通用车系充电控制系统详解及诊断思路

◆文/江苏 郑芳民

通用车系充电控制系统详解及诊断思路

◆文/江苏 郑芳民

郑芳民

美国ASE认证汽车维修高级技师、美国ASE认证汽车发动机性能高级专家。曾任美国德克萨斯州博尔科尼斯欧洲汽车公司担任高级诊断师。现任苏州名骏百盛汽车维修服务有限公司技术总监。

近日一位凯迪拉克车主，发微信询问笔者，车辆组合仪表显示红色的“Battery Not Charging”和“Service Charging System”故障警告灯亮了(图1)，是否能继续行驶。笔者告诉他警告信息的意思是“蓄电池无法充电，维修充电系统”，并且让他尽快进店维修。因为如果发电机无法给蓄电池充电，蓄电池内的电能很快就会用光，火花塞无法点火，发动机很快就要熄火了。驾驶着随时都可能熄火的汽车在路上是非常危险的。

图1 凯迪拉克车主发来的充电系统故障报警图

结合该车故障现象，笔者想和各位分享凯迪拉克、别克、雪佛兰等美国通用车系充电控制系统类型、结构、原理及常见故障的诊断方法和技巧。

一、新式调压控制系统

传统的充电系统在汽车的发电机中内置了温度传感器，以便建立发电机的设定电压值。当发电机处于冷态时，发电机设定的输出电压值就会升高；当发电机的温度上升后，设定输出的电压值就下降。采用这种电压控制充电系统的汽车，在高速公路上长时间行驶过程中，容易出现过度充电现象，但在低速短途行驶时，又会出现充电不足现象。

新式电压调节控制系统是一种新型的动态控制车辆系统电压的系统。它主要是根据估算的蓄电池温度和蓄电池的充电状态来调节设定发电机的输出电压值。具有提高燃油经济性、延长蓄电池的寿命、延长灯泡的寿命、延长开关的寿命等优点。

通用汽车公司已经开始采用第三代新式电压调节控制系统(图2)，主要装配在卡迪拉克CTS、SRX和STS；雪佛兰和GMC全尺寸卡车和多款SUV；雪佛兰Cobalt和Uplander；别克LaCrosse和Terazza；庞蒂克Grand Prix 和 SV6等新车型上。

新式电压调节控制系统允许车辆电压在一定范围内下上下波动，这个波动范围一般是12～14V；而传统的电压调节装置通常通常要求电压稳定在14V。

二、常见电压调节控制系统的两种类型

目前，通用汽车上常见的电压调节控制系统有：集成式电压调节控制系统(RVC)和标准-独立电压调节系统(SARVC)。

集成式电压调节控制系统(RVC)通过蓄电池电流传感器来采集蓄电池的充电和放电信息，并传输给车身控制模块(BCM)。系统准确测量蓄电池正极电压和点火开关处于OFF挡和点火开关处于ON挡(发动机没有运行)的电路电压。

当点火开关处于OFF挡时，蓄电池的充电状态(State Of Change，SOC)是通过准确测量开路电压来决定的。充电状态是酸浓度和蓄电池内阻的函数，是由蓄电池已经静态放置数小时期间的开路电压的读数估算决定的。

当点火开关ON挡(发动机没有运行)时，计算程序根据调节的电量(Ah值)、蓄电池容量、初始充电状态、温度等参数连续估算蓄电池的充电状态。

在发动机运行期间，蓄电池放电的大小主要是由蓄电池电流传感器来决定，这个传感器是用来采集净Ah值的。

车身控制模块(BCM)通过串行数据电路将采集到的与蓄电池相关的各种有用信息同ECM/PCM交换信息，再由ECM/PCM直接控制发电机。

图2 别克LaCrosse发电机电压调节控制系统

标准-独立电压调节控制系统(SARVC)并不是采用车身控制模块(BCM)来实现控制。它在蓄电池负极电缆处装有一个发电机蓄电池控制模块，用来采集和分析蓄电池的电流、电压以及蓄电池温度等信息。蓄电池的电流传感器是设置在模块内部的。发电机L端的占空比直接由发动机蓄电池控制模块来控制，而不是受ECM/PCM控制。

上述两种电压调节控制系统都具有修正功能，从而使得蓄电池能长期保持处于80%的电量状态。

三、电压调节控制系统运行模式

下面以集成式电压调节控制系统(RVC)为例，介绍电压调节控制系统的运行模式。RVC的基本运行模式包括：充电模式、燃油经济模式、电压降低模式、启动升压模式、前大灯/后挡风玻璃化冰模式、蓄电池硫化模式。RVC系统这6种模式都是为了让蓄电池长期处于不低于80%电量状态，同时保证汽车车载电器的用电需求。需要特别说明的是，并不是所有的RVC系统都会进入上述6种运行模式。

PCM/ECM(用于全尺寸卡车的发电机和蓄电池控制模块)通过对发动机L电路的控制来控制发电机，通过监控发电机磁场电路的占空比信号来监视发电机的运行状态。占空比为脉冲宽度信号(加上对脉冲宽度的调节)，电压5V，频率128Hz,用0～100%来表示(表1)。正常的占空比是在5～95%之间，处于0～5%和95～100%则表示系统存在故障，需要诊断。

1.充电模式

只要满足下列条件中的任意一项，控制模块就会转入充电模式。

表1 指令占空比与发电机输出电压对应关系

● 节气门开度超过90%，且喷油量(由ECM/PCM控制喷油)达到21g/s。

● 前大灯接通远光或者近光。

● 雨刮器开启时间超过8s。

● 发动机散热器电子风扇高速运行。

● 后窗电加热除霜功能开启。

● 蓄电池充电电量(SOC)低于80%。

只有满足上述任意一项，控制模块就会8～50mV/s的速度缓慢升高电压，至13.4～15.5V(具体取决于当时发电机所处状态)。

2.燃油经济模式

只要满足下列条件，控制模块会进入燃油经济模式。

● 计算的环境空气温度高于0℃(32℉)，低于或者等于80℃(176℉)；

● 计算的蓄电池电流大于8A，但小于15A；

● 蓄电池充电电量(SOC)大于或等于80%；

● 发电机的磁场占空比信号小于99%。

此模式下，发电机的目标输出电压值是12.5～13.1V。只要满足充电模式的条件，控制模块将会退出这种模式而进入充电模式。

3.电压降低模式

只要满足下列条件，控制模块会进入电压降低模式。

● 计算的环境空气温度高于0℃(32℉)；

● 计算的蓄电池电流大于-7A，小于2A；

● 发电机的磁场占空比信号小于99%；此模式下，发电机的输出电压目标值是12.9V。只要满足充电模式的条件，控制模块将会退出这种模式。

4.启动增压模式

当发动机启动后，控制模块会设定发电机的输出目标电压值为14.5V，并保持30s。

5.前大灯/后挡风玻璃化冰模式

只要打开前大灯(无论是近光灯还是远光灯)，车身控制模块就会进入前大灯/后挡风玻璃化冰模式，发动机的输出电压在13.9～14.5V。

6.蓄电池硫化模式

当蓄电池的电压低于13.2V，并持续了45min，控制模块就会进入蓄电池硫化模式。只要进入这个模式，控制模块就会设定发电机的输出目标电压值在13.9～15.5V之间，并保持5min，随后，控制模块就根据系统的电压需要而决定进入其他模式。

控制模块根据蓄电池的电量状态，决定充电的电压。当点火钥匙处于关闭状态，即在车辆停驶期间，每间隔8h，系统测量一次蓄电池电压，然后根据24h期间测得的3次电压估算出蓄电池的电量状态。如果点火开关处于ON位置，即发动机运行期间，系统将对蓄电池电压进行实时监测，并将这些电压测量值与蓄电池温度进行比较，从而判断蓄电池的电量状态，并决定蓄电池充电电流和放电电流，同时控制模块通过调节充电电压，使得蓄电池电量始终保持在80%以上。

四、系统硬件

1.蓄电池电流传感器

蓄电池电流传感器(图3)是一个可以更换的零件，位于蓄电池附近，与蓄电池负极相连。蓄电池电流传感器是3根线的霍尔效应传感器，用来监测蓄电池的电流，并将电流信号直接提供给车身模块BCM。车身模块BCM产生5V、128Hz的脉冲占空比信号。系统正常时，占空比在5%～95%之间。

图3 蓄电池电流传感器

2.车身控制模块(BCM)

车身控制模块(BCM)决定着发电机的输出，并且为ECM/PCM提供信息，而ECM/PCM控制发电机L端的控制线路。车身控制模块BCM通过监测来自ECM/PCM发电机磁场占空比信号来控制发动机的实际输出功率。另外，它还监测蓄电池电流、正极电压、温度，从而控制蓄电池的充电状态。车身模块(BCM)还通过执行或者发送控制指令到ECM或者其他的控制器去实现怠速提升和负载管理。

3.发电机蓄电池控制模块

发电机蓄电池控制模块是可以更换的零件，位于蓄电池附近，并与蓄电池负极电缆相连。它直接控制发电机磁场控制电路的输入信号，监测发电机磁场占空比信号电路，监测内部电流传感器，监测蓄电池正极电压电路，并且估算蓄电池温度，以便决定蓄电池的充电状态。同PCM、IPC和BCM保持通讯，以实现电压调节控制功能。

五、充电系统诊断思路

对每辆车而言，当充电系统出现故障时，应根据该车型充电系统的具体结构及规范进行诊断，遇到故障码时还必须查看该车的维修手册，以了解故障码的确切含义。

当充电系统和蓄电池有故障时，车辆的组合仪表和信息显示屏会触发充电警告灯亮和显示警告文字信息。具体情形如下：

● 发动机控制模块ECM检测到发电机的输出电压低于11V或高于16V，组合仪表将收到发动机控制模块通过GM局域网(GMLAN)发来的要求点亮警告灯的信息。

● 组合仪表确定系统电压低于11V或者高于16V，且持续时间超过30s，组合仪表将收到车身控制模块BCM通过GM局域网发来的电压超出正常范围的信息。

● 每次打开点火开关时，组合仪表将进行“充电警告灯”测试，充电警告灯会点亮3s。

如果充电电压始终保持在13.8V，而不会随着用电系统负载的变化而变化，这种现象有可能是进入了缺省故障状态，这时应该检测发电机的磁场控制电路。

对于发电机L端的诊断，可使用万用表的频率挡进行测量(例如FLUKE 88V型汽车专用万用表)，也可以使用示波器进行测量。充电系统工作正常时，万用表或者示波器测得的占空比在5%～95%之间，占空比的具体数值取决于充电系统所处模式和蓄电池的充电状态。

集成式电压调节系统(RVC)的占空比信号是ECM/PCM产生的5V脉冲宽度参考电压信号；标准独立电压调节系统(SARVC)的占空比信号是发电机蓄电池控制模块产生的5V脉冲宽度参考电压信号，这个占空比信号是由发电机本身控制循环搭铁的。

如果充电系统存在故障，不但要关注与充电系统相关的故障码，同时也要关注与电压低相关的故障码。因为充电系统发生故障时，首先会产生这些故障码。

如果充电系统存在故障，却没有存储故障码，则应按照维修手册上的操作规范和步骤对充电系统进行检测。如果仍然没能找到故障点，则需要通过路试做进一步的检查。