3 发电系统设计思路的演变
3.1传统思路
国内出版的很多汽车电气类书籍在介绍到蓄电池与发电机的功能时,大多的内容为:①起动发动机时,由蓄电池对起动系统和点火系统供电;②发动机低速运转、发电机电压低于蓄电池电压时,由蓄电池对用电设备供电;③发动机中高速运转、发电机电压高于蓄电池电压时,由蓄电池将发电机的剩余电能储存起来;④当发电机过载时,蓄电池协助发电机供电;⑤蓄电池可以吸收瞬时过电压。直至40多年以前,这样的论述还是有说服力的。
3.21980年代起的思路
但从20世纪60年代起,新型发电机即交流发电机的出现,情况则发生了变化。由于交流发电机逐步取代了直流发电机,20世纪80年代起,汽车生产大厂对部件厂家提出了新的要求,德国的博世公司提出了实现汽车电系的最佳配合,日本的汽车电气厂家纷纷提出要开发小型、高输出功率的发电机,两者之间只是说法不同,但可以归纳出一些共同点。
1)对汽车来说,竭力采用容量较小的蓄电池。目标是只要满足起动发动机时,对起动系统和点火系统供电即可。
2)采用输出功率足够的交流发电机,车辆一旦起动之后,车辆的所有供电完全由交流发电机承担。
3.321世纪初的思路
进入21世纪以来,车辆发电系统的设计思路又发生了较大的变化。在国外汽车样本的技术规格中,可以看到这样的栏目说明:在降低油耗的措施一栏注明为“充电控制”。从2014年起,这类车型逐渐增多。
3.3.1充电控制的含义
从整个汽车行业来看,对充电控制这一项目已进行了多年的研究,有的称为充电控制,也有的称为充放电控制,但并没有大的差别。充电控制系统可以说是广义的能量再生系统,通过对交流发电机输出电压的控制,实现节省燃油,而且不必要增加硬件,不作设计更改。
没有装用充电控制系统的车辆上,只要在发动机运转的期间,交流发电机就毫不休止地发电、充电。根据这种充电方式的工作原理,即便蓄电池已经达到满充电,仍然对其充电。而且,多余的电力没有储存到蓄电池中,无处可去的电能被浪费了。松下公司用动画来宣传充电控制的优点,谈到这一点时,就用硬给幼儿喂食物作为形象的比喻,如图9所示。
交流发电机毫不间歇地运转、发电,意味着一直有较大的负荷加在发动机上。这一较大的负荷一直加在发动机上,造成发动机无法发挥出本来的功能,增加了油耗,出于这种思路而形成了充电控制系统。设蓄电池满充电时的充电量为100%,那么在蓄电池充到大约60%~80%之间的一定量时,ECU就对交流发电机发出停止发电的指示。
从停止发电时起,蓄电池从充电转换为放电,因为还没有达到满充电,所以没有剩余的电量。进而,停止发电就意味着:减轻了加在发动机上的负荷,在节省燃油的状态下行驶,即降低了油耗。蓄电池的充电量低于60%的话,与上述情况相反,ECU对交流发电机发出发电的指示,重新对蓄电池充电,如图10所示。
采用如上所述的重复充、放电的工作方式,从而节省燃油的系统,称为充电控制系统。
3.3.2充电控制车辆采用的蓄电池
通过采用充电控制系统控制对蓄电池的充电,可以实现节油状态行驶,但加在蓄电池上的负担却增大了。新型汽车上装用了较多的ECU类耗电部件,更加加重了蓄电池的负担,再加上充电控制系统重复于ON/OFF方式的充电,所以就变成了通用蓄电池无法承受的状况。
苛刻的状况将降低蓄电池的性能,缩短其寿命,也有可能影响周围的部件并增加它们的负荷。因此,对充电控制车辆,应采用短时间内充电效率高且可以充电的高标准蓄电池。当然,充电控制车辆用蓄电池的价格要比通用蓄电池的高。正因如此,如果在充电控制车辆上随便装用了其他蓄电池,车辆本来具有的性能就不能发挥出来。
3.3.3充电控制系统的工作原理
作为一项降低汽车油耗的技术,充电控制系统引起了各相关部门的重视。简单来说,充电控制系统就是控制交流发电机的转速,由此减轻加在发动机上的负荷。其工作原理为:在车辆加速时,充电控制系统降低交流发电机的发电电压;反之,在车辆减速时,充电控制系统提高交流发电机的发电电压。而在怠速(感到充电不足)时以及以一定速度行车(有可能过充电)时,则向交流发电机指示适当的发电电压,对发电电压加以调整。由此,降低为交流发电机发电用的发动机的负荷,节省燃油。其工作原理如图11所示。
从图11中可以看到,充电控制系统设有电流传感器,电流传感器的作用是检测蓄电池的充放电电流,将所得结果传递到发动机ECU。根据这些数据,ECU把握蓄电池当前的剩余容量,再加以充电。另一个为温度传感器,液温的过低或过高都会促进蓄电池的老化,或者导致蓄电池过充电。此外,蓄电池的充电接受性也会发生变化,所以,检测蓄电池液温,将所得结果传递到发动机ECU,由此考虑液温后实施充放电控制。
从上面的说明中可以看出:日常维修中,要知道辨别装有充电控制系统的车辆,仅从外观上很难区别是否为充电控制车辆。这里介绍两点:一是装有充电控制系统的车辆上,一般都贴有尾气低排放或油耗符合XX标准车的标志;二是观察蓄电池端子的附近是否装有传感器,装有传感器的车辆一般为充电控制车辆。图12为装有电流传感器的例子。