淺析雷克薩斯車系充電系統控制策略

◆文/江蘇 田銳

在傳統的充電系統中，車載輔助蓄電池以恒定電壓充電，與駕駛條件無關。然而，交流發電機的發電會導致發動機負載的增加，從而導致燃油噴射量的增加，進而影響燃油消耗。在輔助蓄電池上配有電流傳感器的充電控制系統中，通過在加速過程中減少交流發電機的發電量，并在減速過程中增加交流發電機的發電量，這樣可以降低發動機的負載，從而降低發動機的燃油消耗。發動機ECU使用電流傳感器檢測到的蓄電池輸入/輸出電流計算充電狀態(SOC)。當怠速或以恒定速度行駛時，控制發電電壓，使充電狀態更接近目標值。如圖1和圖2所示。

一、集成電路調節器

交流發電機的發電量隨著轉速的增加而增加。因此，交流發電機產生的電量隨著發動機轉速或發動機負載隨行駛條件的變化而變化。IC調節器不僅在正常狀態下，而且在電壓輸出將超過規定范圍的情況下，將電壓輸出控制在規定范圍內，如高速或低負載行駛。

作為對來自發動機ECU的發電控制信號的響應，IC調節器還控制發電量，使其保持適合的駕駛條件。如圖3所示。端子釋義如表1所示。

二、蓄電池電流傳感器

用于檢測蓄電池充電或放電的電流量。它采用霍爾IC進行檢測。如果在向蓄電池充電或從蓄電池放電期間，磁芯單元中產生的磁通密度發生變化，蓄電池電流傳感器將該變化轉換為電壓，并將其作為信號輸出。發動機ECU通過該信號計算充電狀態。圖4為蓄電池電流傳感器及特性。

三、蓄電池溫度傳感器

蓄電池溫度傳感器用于檢測蓄電池附近的環境溫度(液體溫度)。如果在蓄電池液體溫度過低或過高的情況下重復充電/放電循環，可能會加速蓄電池劣化或導致過度放電。因此，當蓄電池溫度在10～70℃之間時，蓄電池溫度傳感器向發動機ECU發出信號，以啟動充電控制。

四、充電控制機理

1.基本控制模式

如果充電狀態達到90%或以上，則啟動充電控制。充電狀態來自蓄電池的輸入/輸出電流，如果蓄電池的充電電流保持低(例如5A或更低)5min或更長時間，則充電狀態(SOC)判定為90%或更高。

當充電狀態較低或處于補充充電模式時，如表2所示，將采用常規的恒壓方法(恒定14.3V)。

控制示例：如圖5、表3所示，以下只是充電控制的示例。實際上，發動機ECU在監控充電狀態的同時執行充電控制。

2.補充充電模式

蓄電池通過恒壓法充電產生的電能。在車輛長時間停放的情況下，通過防止蓄電池容量下降來實現對蓄電池的保護。

蓄電池通過恒壓法充電產生的電能。長時間充電或放電有時會導致電流積分值出現誤差。此誤差可能導致蓄電池容量下降。為了防止這種情況，定期檢查充電容量以糾正誤差。

3.刷新充電模式

行駛20h后，刷新充電模式自動激活。與補充充電模式一樣，進行恒壓充電，但充電持續時間比補充充電模式的充電持續時間長，以此獲得足夠的電量。蓄電池僅定期充電，以防止重復充電和放電循環導致的蓄電池壽命縮短。

4.切換到恒壓發電模式

除了“補充充電模式”和“刷新充電模式”，還有其他使能條件可用于切換至恒壓發電模式。

如果由于電氣設備的操作導致蓄電池電壓發生變化，則交流發電機的電壓也會發生變化。如果交流發電機產生的電壓發生變化，發動機負載也會發生變化。發動機負載的這種變化可能導致駕駛員在駕駛時感到不適。停止充電控制，以避免因發動機負載的變化而產生的不適感。

如果表4所示的任何傳感器出現故障，充電控制將停止，以防止充電容量下降。

如果發生過充電或過放電，則會停止充電控制，以保護蓄電池并防止充電容量下降。

5.GTS顯示充電控制系統數據列表釋義

GTS顯示充電控制系統數據列表釋義，如表5所示。

如圖6所示，可以檢查數據列表“交流發電機輸出占空比”，以了解交流發電機是否在空轉或每個工作條件下發揮其潛在性能。

6.GTS主動測試控制交流發電機電壓

GTS主動測試控制交流發電機電壓，如表6所示。

如圖7所示，以下是進行主動測試發電機輸出電壓時所監視的數據列表。但是，交流發電機的電流值不是來自數據列表，而是通過電路測試儀測量所獲得的數據。

橫坐標“控制交流發電機電壓”是在主動測試中操縱的電壓值，通過此主動測試，可以檢查交流發電機是否按照發動機ECU的發電指令的要求發電(功能檢查)。

7.GTS的具體使用

將GTS用于蓄電池(檢查充電輸入和放電平衡)，蓄電池的充電量與蓄電池的放電量之間的關系稱為“充電輸入與放電平衡”，如果充電輸入與放電平衡之間的平衡丟失，則可能導致蓄電池過度放電并造成蓄電池故障。

當客戶聲稱蓄電池過度放電情況時，表示“蓄電池已耗盡”或“發動機無法啟動”再或當檢測到故障診斷碼P1602“蓄電池劣化”時，有必要檢查客戶使用車輛時的情況，并檢查寄生電流等。此外，還必須確定充電輸入和放電平衡是否正常。執行如下所示的兩種檢查。

①將發動機轉速保持在2 000r/min時施加電氣負載。

②通過在交流發電機可顯示其最大輸出的轉速下檢查交流發電機輸出，確認車輛現有性能潛力。

①根據客戶車輛問診信息表中的描述，在駕駛車輛時施加電氣負載。

②通過模擬客戶描述的故障情況，可以縮小故障原因的范圍，以確定故障是由車輛的使用引起的還是車輛本身引起的。

在檢查充電輸入和放電平衡時，可以先對蓄電池進行完全充電，以消除由蓄電池中現有充電引起的故障。要使蓄電池充滿電，需將發動機轉速保持在允許最大交流發電機輸出的轉速。現有電流所造成的充電誤差，如果蓄電池的電流值略低于5A，則表示蓄電池已充滿電。

①檢查交流發電機輸出

啟動發動機并使其預熱。然后，在將發動機轉速保持在2 000r/min左右的同時，依次施加客戶正在使用的電氣負載，并檢查數據列表和交流發電機的電流值。

如表7所示，通過這個檢查，可以檢查交流發電機的最大輸出，還可以確定客戶使用的電氣負載程度是否超過了交流發電機的最大輸出。

如圖8所示，通過連接GTS診斷儀進入車輛充電控制系統對相關數據流進行提取后，從最左側的項目開始，伴隨逐步施加的電氣負載(示寬燈、近光燈、遠光燈、后除霧、前空調、后空調、霧燈及車內燈等)，“Alternator Output Duty”的占空比也隨之增大，“Battery Current”的值卻隨之減小，直至電流消耗超過交流發電機輸出，“Battery Current”的值變為負值(放電)時，則判斷客戶此刻使用的電氣負載已超過交流發電機輸出。

②在模擬條件下檢查充電輸入和放電之間的平衡

根據客戶車輛問診信息表中的描述，模擬問題條件下駕駛車輛，并評估充電輸入和放電之間的平衡。檢查在客戶遇到蓄電池電量不足的情況下(路況、駕駛條件、電氣負載等)，充電和放電是否平衡。通過連接GTS診斷儀，運行駕駛測試并檢查與充電控制相關的數據列表，如表8、圖9所示。

如圖10所示，通過連接GTS診斷儀進入車輛充電控制系統對表-7數據流進行提取后，進行車輛駕駛測試，伴隨駕駛員油門踏板的踩下，車輛處于加速狀態行駛，車速隨之提升，為了有效的利用發動機的輸出進行加速，發動機ECU向交流發電機的IC調節器發送電壓降低的指令(即減少流經轉子線圈的電流量，降低轉子磁力)，在減少交流發電機發電量的同時也減少了發電產生的負載，從而保證了發動機的動力輸出和車輛的加速性能。隨著駕駛員油門踏板的釋放，車輛處于減速狀態行駛，為了最大程度的利用發動機制動力用于驅動交流發電機以產生的再生電能，在減速過程中，發動機ECU向交流發電機的IC調節器發送電壓升高的指令(即增加流經轉子線圈的電流量，提高轉子磁力)，此時交流發電機的發電量被最大化以給蓄電池充電。