宝马智能蓄电池

2013-09-02张宗荣

汽车电器 2013年7期

张宗荣

（福建船政交通职业学院，福建福州 350007）

1 宝马智能蓄电池的组成、电路和作用

宝马智能蓄电池主要就是在普通蓄电池基础上增加3个特有而且相当重要的部件:①连接在蓄电池正极桩上面的安全蓄电池接线柱（简称SBK）；②连接在蓄电池负极桩上面的智能型蓄电池传感器（简称IBS）；③蓄电池导线的监控。宝马智能蓄电池连接电路及位置如图1所示。

由图1可知，宝马智能蓄电池连接电路主要由蓄电池、智能型蓄电池传感器、安全蓄电池接线柱、多功能乘员保护系统、发电机、起动机、受到监控的蓄电池导线、前部配电盒和后部配电盒组成。在实际工作中，还需要发动机ECU（简称DME）以及一系列传感器的支持，并通过串行数据线（简称BSD）进行通信联系，实现数据共享。

其中安全蓄电池接线柱的作用是在发生事故时，通过引爆切断起动机电路和发电机电路，将发生短路和由燃油引起的燃烧爆炸的危险降至最低。

多功能乘员保护系统的作用是在发生事故时，给安全蓄电池接线柱一个引爆信号。

智能型蓄电池传感器是电源管理系统的一个组成部分，其内部含有微控制器（简称μC，是一种机电式部件），可准确测定蓄电池的充电状态（简称SOC）和健康状态（即技术状态，简称SOH）。

蓄电池导线的监控可以监控蓄电池导线不正常的状态参数，通过数据线将信号传输给仪表ECU和发动机ECU，并发出报警信号。

前部配电盒和后部配电盒主要给汽车的用电设备供电，发生短路时，主要是通过熔断器切断电路，从而保护电路。

2 安全蓄电池接线柱

现在所有宝马车辆上都安装有安全蓄电池接线柱，图2为安全蓄电池接线柱实物照片，图3为安全蓄电池接线柱结构图。

从图3可以看到，安全蓄电池接线柱由紧固螺钉、蓄电池正极端子、插接连接件、B+接线柱、保护外壳、卡爪、蓄电池导线、控制导线、蓄电池正极连接器组成。

这种安全型蓄电池接线柱通过蓄电池正极连接器直接与蓄电池正极连接在一起。

结合图1可以看到，插接连接件通过控制导线与多功能乘员保护系统相连接。

为了将发生交通事故时产生短路的危险降至最低，宝马汽车将车辆的车载网络分为2个电路。一个是车载网络供电电路，即该电路通过强电流熔断丝防止发生短路。其中B+接线柱相当于传统的蓄电池正极接线柱，它与前、后部配电盒相连接。这条线路给汽车的大部分用电设备供电，没有发生交通事故时自动切断装置。

另一根电路即蓄电池导线连接的起动机电路。由于该电路无法通过传统熔断丝方式来保护，为了在发生交通事故时切断起动机电路和发电机电路，防止发生短路、燃烧和爆炸，蓄电池导线连接的内部装有一个爆燃材料的圆柱体，外壳上面有一个防止蓄电池导线重新滑回接触点位置的卡爪，其工作过程如图4所示。

在发生交通事故时，通过与多功能乘员保护系统相连接的控制导线提供的控制信号，引爆安全蓄电池接线柱内部的爆燃材料，时间约为0.22ms，蓄电池正极连接器就会被切断，同时在爆炸力作用下向前推，切断起动机电路和发电机电路。切断电路后，卡爪挡住蓄电池导线的凸缘，防止其重新退回接通。整个切断电路的过程大约时间约为3ms。

3 智能型蓄电池传感器

智能型蓄电池传感器是电源管理系统的一个组成部分，安装在蓄电池负极，其实物图如图5所示，结构如图6所示。

智能型蓄电池传感器由机械元件、智能芯片和软件构成。机械元件的任务:①为车身与蓄电池负极接线柱之间提供电气触点；②固定传感器元件以便测量电流；③固定硬件，为硬件的温度传感器与蓄电池负极接线柱之间提供充足的热接触点；④为电子组件提供保护功能；⑤蓄电池接线柱同时是智能型蓄电池传感器内部电子元件（硬件）的搭铁口。

如图6局部放大图所示，智能型蓄电池传感器内部安装的智能芯片通过电源线B+给其供电，同时提供蓄电池电压信号。其工作时可以连续测量下列数值:①蓄电池电压；②蓄电池充电／放电电流；③蓄电池电解液温度。智能芯片内部电路如图7所示。

智能芯片内部的软件还负责控制相关流程和与发动机ECU的通信，通过数据接口将数据传送至发动机ECU。智能芯片通过软件和发动机ECU还集成有下列功能。

1）测量数据、计算蓄电池的充电状态和蓄电池的技术状态发动机工作时，持续测量各种车辆运行状态下的蓄电池电流、电压和温度，并通过数据接口传送给发动机ECU。发动机ECU通过计算蓄电池充电／放电电流，可以准确测定蓄电池的充电状态，还可以通过绘制起动时电流曲线，准确测定蓄电池的技术状态。

2）发电机电压控制发动机ECU可以根据蓄电池接线柱电压、蓄电池充电／放电电流、蓄电池电解液温度、蓄电池的充电状态、蓄电池的技术状态以及发动机转速、冷却液温度、节气门开度、车速等汽车工作状态的信号，控制发电机的输出电压，保持蓄电池处于良好的技术状态。

3）车辆休眠电流监控车辆处于驻车运行模式时处于休眠状态，智能型蓄电池传感器每隔40 s查询一次测量值，以便节省能量，每次测量时间约为50ms。测量值记录在智能型蓄电池传感器内部，并通过蓄电池传感器智能芯片计算蓄电池的充电状态。重新起动车辆时，发动机ECU读取智能型蓄电池传感器休眠状态存储的信息，如果出现休眠电流错误，发动机ECU将故障代码在存储器内进行记录。

4）总线端KI.15唤醒在发动机ECU进入休眠模式之前，发动机ECU会将当前的蓄电池充电状态发送给智能型蓄电池传感器，智能型蓄电池传感器在发动机ECU休眠时继续监控蓄电池充电状态。发动机再次起动时，发动机ECU向智能型蓄电池传感器发送唤醒信号，并从智能型蓄电池传感器处查询当前的蓄电池充电状态的数据。如果休眠时蓄电池充电状态处于临界状态，可能影响起动时，智能型蓄电池传感器就会向发动机ECU发送相关信息，发动机ECU关闭相关的用电器（法律规定的驻车用电设备不会被关闭）。关闭用电器后，车辆随即再次进入休眠模式，减小蓄电池的消耗，保证发动机正常起动。

5）提高怠速转速起动后，当规定电压已无法满足车辆需求且蓄电池电量不足时，发动机ECU就会通过提高发电机负荷的方式，提高发电机电压和输出电流。若发电机输出还不能满足车辆需求，发动机ECU就会将怠速转速提高至750r／min。提高怠速转速的标准是:发电机满负荷，同时蓄电池充电状态较低。

6）降低最大负荷虽然已提高怠速转速，但蓄电池电量始终不足，此时通过减小或关闭车内舒适系统和娱乐系统供电，减小车内的最大负荷。如通过控制后窗玻璃加热装置时钟脉冲周期等方式降低功率。降低功率效果不佳时，可关闭相关用电器。

4 蓄电池导线的监控

为了让宝马车辆更加安全可靠，现在的宝马车辆对蓄电池导线（蓄电池正极到起动机的导线）进行监控，受到监控的蓄电池导线结构如图8所示。

受到监控的蓄电池导线的两端都有传感器导线，传感器导线与监控屏蔽层相连接。传感器导线可以监控蓄电池导线是否对搭铁短路或对正极短路，由被动安全系统高级安全电子系统对这些信息进行监控，其监控电路如图9所示。

蓄电池正极端的监控导线连接在右侧蓄电池导线传感器（简称SBSR）上，起动机的监控导线连接在左侧蓄电池导线传感器（简称SBSL）上，被动安全系统高级安全电子系统通过这2个传感器对蓄电池导线进行诊断。如图9所示，起动后，左侧传感器通过传感器导线发出一个数字信号给右侧传感器，同时，右侧传感器也会通过传感器导线发出一个数字信号给左侧传感器，2个传感器都收到正常的信号后，产生5V的电压信号。在蓄电池导线出现故障时，会产生差异明显的测量值，如表1所示。

被动安全系统高级安全电子系统检测到蓄电池导线不正常的状态参数时，通过数据线将信号传输给发动机ECU和仪表ECU，并发出报警信号。

5 宝马智能蓄电池使用和维修注意事项

1）更换蓄电池注意事项

由于宝马蓄电池取决于发动机和配置情况，因此在系统内对蓄电池规格进行了设码。更换蓄电池时，只能安装标配规格的蓄电池。

更换蓄电池时，必须注意导线、安全蓄电池接线柱和智能型蓄电池传感器的连接。

更换蓄电池时，必须删除ECU内的相关故障代码记录。

更换新的宝马认证蓄电池后，必须连接宝马专用诊断仪Icon进行新的蓄电池注册，否则有可能造成发动机功率下降和起动困难等影响汽车工况的问题。有的蓄电池更换后必须编程，否则无法正常使用。

2）蓄电池充电注意事项

车辆蓄电池通过自行放电以及车辆休眠电流缓慢持续地放电，如果很长时间没有通过车载网络或蓄电池充电器为蓄电池充电，那么就会导致车辆蓄电池前期损坏。

为了保持蓄电池的品质，需要定期为蓄电池充电。蓄电池与车载网络连接时，每隔6周为蓄电池充电1次；蓄电池与车载网络断开时，每隔12周为蓄电池充电1次。

如休眠电流过大，在蓄电池充电前，应首先查询ECU内的故障代码存储器记录，以便找到当前用电器。

3）智能型蓄电池传感器注意事项

智能型蓄电池传感器使用分流式和两端的弹簧元件对电流进行测量（简称鸥翼式），因此，智能型蓄电池传感器对机械负荷极为敏感，绝对不要往其上面放置重物。当智能型蓄电池传感器损坏时，会在发动机ECU中存储故障代码，发动机ECU采用替代值并进入智能型蓄电池传感器紧急运行状态。智能型蓄电池传感器处于紧急运行状态时，发动机怠速转速会提高，以确保蓄电池充电。当智能型蓄电池传感器对搭铁短路时，车辆将不会被唤醒。如果智能型蓄电池传感器出现对正极短路，车辆将不能进入休眠模式。发动机ECU和智能型蓄电池传感器软件必须相互配套，如有必要，在更新软件时必须更换智能型蓄电池传感器。

4）自行加装设备注意事项

自行在宝马汽车上加装其他设备时，可能导致休眠电流过大，发动机ECU会发出故障码。建议不要自行在宝马汽车上安装其他设备，维修一定要到宝马专业维修点。