上海通用凯迪拉克CTS智能充电系统工作原理与电路分析
凯迪拉克CTS高级乘用车配有智能充电管理系统。该系统可以根据车辆的运行状况，自动调节发电机的输出电压；并根据蓄电池情况，自动调节发动机怠速，调节车辆用电负荷，从而使车辆充电系统运行更加安全。该系统包括两大部分：发电机电压调节控制系统和电力管理系统，系统电路如图1所示。
一、发电机电压调节控制(RVC)系统
1.基本原理
凯迪拉克CTS 3.6L（LY7）发动机配备了发电机电压调节控制系统。该系统可根据充电状态和蓄电池温度，更精确地控制蓄电池的充电电压。
电压调节控制系统的主要部件包括新型电压调节器、仪表板集成模块(DIM) 和发动机控制模块(ECM)。电压调节器使用发电机L 端子电路上的脉宽调制信号（并非ECM的5V参考电压信号）来确定发电机的输出电压。ECM控制至电压调节器的脉宽调制信号，并对发电机L 端子和F 端子进行诊断，以及反馈发电机 F 端子至仪表板集成模块的信号。仪表板集成模块根据蓄电池电压和内部校准值，计算蓄电池的充电状态和蓄电池温度的估计值。
当仪表板集成模块确定蓄电池所需电压后，发送信息至ECM。该信息内容是：脉宽调制信号的占空比应设置的最佳值。
在发电机闭环控制回路中使用了电压调节控制后，可以将蓄电池电压从13.4 V（蓄电池温度高于70℃且充电状态在95%以上）改变至14.9 V（蓄电池温度低于-30℃且蓄电池充电状态在65%以下）。如果出现故障，电压调节控制系统无法对发电机进行控制，电压调节器会将蓄电池电压默认为13.9V，其功能如同一个普通的发电机。
发电机提供操作电气系统的电压并给蓄电池充电。当发动机驱动转子时，磁场旋转，在定子绕组中产生交流电压，交流电压由整流器转换为直流并供给蓄电池所连接的电气系统。发动机运行时，ECM发送脉宽调制信号至电压调节器。发电机电压调节器根据接收到的脉宽调制信号，控制流至转子的电流，进而控制输出电压。
脉宽调制信号在12 ~88% 之间变化。脉宽调制信号的占空比越低，发电机的输出电压越低。在12% 以下和88% 以上时，电压调节器默认为13.9 V。发电机是自起动的，不需要L端子电路上的电压来启动蓄电池充电。这也意味着不能够使用故障诊断仪将发电机关闭。当电压调节器检测到充电系统故障时，将使发电机L端子电路搭铁，发信号通知ECM有故障存在。ECM还监测发电机磁场占空比信号电路是否正常。
2.故障监控
（1）当下列情况发生时，组合仪表启亮充电指示灯：
1）ECM检测到发电机输出电压低于11V或者高于16V，会发送请求启亮指示灯的Class 2信息至组合仪表。
2）组合仪表确定系统电压低于11V或者高于16V，从仪表板集成模块(DIM)收到Class 2 信息，指示系统电压异常。
3）组合仪表在每个点火循环开始时执行显示测试，启亮指示灯约3s。
（2）当下列情况发生时，组合仪表将在驾驶员信息中心启亮相应的指示灯：
1）当ECM检测到发电机输出故障时，组合仪表从ECM收到Class 2 信息，得到请求启亮指示。组合仪表将在驾驶员信息中心将启亮“BATTERY NOT CHARGING（蓄电池未充电）－7”指示灯。
2）当为了减少充电系统负载，仪表板集成模块减少或者禁止运行一些车辆系统时，组合仪表将从DIM收到class 2信息，得到请求启亮指示。组合仪表将在驾驶员信息中心启亮“BATTERY SAVER ACTIVE （蓄电池节电器启动）－ 27”指示灯。
3）当组合仪表确定系统电压大于16V时，组合仪表将从仪表板集成模块(DIM) 收到Class 2 信息，指示系统电压异常。组合仪表将在驾驶员信息中心启亮“BATTERY VOLTAGE HIGH （蓄电池电压过高）－ 8”指示灯。
4）当组合仪表确定了系统电压低于11V时，组合仪表将从仪表板集成模块(DIM) 收到Class 2 信息，指示系统电压异常。组合仪表将在驾驶员信息中心启亮“BATTERY VOLTAGE LOW （蓄电池电压过低）－ 6”指示灯。
5）当ECM检测到发电机输出故障时，组合仪表将从ECM收到Class 2 信息，得到请求启亮指示。组合仪表将在驾驶员信息中心启亮“SERVICE CHARGING SYS（维修充电系统）－ 102”指示灯。http://www.maxbb.cn
二、电力管理系统
电力管理系统(EPM)用来监测和控制充电系统，并通过警报通知驾驶员充电系统中存在的问题。电力管理系统可以改善蓄电池充电状态，延长蓄电池寿命，并且管理系统的电气负载，使发电机输出获得最大的使用效率。电力管理也被称为“负荷管理”或“减负荷”。
电力管理具有下列3 个功能：
（1）监测蓄电池电压，估计蓄电池充电状态。
（2）采取校正措施，提高怠速转速、减少系统电气负载。
（3）执行诊断并通知驾驶员充电系统的故障。
只要仪表板集成模块(DIM) 激活（即运行电力管理算法），其中包括发动机运行、钥匙接通、附件模式和保持型附件电源(RAP)。在此期间，仪表板集成模块将根据蓄电池电压、估计的净A?h数、电池容量、初始充电状态和估计的蓄电池温度不断，估算蓄电池充电状态。估计的蓄电池温度，是根据钥匙断开时间、发动机运行时间、以及从ECM进气温度或者空调系统车外空气温度提供的温度读数计算而来的。
电力管理算法运行时，仪表板集成模块通过连续的电压测量计算电气系统真实的充电率，用A/h表示。如果仪表板集成模块检测到负的充电率，即表明蓄电池在放电，那么当车辆处于驻车或空档时，电力管理系统会从ECM请求最多3级的怠速提高等级，并请求最多2 级的减负荷等级，这样总共有5个等级的校正措施来维持车辆电气系统的正常运行。
仪表板集成模块发送串行数据，请求ECM提高怠速速度。ECM通过专门的程序来计算调节的怠速值，防止出现操纵性能和安全问题。怠速提高和恢复功能因车型差异而有所不同，并且在同一车辆上随所处时刻而有所变化，这是因为ECM对传感器的输入变化作出响应而造成的。为了保持怠速质量，ECM进入怠速提高模式的时间不会超过120s，除非对节气门位置进行人为改变。
仪表板集成模块还要根据制冷剂压力、车辆速度和发动机运转情况，向ECM请求最多3 级的怠速提高等级，以便空调系统运行。当请求怠速提高时，电力管理优先于空调系统。不过，即使达到了电力管理的退出怠速提高模式的标准，怠速提高等级仍将保持在空调系统所需的水平。
每一个电力管理功能，怠速提高或者减负荷，都是分立的，不能同时启动两个功能。但是，设置标志可以同时设置。怠速提高模式要逐级启用，如：在怠速提高2 激活前，必须先激活怠速提高1。电力管理系统运行参数如表1所示。
在每一个减负荷管理功能中，仪表板集成模块都将检查蓄电池温度、蓄电池电压和A?h计算值，确定仪表板集成模块是否应该执行一个不同的电力管理功能。
电气系统中最大的负载是加热元件的电阻负载。仪表板集成模块控制车外后视镜、后窗和加热型座椅的加热元件，控制采用的方式为直接控制或者发送信息至控制这些设备电源的模块。
电气系统中的第二大负载是空调系统中的鼓风机。仪表板集成模块发送信息至空调系统控制器，以减少自动空调系统中鼓风机的运行。车辆使用的减负荷操作如表2所示。http://www.maxbb.cn
三、系统电路分析
1.蓄电池电压监测电路
仪表板集成模块(DIM) 有一个内部电压传感器以及一个专用电路，用来检查蓄电池正极与负极线路间的电压，确定其是否超过15.5V，或低于9V。
当电压降至9V以下并持续1200ms时，将设置故障码DTC B1327（设备电源电路电压过低）。该信息通过Class 2线路发出，通知所有其它模块蓄电池电压过低。要从当前状态清除故障码，电压应大于9.54V并持续1200ms。
当电压升高至16.5V以上并持续1200ms时，将设置故障码DTC B1328（设备电源电路电压过高）。该信息通过Class 2线路发出，告知安全气囊系统蓄电池电压过高。要从当前状态清除故障码，电压应小于15.5V并持续1200ms。
2.发电机电压监测电路
发动机控制模块(ECM) 监测发电机电压水平并将其作为Class 2数据信息发送至仪表板组合仪表(IPC)。
当电压降至低于10.5V并持续30s，并且发动机正在运行，将设置故障码DTC B1513（充电系统电压过低）。此时，驾驶员信息中心(DIC)将设置充电系统指示信息。当发动机运行时，若电压大于10.5V并持续30s，则将该故障码作为当前状态清除。
当发动机正在运行并且电压大于16.0V并持续30s时，将设置故障码DTC B1514（充电系统电压过高）。此时，驾驶员信息中心(DIC)设置充电指示信息和驾驶员警告信息。当发动机运行时，若电压降至小于16.2V并持续30s，则将该故障码作为当前状态清除。
3.发电机磁场占空比信号监测电路
ECM使用发电机磁场占空比信号电路监测发电机的占空比和故障指示。发电机磁场占空比信号电路连接至发电机励磁线圈，在电压调节器内的脉宽调制(PWM)驱动器使励磁线圈接通和断开。ECM使用脉宽调制输入信号确定加载到发动机上的发电机负荷，从而使ECM调节发动机怠速，以补偿高电气负荷。
ECM监测发电机磁场占空比信号电路状态。ECM使用钥匙接通测试和发动机运行测试，来监测脉宽调制信号。当发动机关闭，且钥匙置于接通位置时，ECM应检测到占空比为0%；当发动机运行时，ECM应该检测到占空比变化至100%。在钥匙接通测试的过程中，如果ECM检测到脉宽调制信号大于5% 并持续15s以上，则设置故障码DTC P0626（发电机F 端子电路电压过高）。在发动机运行测试的过程中，如果ECM检测到脉宽调制信号小于5% 并持续15s以上，则设置故障诊断码DTC P0625（发电机F 端子电路电压过低）。ECM发送Class 2串行数据信息至组合仪表和驾驶员信息中心，启亮充电指示灯和显示充电信息，但不启亮故障指示灯(MIL)。
4.发电机接通信号监测电路
ECM使用发电机接通信号电路来控制发电机的电压输出。当需要不同的电压时，ECM通过发电机接通信号电路，改变至电压调节器的脉宽调制信号。这就使电压调节器能够调节发电机电压输出。ECM有一个故障检测电路，该电路监测发电机接通信号电路的状态。如果故障检测电路检测到的电压非期望值，将设置故障码。电压调节器也有一个故障检测电路，如果调节器检测到问题，调节器将使发电机接通信号电路搭铁，使电压降低。这也会导致ECM设置故障码。
若在钥匙接通测试中，ECM在发电机接通信号电路检测到信号电压过高并持续至少5s；在运行测试过程中，ECM在发电机接通信号电路检测到信号电压过低并持续至少5s，此时，将设置故障码DTC P1668（发电机L端子控制电路故障）。ECM发送Class 2信息至组合仪表，启亮充电指示灯并显示充电信息，但不启亮故障指示灯(MIL)。在40个连续无故障预热循环后，将清除历史故障诊断码，或利用故障诊断仪“Clear DTC Information （清除故障码信息）”功能，也能够清除故障诊断码。
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