Laadsystemen van voertuigen moeten onder uiteenlopende omstandigheden naar behoren functioneren. Er moet voldoende en snel geladen worden. De belangrijkste component van het laadsysteem is de generator. In het gelijkspanningstijdperk noemden wij dat de dynamo. Tegenwoordig kennen we in hoofdzaak de wisselspanningsversie; die heet generator en vaak tref je ook wel de benaming alternator aan.
De generator levert een wisselspanning/wisselstroom, maar moet uiteindelijk een gelijkspanning/gelijkstroom afgeven. De gelijkstroom is de enige stroom die door de batterij (‘accu’) en het elektrische circuit wordt verwerkt. De alternator geeft een constante spanning af. Deze mag niet beïnvloed worden door motortoerental of stroombelasting. De generator (alternator) voedt dus niet alleen de stroomverbruikers, maar moet ook de batterij op een snelle manier (bij-)laden.
Het laadsysteem moet dan ook aan de volgende eisen voldoen:
– onder elke belasting aan de stroomvraag voldoen;
– aan de batterij de gewenste hoeveelheid stroom leveren;
– onder alle omstandigheden een constante spanning leveren.
En dan zijn er nog een aantal bijkomende, maar niet minder belangrijke eisen:
– ook laden bij stationair toerental;
– betrouwbaar zijn, geluidloos draaien en een goede weerstand tegen vervuiling hebben;
– beschikken over een gunstige vermogens-/gewichtsverhouding;
– weinig onderhoud vergen.
Handig is ook dat een voorziening is getroffen om het juist functioneren te controleren (bijvoorbeeld een laadstroomlampje).
De basisfuncties kunnen we opdelen in drie blokken: de generator, de batterij en voertuigbelasting. Als de generatorspanning lager is dan die van de batterij (bijvoorbeeld bij een niet- of langzaam draaiende motor), dan loopt de stroomrichting van de batterij naar de voertuigbelasting. De diodes verhinderen een stroom richting generator. Als de door de generator afgegeven stroblrtuigbelasting en de batterij.
Uit dit eenvoudige voorbeeld zal het duidelijk zijn dat de door de generator afgegeven spanning tijdens het draaien van de motor altijd hoger moet zijn dan de batterijspanning. De actuele spanning is een belangrijk gegeven. Deze is afhankelijk van een aantal factoren.
Het slim laden
Om te voorkomen dat de batterij wordt overladen zal de afgeregelde spanning onder het niveau van de spanning van de loodzuurbatterij moeten blijven waarbij gasvorming ontstaat. Normaal was een waarde van 14,2 ±0,2 V de nominale laadspanning.
Het regelen van de spanning is een steeds belangrijker item gezien de steeds toenemende toepassing van elektronische systemen. Een nauwkeurige spanningsregeling maakt ook het gebruik van onderhoudsvrije (afgesloten) batterijen mogelijk. Ook de kans dat de batterij wordt overladen is minimaal.
Testen van de generatorspanning
Gebruik de gegevens van de autofabrikant met betrekking tot de aansturing, de terugkoppeling (feedback) en de vermogensafgifte.
Aansluiten van de oscilloscoop
Ervan uitgaande dat daarbij gebruik wordt gemaakt van een oscilloscoop van Pico (PicoScope). Controleer of je de beschikking hebt over een schema met aansluitingen van de generator; voeding en overige uitgaande signalen.
Sluit een stroomtang met een hoge amperage aan op (Picoscope) kanaal A. Kies de 200 A stand en schakel de stroomtang op 0. Sluit de stroomtang om de B+ kabel (feedback). Verbind kanaal C met de generatorvoeding. Start de motor en laat deze stationair draaien. Minimaliseer de hulppagina. Het laptopscherm toont nu een voorbeeld-golfvorm en is ingesteld om de te meten golfvorm te registreren en weer te geven.
Start de scope om de live data te kunnen zien. Schakel een aantal elektrische verbruikers in en varieer het motortoerental terwijl je de golfvorm in de gaten houd.
Met de golfvorm nog op het scherm, stop de scope. Schakel de motor uit. Bestudeer de golfvorm. Gebruik hiervoor de golfvormbuffer (opslag), de inzoommogelijkheid en de metingen.
Afbeeldingen golfvorm:
– motor stationair draaiend, generator lage belasting;
– motor stationair draaiend, generator onder gemiddelde belasting.
Opmerkingen met betrekking tot de golfvorm
Deze als ‘correct’ bekend staande golfvormen hebben de volgende kenmerken:
* Bij een geringe belasting is de afgegeven stroomsterkte (kanaal A) hooguit 14 A. In het geval van extra elektrische belasting, zoals dat van een verwarmde achterruit, grootlicht en verwarmingsventilator, gaat de afgegeven stroom naar een waarde van 70 A.
* Het terugkoppelingssignaal (feedback, kanaal B) is een pulsbreedte gemoduleerde spanningsgolf afhankelijk van de door de generator afgegeven stroom. Bij een lage belasting is de golfvorm ongeveer 0 V voor de duur van ten hoogste 60% van de cyclus; bij een hogere belasting is dat ongeveer 12 V voor ten hoogste 100% van de cyclusduur.
* Het stuursignaal van de alternator vanaf de regeleenheid (motormanagement, ECU) is een positiefgeschakelde pulsbreedte-gemoduleerde golfvorm. Als er geen belasting is, blijft deze uitgeschakeld op 0 V.
In geval van gemiddelde elektrische belastingen, is dat rond 13 V voor ten hoogste 63% van zijn cyclusduur.
Nog een aantal opmerkingen
Als de motor draait, genereert de alternator elektrische energie om de elektrische systemen van het boordnet te voeden en de batterijlading die tijdens het starten is verbruikt, weer aan te vullen.
Slimme laadsystemen maken het mogelijk dat een balans wordt gevonden tussen de in de vorige alinea genoemde eisen en de wensen van de bestuurder, zoals maximum koppel tijdens snel accelereren en de behoefte aan een optimaal brandstofverbruik. Voorts voldoen slimme laadsystemen aan de behoeften van batterijen, bijvoorbeeld een hoger laadvermogen bij lage buitentemperaturen. Zij zorgen er voor dat de batterij een optimale laadtoestand en conditie behouden.
Belangrijk te weten is dat de motorregeleenheid het laden regelt. Dit gebeurt aan de hand van een aantal factoren, zoals de omgevingstemperatuur (de temperatuur rond de batterij), gaspedaalpositie, elektrische belasting, motortoerental, enz.
De alternator werkt alleen met de maximale capaciteit als dat nodig is. Echter, onder de juiste omstandigheden, zoals na een koude start onder lage omgevingstemperaturen, kan de ECU de capaciteit van de alternator tot 18 V verhogen. Daarom is het van belang dat bij deze bedrijfsmodus de juist gespecificeerde batterijen worden gebruikt (Ford specificeert bijvoorbeeld zilver calcium batterijen voor hun systemen).
Conventionele loodzuur batterijen, die niet geschikt zijn voor hoge laadstromen, zijn geen geschikt alternatief in slimme laadsystemen. Tegenwoordig zijn slimme laadsystemen alom toegepast, maar Ford was een van de eersten die deze toepaste in de serieproductie.
De generatoren van slimme laadsystemen hebben eenzelfde basisontwerp als dat van een conventionele generator met een elektromagnetische rotor met statorwindingen. Hun output wordt geregeld door een slimme regeling van de elektromagnetische velden van de rotor. De ECU gebruikt een pulsbreedte gemoduleerd spanningssignaal om de rotorstroom te variëren en dus ook de kracht van het magnetisch veld. Des te krachtiger zijn magnetisch veld is, des te hoger is de wisselstroom opgewekt in de statorwindingen. De afgeregelde gelijkstroom van de generator is dan ook hoger.
Een feedbacksignaal wordt door de generator naar de ECU gezonden. Dit signaal controleert het systeem of het wel binnen de toleranties functioneert. Dit is de reden dat slimme laadsystemen (met name het Ford-systeem) in hoge mate intolerant zijn ten opzichte van elke generator die niet volgens de originele specificaties is geproduceerd.
Als de regeleenheid van een slimme generator een fout detecteert, dan wordt de slimme laadfunctie buiten werking gesteld, er worden foutcodes opgeslagen en de motormanagement- en batterijwaarschuwingslampen gaan branden. Vooropgesteld dat de storing niet aan de generator ligt, zal deze als een conventionele gaan werken met een afgegeven spanning tot 14,75 volt.
Andere mogelijke symptomen van een generator of een laadsysteem met een storing zijn:
– ruw stationair draaien;
– mogelijke misfire;
– verlies van batterijlading of State of Health;
– corrupt of niet-functioneren van dashboardinstrumenten.
Typische generator- of daaraan gerelateerde storingen zijn:
– defecte diodes, veroorzaakt door hitte en trillingen of insluiten van verontreinigingen in het circuit;
– kortsluiting of open circuits, of hoge weerstand in de statorwindingen;
– ladingtoestand batterij/laadproces schiet te kort;
– kortsluiting of open circuits, hoge weerstanden in de batterij of massakabels en/of aansluitingen;
– generatoraandrijving defect, inclusief poelie, toestand van de riem en riemspanning, freewheelkwesties.
Foutcodes gerelateerd aan het laadsysteem
– P0620 controle circuit generator;
– P0621 lamp generator brandt, storing laadcircuit;
– P0622 generator veldcontrole ‘F’;
– P0623 signaalspanning regeling circuit;
– P0624 brandstofvuldop waarschuwingslamp, storing regeling circuit;
– P0625 generator veldaansluiting, kortsluiting naar massa;
– P0626 generator veldaansluiting, kortsluiting naar plus.
