且噴油量(由ECM/PCM控制噴油)達到21g/s。

● 前大燈接通遠光或者近光。

● 雨刮器開啟時間超過8s。

● 發動機散熱器電子風扇高速運行。

● 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，控制模塊就會8～50mV/s的速度緩慢升高電壓，至13.4～15.5V(具體取決于當時發電機所處狀態)。

2.燃油經濟模式

只要滿足下列條件，控制模塊會進入燃油經濟模式。

● 計算的環境空氣溫度高于0℃(32℉)，低于或者等于80℃(176℉)；

● 計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%；

● 發電機的磁場占空比信號小于99%。

此模式下，發電機的目標輸出電壓值是12.5～13.1V。只要滿足充電模式的條件，控制模塊將會退出這種模式而進入充電模式。

3.電壓降低模式

只要滿足下列條件，控制模塊會進入電壓降低模式。

● 計算的環境空氣溫度高于0℃(32℉)；

● 計算的蓄電池電流大于-7A，小于2A；

● 發電機的磁場占空比信號小于99%；此模式下，發電機的輸出電壓目標值是12.9V。只要滿足充電模式的條件，控制模塊將會退出這種模式。

4.啟動增壓模式

當發動機啟動后，控制模塊會設定發電機的輸出目標電壓值為14.5V，并保持30s。

5.前大燈/后擋風玻璃化冰模式

只要打開前大燈(無論是近光燈還是遠光燈)，車身控制模塊就會進入前大燈/后擋風玻璃化冰模式，發動機的輸出電壓在13.9～14.5V。

6.蓄電池硫化模式

當蓄電池的電壓低于13.2V，并持續了45min，控制模塊就會進入蓄電池硫化模式。只要進入這個模式，控制模塊就會設定發電機的輸出目標電壓值在13.9～15.5V之間，并保持5min，隨后，控制模塊就根據系統的電壓需要而決定進入其他模式。

控制模塊根據蓄電池的電量狀態，決定充電的電壓。當點火鑰匙處于關閉狀態，即在車輛停駛期間，每間隔8h，系統測量一次蓄電池電壓，然后根據24h期間測得的3次電壓估算出蓄電池的電量狀態。如果點火開關處于ON位置，即發動機運行期間，系統將對蓄電池電壓進行實時監測，并將這些電壓測量值與蓄電池溫度進行比較，從而判斷蓄電池的電量狀態，并決定蓄電池充電電流和放電電流，同時控制模塊通過調節充電電壓，使得蓄電池電量始終保持在80%以上。

四、系統硬件

1.蓄電池電流傳感器

蓄電池電流傳感器(圖3)是一個可以更換的零件，位于蓄電池附近，與蓄電池負極相連。蓄電池電流傳感器是3根線的霍爾效應傳感器，用來監測蓄電池的電流，并將電流信號直接提供給車身模塊BCM。車身模塊BCM產生5V、128Hz的脈沖占空比信號。系統正常時，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)決定著發電機的輸出，并且為ECM/PCM提供信息，而ECM/PCM控制發電機L端的控制線路。車身控制模塊BCM通過監測來自ECM/PCM發電機磁場占空比信號來控制發動機的實際輸出功率。另外，它還監測蓄電池電流、正極電壓、溫度，從而控制蓄電池的充電狀態。車身模塊(BCM)還通過執行或者發送控制指令到ECM或者其他的控制器去實現怠速提升和負載管理。

3.發電機蓄電池控制模塊

發電機蓄電池控制模塊是可以更換的零件，位于蓄電池附近，并與蓄電池負極電纜相連。它直接控制發電機磁場控制電路的輸入信號，監測發電機磁場占空比信號電路，監測內部電流傳感器，監測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。同PCM、IPC和BCM保持通訊，以實現電壓調節控制功能。

五、充電系統診斷思路

對每輛車而言，當充電系統出現故障時，應根據該車型充電系統的具體結構及規范進行診斷，遇到故障碼時還必須查看該車的維修手冊，以了解故障碼的確切含義。

當充電系統和蓄電池有故障時，車輛的組合儀表和信息顯示屏會觸發充電警告燈亮和顯示警告文字信息。具體情形如下：

● 發動機控制模塊ECM檢測到發電機的輸出電壓低于11V或高于16V，組合儀表將收到發動機控制模塊通過GM局域網(GMLAN)發來的要求點亮警告燈的信息。

● 組合儀表確定系統電壓低于11V或者高于16V，且持續時間超過30s，組合儀表將收到車身控制模塊BCM通過GM局域網發來的電壓超出正常范圍的信息。

● 每次打開點火開關時，組合儀表將進行“充電警告燈”測試，充電警告燈會點亮3s。

如果充電電壓始終保持在13.8V，而不會隨著用電系統負載的變化而變化，這種現象有可能是進入了缺省故障狀態，這時應該檢測發電機的磁場控制電路。

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

集成式電壓調節系統(RVC)的占空比信號是ECM/PCM產生的5V脈沖寬度參考電壓信號；標準獨立電壓調節系統(SARVC)的占空比信號是發電機蓄電池控制模塊產生的5V脈沖寬度參考電壓信號，這個占空比信號是由發電機本身控制循環搭鐵的。

如果充電系統存在故障，不但要關注與充電系統相關的故障碼，同時也要關注與電壓低相關的故障碼。因為充電系統發生故障時，首先會產生這些故障碼。

如果充電系統存在故障，卻沒有存儲故障碼，則應按照維修手冊上的操作規范和步驟對充電系統進行檢測。如果仍然沒能找到故障點，則需要通過路試做進一步的檢查。