宝马E65电源管理系统

张宗荣

（福建船政交通职业学院，福建 福州 350007）

1 宝马汽车电源管理系统作用、组成和类型

当今的宝马汽车都具有各种形式的电源管理系统，其作用是确保宝马汽车车辆内的能量平衡，即确保宝马汽车车辆内部发动机、发电机、蓄电池和能量消耗设备 （用电设备）之间的能量平衡，保证蓄电池处于良好的技术状态，保证用电设备正常工作，保证发动机始终处于良好的工作状态。电源管理系统的主要零部件如图1所示。其主要由发动机、发电机、安装于蓄电池负极的智能型蓄电池传感器（有的车型没有）、蓄电池、智能接线盒 （或电源模块、微电源模块）、用电设备、发动机管理系统组成。

电源管理系统主要由数字式发动机电子系统DME和智能接线盒以及其内部的电源管理系统软件组成。通过DME控制发动机和发电机电压，通过智能接线盒控制电流。电源管理系统具有以下功能。

1）发电机电压控制和调节 宝马汽车发电机可以自行控制发电机输出电压在14.5 V左右，同时发电机输出电压还受电源管理系统控制，电源管理系统通过DME的串行数据接口BSD导线控制发电机充电电压。行驶状况不利时，例如城市交通或交通堵塞，可提高发电机电压以确保达到更好的蓄电池充电平衡状态。

2）提高怠速转速 当规定电压已无法满足车辆需求且蓄电池电量不足时，DME就会将怠速转速提高至750r／min。

3）降低最大负荷 虽然已提高怠速转速，若蓄电池电量始终不足，此时就会通过控制后窗玻璃加热装置等的时钟脉冲周期等方式降低功率。降低功率效果不佳时，可关闭相关舒适用电器，以降低车内的最大负荷。

4）蓄电池充电平衡 在电源管理系统内有两个“计数器”：一个负责蓄电池充电量；另一个负责蓄电池放电量。蓄电池的充电状态 （SOC）用充电量与放电量之间的差值来表示。电源管理系统通过BSD导线从智能型蓄电池传感器IBS得到这些数据（有些车型从电源模块获得这些数据）。重新起动车辆时，电源管理系统就会计算当前蓄电池的充电状态SOC值。

5）蓄电池的健康状态测量 即技术状态 （SOH）测量。车辆起动时，蓄电池接线柱电压和起动机起动电流由IBS进行测量。起动期间的起动电流和电压降平均值通过BSD导线传送至DME。电流管理系统根据这些数据计算出蓄电池的健康状态SOH值。

6）向IBS传输数据 在发动机熄火时、DME进入休眠模式之前，DME会通过BSD导线向IBS发送下列数据：蓄电池的充电状态 （SOC）、车外温度、可用放电量、总线端15唤醒功能释放、总线端15唤醒功能锁止、DME关闭信号。

7）休眠电流监控和诊断 DME关闭后，IBS获得DME提供的信息，继续监控蓄电池的充电状态。

如果蓄电池休眠电流在车辆静止期间超过一定限值，就会在DME内存储一个故障代码。

蓄电池休眠中，由于蓄电池休眠电流太大，导致蓄电池充电状态 （SOC）较低时，IBS会唤醒DME关闭相关舒适用电器，但是不会关闭与停车安全密切相关的用电器。关闭后，DME继续休眠。

并不是所有的宝马汽车电源管理系统都具有上述7种功能。根据具体车辆和要求不同，其宝马汽车电源管理系统的功能不同。不同车型的宝马汽车具有的能量管理系统功能如表1所示。

根据具体车辆和要求不同，宝马汽车电源管理系统内的功能通过不同组件来调整。因此，宝马车辆具有4种电源管理系统方案。这4种电源管理系统方案、名称、简称及对应主要车型如表2所示。电源管理系统方案不同，其基本功能也不同。各种电源管理系统的基本功能见表3。

表1 不同车型的宝马汽车能量管理系统功能

表2 4种电源管理系统方案及对应主要车型

表3 不同电源管理系统的基本功能

从表3可以看出，电源模块、微电源模块和智能接线盒的电源管理系统方案实际上是在基本能量管理系统方案的基础上增加电源模块，实现电源管理系统对用电器的控制、监控休眠电流和蓄电池诊断等功能。其工作原理基本相同。因此，下面着重论述电源模块管理系统PM。

2 宝马E65电源模块管理系统PM

电源模块管理系统PM主要的车型为E65、E66和E67。其电源管理系统具有提高充电电压、提高怠速转速、关闭用电器，负荷、降低最大负荷、休眠电流监控和蓄电池诊断的功能。宝马E65由德国宝马公司生产，于2000年推出，2003年开始批量生产，2008年左右进入我国市场。下面以E65电源模块系统为例，论述电源模块系统概览图、电源模块管理系统的组成、主要零部件的构造与功能、电源模块管理系统的作用与工作过程。E65电源模块系统概览图如图2所示，其主要由数字式发动机电子系统DME等17个零部件组成。

1）DME 使用动力总线PT-CAN（一般连接发动机模块、变速器模块等的总线，传递速度为0.5 Mb／s），通过中央网关模块ZGM与其它模块通信。同时，通过BSD接收发电机传来的发电机负荷信号，并控制发电机输出电压。

2）ZGM 将宝马汽车上面所有不同协议的网络连接起来，保证宝马汽车上所有控制模块ECU的通信，实现信号共享，同时监控、控制宝马汽车所有网络的工作状态。

如图2所示，使用动力总线PT-CAN连接DME，使用车身总线K-CAN（一般连接车身及车内室的普通电控模块，传递速度为0.1Mb／s）连接电源模块、便捷登车及起动系统模块CAS，使用安全系统总线Bytefight（是一个光纤星形总线系统，传递速度为10 Mb／s）连接安全和信息模块SIM。另外，还有娱乐系统总线MOST（图中没有画出），采用环形结构，其数据传输率为22.5Mb／s，是目前宝马车辆上最快的总线。由于具有较高的数据传输率，因此，MOST特别适于多媒体组件的数据传输。

3）电源模块 电源模块PM和蓄电池开关位于后备厢，如图3所示。在车辆行驶和静止期间以及车载网络出现电气故障时，电源模块确保蓄电池处于正常工作状态。电源模块内部有电子控制装置、熔断丝、蓄电池电流传感器、高电流插座；外部有蓄电池、蓄电池开关和蓄电池温度传感器等，以及使用高电流插座连接大电流输入和输出 （30输入，30U和30B输出）系统总线。这些插座可在短时间内承受住最高220 A的峰值电流。这种高电流插座还具有以下优点：①连续负荷最高可达100 A；②长时间稳定输出电流；③受热温度较高时电压降较低；④始终保持较高的弹性；⑤通过允许的移动自清洁触点。

4）电子蓄电池主开关 电子蓄电池主开关位于行李厢内 （参见图3），由4个金属氧化物半导体场效应晶体管 （MOSFET）输出级组成。该开关将电源模块内的总线端30的输入端与总线端30U和总线端30B的输出端等连接起来。电源模块通过电子蓄电池主开关控制电源管理系统的工作状态。其工作状态 （或功能）有4种：①分配模式；②休眠电流监控；③电子自动断路装置；④自动断开车载网络。

5）电源模块的输入和输出 电源模块的输入主要有蓄电池正极总线30输入、大电流输出30U供给行李厢熔断丝支架和30B供给手套箱熔断丝支架。

总线端15-W的信号来自CAS，用于唤醒电源模块。

电源模块有其直接控制的输出端 （zv—中控锁、SCA—自动软关系统、HK—空调、HHS—后窗玻璃加热装置），通过电源模块内的一个自动断路器MOSFET供电。

电源模块的输出总线30（Kl.30）和总线15（Kl.15）分别给以下系统供电：车灯开关中心LSZ、便捷登车及起动系统CAS、防盗报警装置DWA、带备用电池的报警器NS、红外线遥控器IR、点烟器ZIG（国家标准）、通用遥控器UFBD（国家标准）、电子变色防眩车内后视镜EC、驻车距离监控装置PDC、雨量和光线传感器RLS、车内照明装置IB。

电源模块输出总线 （Kl.R），主要给多媒体系统供电。

电源模块的所有输人和输出端都可以通过诊断检测其各自状态。此外，还可通过部件控制启用输出端，显示电流消耗情况。可读取下列状态或执行下列功能：当前发电机电流、当前蓄电池电流、当前车载网络电流、当前用电器电流、充电平衡、蓄电池充电状态、蓄电池温度、系统监控所有电子自动熔断装置和电子蓄电池主开关是否短路或断路。发生故障时，就会在电源模块的故障存储器内记录一个相关故障代码，必要时还会发送一个检查控制信息。

6）右侧蓄电池导线监控传感器SBSR和左侧蓄电池导线监控传感器SBSL 图中没有画出，用于监控蓄电池导线短路和断路等故障。

7）安全型蓄电池接线柱 用于发生交通事故时，自动切断蓄电池到起动机和发电机的导线，防止短路。

3 宝马E65电源管理系统工作参数、工作过程和工作条件

1）中央蓄电池电压规定 蓄电池电压的波动范围是14.0～15.5V。 最大充电电压为16V。

2）蓄电池最佳充电 一般正常情况下运行时，发电机可以自行控制其输出电压在14.5 V左右。汽车电源模块还可以根据蓄电池充电情况、蓄电池温度、蓄电池充电状态和车灯工作状态等设定最佳充电电压。发电机通过BSD导线得到提高充电电压的请求。发电机内的电子装置负责设定所请求的充电电压值。

3）识别蓄电池的充电状态 电源模块通过内部的电流传感器，计算行驶期间的蓄电池充电电流以及测量放电电流，可随时获得蓄电池充电状态信息。车辆处于静止状态时，系统通过测量蓄电池休眠电压重新计算并接受相应的充电状态。

4）提高发电机电压信号的传递和执行过程 电源模块系统利用电源模块内存储的充电特性曲线，并根据蓄电池温度设定发电机的充电电压。

电源模块识别出蓄电池的温度后，向K-CAN外围设备CAS发送 “提高充电电压”信息，CAS继续将信息发送至K-CAN系统，再通过ZGM将信息发送至PT-CAN系统的DME，由DME通过BSD传送给发电机，发电机内的电子分析装置负责设定所请求的充电电压值。如图4所示。

5）提高发动机怠速 为了改善充电平衡状况，系统会尽可能减少蓄电池的放电量。为了防止放电量增大，会提早提高怠速转速。提高怠速转速的标准如下：发电机满负荷 （励磁绕组导通率100%）；蓄电池充电状态较低；当计算出的蓄电池起动能力低于起动限值时，怠速转速就会增至750r／min。

6）降低最大负荷 如果发动机运行期间识别到蓄电池放电现象 （尽管已提高怠速转速），这时就会根据优先级表逐级降低用电器功率或关闭用电器。这些用电器包括：可加热后窗玻璃、座椅加热装置、暖风鼓风机 （无除霜功能）、转向盘加热装置、后视镜加热装置、刮水器加热装置。

7）关闭驻车用电器 为确保车辆的起动能力，即使车辆处于停止状态时也会监控蓄电池充电状态。系统时刻测定最低充电状态。该状态除了蓄电池放电和充电外，还取决于：近几天的所测温度、发动机和发电机的类型、所装蓄电池的电容量。

如果因某一驻车用电器处于启用状态而使充电状态接近起动限值，电源模块就会立即要求该驻车用电器自动关闭。驻车用电器包括：挂车模块AH IWI、彩色显示屏CD、防盗报警装置DWA、车灯开关中心LSZ、变速器电子控制系统EGS、自动恒温空调IHKA、驻车暖风SH。

8）关闭用电器 为了防止用电器持续启用期间蓄电池放电，总线端R（给娱乐系统和部分车内灯供电）关闭16min后将执行中央用电器关闭功能。这些用电器包括：车内照明装置IB、车身区域的用电器关闭VA_K、车顶区域的用电器关闭VA_D。

9）电压过低时关闭用电器 因负荷较高而造成电压过低时，如果电压低于10.5V （5s），电源模块就会发送一个信息，要求提高怠速转速和关闭上述用电器。用电器关闭顺序按照电源模块内存储的优先级执行。同时，还会关闭电源模块的功率输出端。

10）分配模式 电源模块在总线端R关闭30min后，通过切换蓄电池开关位置进入分配模式功能。点火开关处于总线端R接通位置后，就会发送一个检查控制信息，用于提醒驾驶员车辆处于分配模式。此时会显示 “battery switch OFF”（蓄电池开关关闭）信息。

11）休眠电流监控 蓄电池开关处于接通 （休眠电流监控状态）位置时，就会在电源模块内启用休眠电流监控功能。电源模块通过总线端关闭60min后进入休眠电流监控功能。如果在60 min以内对车辆进行操作 （例如打开Z11.行李厢盖），就会重新开始执行休眠电流监控功能。休眠电流不得超过80mA。如果休眠电流超过80 mA，电源模块就会在5 min钟后发出 “shut down counter”（关闭计数器）信息。再过90 s后，就会断开车辆电气系统5 s。如果重新接通后休眠电流仍然高于80 mA，就会再次断开车辆电气系统。如果休眠电流还是高于80 mA，就会通过电子蓄电池主开关持久断开电气系统。

同时，电源模块的故障代码存储器内将存储相关故障代码，包括休眠电流提高的限制条件和原因。

12）唤醒 电源模块识别到总线端15-W信号时，电子蓄电池主开关就会闭合并显示一个检查控制信息 “Increased closed-circuit current” （休眠电流提高）。结束休眠电流监控。

休眠电流监控功能还可通过停车报警灯打开信息和危险报警灯取消。

13）自动断开车载网络 如果3周内没有任何操作请求，就会断开蓄电池与车载网络的连接。从而避免蓄电池过度放电。

14）电子自动熔断装置 识别到短路电流超过250 A时就会断开电子蓄电池主开关。只有识别到来自CAS的总线端15唤醒信号后，才会尝试使电子蓄电池主开关闭合。在排除短路故障前会一直重复上述过程。

15）后窗玻璃加热装置 自动恒温空调IHKA控制单元通过一个 “Heated rear window ON”（后窗玻璃加热装置接通）K-CAN信息，控制电源模块内后窗玻璃加热装置的电子输出级。

16）车内照明装置 车内照明装置由电源模块控制，分为3个输出端：车内照明装置IB、车身区域的用电器关闭VA_K、车顶区域的用电器关闭VA_D。

17）行李厢盖和燃油箱盖控制 电源模块有控制行李厢盖附近车身电子系统的功能。其功能有：行李厢盖锁、行李厢盖自动软闭功能、燃油箱盖锁。

18）信息存储器 信息存储器存储车辆相关数据。这些数据可说明蓄电池负荷状态和使用寿命。可通过诊断方法读取存储器信息。

19）应急运行特性 蓄电池温度传感器出现断路、短路或不可信数值时，就会采用一个替代值（20℃）。该数值相当于固定的蓄电池充电电压14.3V。此时只能在一定条件下计算出蓄电池容量。

蓄电池开关发生故障时就会切换到休眠电流监控功能。

总线端15-w没有信号时，下列信号防止在没有总线端15-w的情况下关闭电源模块：总线端15，通过CAS总线连接；车速＞2km／h，通过动态稳定控制系统DSC总线连接；车载网络电压＞13.2V （PM中电压规定值）。

［1］宝马培训资料［Z］.

［2］宝马售后维修手册［Z］.

［3］宝马E65供电和总线系统［Z］.