浅析雷克萨斯车系充电系统控制策略

◆文/江苏 田锐

在传统的充电系统中，车载辅助蓄电池以恒定电压充电，与驾驶条件无关。然而，交流发电机的发电会导致发动机负载的增加，从而导致燃油喷射量的增加，进而影响燃油消耗。在辅助蓄电池上配有电流传感器的充电控制系统中，通过在加速过程中减少交流发电机的发电量，并在减速过程中增加交流发电机的发电量，这样可以降低发动机的负载，从而降低发动机的燃油消耗。发动机ECU使用电流传感器检测到的蓄电池输入/输出电流计算充电状态(SOC)。当怠速或以恒定速度行驶时，控制发电电压，使充电状态更接近目标值。如图1和图2所示。

一、集成电路调节器

交流发电机的发电量随着转速的增加而增加。因此，交流发电机产生的电量随着发动机转速或发动机负载随行驶条件的变化而变化。IC调节器不仅在正常状态下，而且在电压输出将超过规定范围的情况下，将电压输出控制在规定范围内，如高速或低负载行驶。

作为对来自发动机ECU的发电控制信号的响应，IC调节器还控制发电量，使其保持适合的驾驶条件。如图3所示。端子释义如表1所示。

二、蓄电池电流传感器

用于检测蓄电池充电或放电的电流量。它采用霍尔IC进行检测。如果在向蓄电池充电或从蓄电池放电期间，磁芯单元中产生的磁通密度发生变化，蓄电池电流传感器将该变化转换为电压，并将其作为信号输出。发动机ECU通过该信号计算充电状态。图4为蓄电池电流传感器及特性。

三、蓄电池温度传感器

蓄电池温度传感器用于检测蓄电池附近的环境温度(液体温度)。如果在蓄电池液体温度过低或过高的情况下重复充电/放电循环，可能会加速蓄电池劣化或导致过度放电。因此，当蓄电池温度在10～70℃之间时，蓄电池温度传感器向发动机ECU发出信号，以启动充电控制。

四、充电控制机理

1.基本控制模式

如果充电状态达到90%或以上，则启动充电控制。充电状态来自蓄电池的输入/输出电流，如果蓄电池的充电电流保持低(例如5A或更低)5min或更长时间，则充电状态(SOC)判定为90%或更高。

当充电状态较低或处于补充充电模式时，如表2所示，将采用常规的恒压方法(恒定14.3V)。

控制示例：如图5、表3所示，以下只是充电控制的示例。实际上，发动机ECU在监控充电状态的同时执行充电控制。

2.补充充电模式

蓄电池通过恒压法充电产生的电能。在车辆长时间停放的情况下，通过防止蓄电池容量下降来实现对蓄电池的保护。

蓄电池通过恒压法充电产生的电能。长时间充电或放电有时会导致电流积分值出现误差。此误差可能导致蓄电池容量下降。为了防止这种情况，定期检查充电容量以纠正误差。

3.刷新充电模式

行驶20h后，刷新充电模式自动激活。与补充充电模式一样，进行恒压充电，但充电持续时间比补充充电模式的充电持续时间长，以此获得足够的电量。蓄电池仅定期充电，以防止重复充电和放电循环导致的蓄电池寿命缩短。

4.切换到恒压发电模式

除了“补充充电模式”和“刷新充电模式”，还有其他使能条件可用于切换至恒压发电模式。

如果由于电气设备的操作导致蓄电池电压发生变化，则交流发电机的电压也会发生变化。如果交流发电机产生的电压发生变化，发动机负载也会发生变化。发动机负载的这种变化可能导致驾驶员在驾驶时感到不适。停止充电控制，以避免因发动机负载的变化而产生的不适感。

如果表4所示的任何传感器出现故障，充电控制将停止，以防止充电容量下降。

如果发生过充电或过放电，则会停止充电控制，以保护蓄电池并防止充电容量下降。

5.GTS显示充电控制系统数据列表释义

GTS显示充电控制系统数据列表释义，如表5所示。

如图6所示，可以检查数据列表“交流发电机输出占空比”，以了解交流发电机是否在空转或每个工作条件下发挥其潜在性能。

6.GTS主动测试控制交流发电机电压

GTS主动测试控制交流发电机电压，如表6所示。

如图7所示，以下是进行主动测试发电机输出电压时所监视的数据列表。但是，交流发电机的电流值不是来自数据列表，而是通过电路测试仪测量所获得的数据。

横坐标“控制交流发电机电压”是在主动测试中操纵的电压值，通过此主动测试，可以检查交流发电机是否按照发动机ECU的发电指令的要求发电(功能检查)。

7.GTS的具体使用

将GTS用于蓄电池(检查充电输入和放电平衡)，蓄电池的充电量与蓄电池的放电量之间的关系称为“充电输入与放电平衡”，如果充电输入与放电平衡之间的平衡丢失，则可能导致蓄电池过度放电并造成蓄电池故障。

当客户声称蓄电池过度放电情况时，表示“蓄电池已耗尽”或“发动机无法启动”再或当检测到故障诊断码P1602“蓄电池劣化”时，有必要检查客户使用车辆时的情况，并检查寄生电流等。此外，还必须确定充电输入和放电平衡是否正常。执行如下所示的两种检查。

①将发动机转速保持在2 000r/min时施加电气负载。

②通过在交流发电机可显示其最大输出的转速下检查交流发电机输出，确认车辆现有性能潜力。

①根据客户车辆问诊信息表中的描述，在驾驶车辆时施加电气负载。

②通过模拟客户描述的故障情况，可以缩小故障原因的范围，以确定故障是由车辆的使用引起的还是车辆本身引起的。

在检查充电输入和放电平衡时，可以先对蓄电池进行完全充电，以消除由蓄电池中现有充电引起的故障。要使蓄电池充满电，需将发动机转速保持在允许最大交流发电机输出的转速。现有电流所造成的充电误差，如果蓄电池的电流值略低于5A，则表示蓄电池已充满电。

①检查交流发电机输出

启动发动机并使其预热。然后，在将发动机转速保持在2 000r/min左右的同时，依次施加客户正在使用的电气负载，并检查数据列表和交流发电机的电流值。

如表7所示，通过这个检查，可以检查交流发电机的最大输出，还可以确定客户使用的电气负载程度是否超过了交流发电机的最大输出。

如图8所示，通过连接GTS诊断仪进入车辆充电控制系统对相关数据流进行提取后，从最左侧的项目开始，伴随逐步施加的电气负载(示宽灯、近光灯、远光灯、后除雾、前空调、后空调、雾灯及车内灯等)，“Alternator Output Duty”的占空比也随之增大，“Battery Current”的值却随之减小，直至电流消耗超过交流发电机输出，“Battery Current”的值变为负值(放电)时，则判断客户此刻使用的电气负载已超过交流发电机输出。

②在模拟条件下检查充电输入和放电之间的平衡

根据客户车辆问诊信息表中的描述，模拟问题条件下驾驶车辆，并评估充电输入和放电之间的平衡。检查在客户遇到蓄电池电量不足的情况下(路况、驾驶条件、电气负载等)，充电和放电是否平衡。通过连接GTS诊断仪，运行驾驶测试并检查与充电控制相关的数据列表，如表8、图9所示。

如图10所示，通过连接GTS诊断仪进入车辆充电控制系统对表-7数据流进行提取后，进行车辆驾驶测试，伴随驾驶员油门踏板的踩下，车辆处于加速状态行驶，车速随之提升，为了有效的利用发动机的输出进行加速，发动机ECU向交流发电机的IC调节器发送电压降低的指令(即减少流经转子线圈的电流量，降低转子磁力)，在减少交流发电机发电量的同时也减少了发电产生的负载，从而保证了发动机的动力输出和车辆的加速性能。随着驾驶员油门踏板的释放，车辆处于减速状态行驶，为了最大程度的利用发动机制动力用于驱动交流发电机以产生的再生电能，在减速过程中，发动机ECU向交流发电机的IC调节器发送电压升高的指令(即增加流经转子线圈的电流量，提高转子磁力)，此时交流发电机的发电量被最大化以给蓄电池充电。