电源管理系统及故障诊断

电源管理系统及故障诊断

现代汽车的电气装置及电控单元的增加，对电源系统提出了更严格的要求，越来越多的车辆上出现

了专门的电源管理系统。如凌志430、宝马、奥迪A6L、皇冠、通用林荫大道等多种车型均配备了监测

蓄电池和控制发电机的电源管理系统，下面以通用林荫道轿车和凌志430轿车为例，说明电源管理系统

的组成、工作原理及常见故障的排除。

1、电源管理系统的功能

电源管理系统一般是利用车上原有的电控网络装置，如发动机控制模块（ECM）、车身控制模块

（BCM）、仪表控制模块等，通过车载局域网，形成一个闭环控制系统。电源管理系统的主要功能如下。

（1）全面监测蓄电池各项参数——充电与放电的电流、端电压、电容量、电解液温度等。

（2）保证蓄电池至少具备能起动发动机的电容量，对用电负荷采取分级放电管理方式。

（3）实现最佳充电，提高整车的燃油经济性，如当蓄电池电压较低时调节发动机怠速转速，高效

控制发电机的输出电压。

（4）在延长蓄电池寿命的前提下，根据蓄电池充电状态和电解液的温度，控制合理的充电电流，

实现蓄电池的快速充电。

及时提醒驾驶人。

2、通用林荫大道轿车电源管理系统电路的分析

图1是简化了的通用林荫大道轿车电源管理系统的基本

电路原理图，配套的蓄电池电容量为80AH，冷起动时能提供

720A的强大电流，起动储备容量RC为133min。RC的概念

是在蓄电池充足状况下以25A的电流放电，到端电压下降为

10.5V时能持续的时间。

2.1发电机特点及其输出电压的调节

图1 通用“林荫大道”轿车电源管理系统的基本电路通用林荫大道车配装硅整流发电机，其三相交流发电机

采用三角形绕组，与传统发电机的星形绕组形式相比，相电压提升1.73倍，发电机的功率得以增大，

输出电流可高达155A，完全可满足电控装置及蓄电池的需要。采取专门的电源管理系统，最高发电机

电压可增至15.9V，极大地提高了电容量和蓄电池的充电效率。

发电机输出电压的调节，亦是通过磁场线圈的电流大小来控制的，电源管理系统根据蓄电池电容

量、蓄电池端电压等多项参数，合理调节充电电流的大小。其遵循下列状况进行电压调节。

（1）BCM测量蓄电池端电压、电解液温度、蓄电池现有容量及放电电流等信息，以确定蓄电池

充电电流的大小。BCM是多路传输局域网的一个装置，它检测出的数据与ECM通过Class-2串行数据

线进行通讯。

（2）发动机ECM控制一个5V的128Hz固定脉冲，进行脉宽调制信号的调制，即实现0—100%

磁场电流占空比调节，来实现对发电机磁场电流的调节，以实现对其输出电压的控制。

（3）正常情况下，维持对蓄电池的充电及向汽车整个电路系统供电，发电机的磁场电流占空比应

在5%—95%变化。而占空比的0—5%用95—100%，只用于对发电机及网络系统的检测使用。发电机

的输出电压与磁场电流占空比间的对应关系，如表1所示。

2.2电流传感器及其工作原理

电流传感器安装在蓄电池负极或正极上。

电流传感器完全与蓄电池的粗搭铁电缆装置于一体，紧贴在蓄电池的负极上，它是一个霍尔式传

感器，其产生的霍尔电压信号直接输入到BCM 中。有的电流传感器是安装在蓄电池的正极电缆上，虽然电流传感器安装在正极或负极上不同，但其工作原理是相同的，均是采取三线式的霍尔传感器，霍尔电压的高低与磁场、磁场电流成正比。当磁场电流不变时，产生的霍尔电压为磁场的单一函数，而磁场直接取决于蓄电池充放电电流的大小。

3凌志430轿车电源管理系统电路的分析

凌志430亦采取电源管理系统，图2

为凌志430轿车电源管理系统的组成图，

其特点如下。

（1）从图2中可见，电流传感器器

与通用林荫大道轿车不同，是装置在蓄电

池正极的，但亦是用霍尔传感器。

（2）发电机磁场电流占空比的频率

为150Hz 而不是通用“林荫大道”轿车的

128Hz ，占空比的调节范围更大，磁场下

半场电流可从0A 开始，一直调节到8A 。

（3）蓄电池电解液温度传感器，用

于检测蓄电池电解液的温度，以限制在过

高温度下的充电电流，能有效地延长和保

护蓄电池内部极板的使用寿命。

（4）电流传感器产生的电压与蓄电

池充放电电流的关系如图3所示。图3中横坐标电流有正、负值，分别表示蓄电池

的充电电流及放电电流。当不充电和不放电时，电流

传感器产生的基准电压为2.5V 。 4电压总是不足的故障分析 一辆通用“林荫大道”轿车行驶近3万km ，发现组合仪表中充电指示灯会点亮，且仪表盘的信息中心指示系统电压在11.9V —12.5V 波动，出现早晨起动

稍有困难的现象，但其他故障指示灯没有点亮，动力状况仍十分良好，也调不出故障代码。起初认为是电压不足，是蓄电池不良引起的，更换蓄电池后故障依旧。维修技术人员担心蓄电池有漏电现象，但熄火后用数字万用表检测蓄电池的放电，只有24mA ，也在正常范围内。检修发电机，也没有解决问题。更换过BCM 和ECM 后，故障依旧存在。

调取该车运行时的数据流，检测到发电机磁场电流的占空比，显示占空比只在19%—35%波动，而占空比是直接控制发电机输出电压的，是什么原因造成占空比偏低呢？

用故障排除法的逻辑考虑，蓄电池电流传感器应是重点检测对象，检测其输出电压一直在2.6V —

2.8V 波动，怀疑电流传感器性能发生变化而导致性能不良。更换电流传感器后再试验，充电电压随发动机转速能升至14V 以上，经过两个多月正常行驶，证明该故障己排除。

汽车维护与修理 2008.05 汪学森 汪学慧

图2 凌志430轿车的电源管理系统图 图3 霍尔式电流传感器产生的电压U 与蓄电池充放电电流I 的关系