寶馬智能蓄電池

張宗榮

（福建船政交通職業(yè)學(xué)院，福建 福州 350007）

1 寶馬智能蓄電池的組成、電路和作用

寶馬智能蓄電池主要就是在普通蓄電池基礎(chǔ)上增加3個特有而且相當(dāng)重要的部件:①連接在蓄電池正極樁上面的安全蓄電池接線柱 （簡稱SBK）；②連接在蓄電池負(fù)極樁上面的智能型蓄電池傳感器（簡稱IBS）；③蓄電池導(dǎo)線的監(jiān)控。寶馬智能蓄電池連接電路及位置如圖1所示。

由圖1可知，寶馬智能蓄電池連接電路主要由蓄電池、智能型蓄電池傳感器、安全蓄電池接線柱、多功能乘員保護(hù)系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)、起動機(jī)、受到監(jiān)控的蓄電池導(dǎo)線、前部配電盒和后部配電盒組成。在實(shí)際工作中，還需要發(fā)動機(jī)ECU（簡稱DME）以及一系列傳感器的支持，并通過串行數(shù)據(jù)線 （簡稱BSD）進(jìn)行通信聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

其中安全蓄電池接線柱的作用是在發(fā)生事故時，通過引爆切斷起動機(jī)電路和發(fā)電機(jī)電路，將發(fā)生短路和由燃油引起的燃燒爆炸的危險降至最低。

多功能乘員保護(hù)系統(tǒng)的作用是在發(fā)生事故時，給安全蓄電池接線柱一個引爆信號。

智能型蓄電池傳感器是電源管理系統(tǒng)的一個組成部分，其內(nèi)部含有微控制器 （簡稱μC，是一種機(jī)電式部件），可準(zhǔn)確測定蓄電池的充電狀態(tài) （簡稱SOC）和健康狀態(tài) （即技術(shù)狀態(tài)，簡稱SOH）。

蓄電池導(dǎo)線的監(jiān)控可以監(jiān)控蓄電池導(dǎo)線不正常的狀態(tài)參數(shù)，通過數(shù)據(jù)線將信號傳輸給儀表ECU和發(fā)動機(jī)ECU，并發(fā)出報(bào)警信號。

前部配電盒和后部配電盒主要給汽車的用電設(shè)備供電，發(fā)生短路時，主要是通過熔斷器切斷電路，從而保護(hù)電路。

2 安全蓄電池接線柱

現(xiàn)在所有寶馬車輛上都安裝有安全蓄電池接線柱，圖2為安全蓄電池接線柱實(shí)物照片，圖3為安全蓄電池接線柱結(jié)構(gòu)圖。

從圖3可以看到，安全蓄電池接線柱由緊固螺釘、蓄電池正極端子、插接連接件、B+接線柱、保護(hù)外殼、卡爪、蓄電池導(dǎo)線、控制導(dǎo)線、蓄電池正極連接器組成。

這種安全型蓄電池接線柱通過蓄電池正極連接器直接與蓄電池正極連接在一起。

結(jié)合圖1可以看到，插接連接件通過控制導(dǎo)線與多功能乘員保護(hù)系統(tǒng)相連接。

為了將發(fā)生交通事故時產(chǎn)生短路的危險降至最低，寶馬汽車將車輛的車載網(wǎng)絡(luò)分為2個電路。一個是車載網(wǎng)絡(luò)供電電路，即該電路通過強(qiáng)電流熔斷絲防止發(fā)生短路。其中B+接線柱相當(dāng)于傳統(tǒng)的蓄電池正極接線柱，它與前、后部配電盒相連接。這條線路給汽車的大部分用電設(shè)備供電，沒有發(fā)生交通事故時自動切斷裝置。

另一根電路即蓄電池導(dǎo)線連接的起動機(jī)電路。由于該電路無法通過傳統(tǒng)熔斷絲方式來保護(hù)，為了在發(fā)生交通事故時切斷起動機(jī)電路和發(fā)電機(jī)電路，防止發(fā)生短路、燃燒和爆炸，蓄電池導(dǎo)線連接的內(nèi)部裝有一個爆燃材料的圓柱體，外殼上面有一個防止蓄電池導(dǎo)線重新滑回接觸點(diǎn)位置的卡爪，其工作過程如圖4所示。

在發(fā)生交通事故時，通過與多功能乘員保護(hù)系統(tǒng)相連接的控制導(dǎo)線提供的控制信號，引爆安全蓄電池接線柱內(nèi)部的爆燃材料，時間約為0.22ms，蓄電池正極連接器就會被切斷，同時在爆炸力作用下向前推，切斷起動機(jī)電路和發(fā)電機(jī)電路。切斷電路后，卡爪擋住蓄電池導(dǎo)線的凸緣，防止其重新退回接通。整個切斷電路的過程大約時間約為3ms。

3 智能型蓄電池傳感器

智能型蓄電池傳感器是電源管理系統(tǒng)的一個組成部分，安裝在蓄電池負(fù)極，其實(shí)物圖如圖5所示，結(jié)構(gòu)如圖6所示。

智能型蓄電池傳感器由機(jī)械元件、智能芯片和軟件構(gòu)成。機(jī)械元件的任務(wù):①為車身與蓄電池負(fù)極接線柱之間提供電氣觸點(diǎn)；②固定傳感器元件以便測量電流；③固定硬件，為硬件的溫度傳感器與蓄電池負(fù)極接線柱之間提供充足的熱接觸點(diǎn)；④為電子組件提供保護(hù)功能；⑤蓄電池接線柱同時是智能型蓄電池傳感器內(nèi)部電子元件 （硬件）的搭鐵口。

如圖6局部放大圖所示，智能型蓄電池傳感器內(nèi)部安裝的智能芯片通過電源線B+給其供電，同時提供蓄電池電壓信號。其工作時可以連續(xù)測量下列數(shù)值:①蓄電池電壓；②蓄電池充電／放電電流；③蓄電池電解液溫度。智能芯片內(nèi)部電路如圖7所示。

智能芯片內(nèi)部的軟件還負(fù)責(zé)控制相關(guān)流程和與發(fā)動機(jī)ECU的通信，通過數(shù)據(jù)接口將數(shù)據(jù)傳送至發(fā)動機(jī)ECU。智能芯片通過軟件和發(fā)動機(jī)ECU還集成有下列功能。

1）測量數(shù)據(jù)、計(jì)算蓄電池的充電狀態(tài)和蓄電池的技術(shù)狀態(tài) 發(fā)動機(jī)工作時，持續(xù)測量各種車輛運(yùn)行狀態(tài)下的蓄電池電流、電壓和溫度，并通過數(shù)據(jù)接口傳送給發(fā)動機(jī)ECU。發(fā)動機(jī)ECU通過計(jì)算蓄電池充電／放電電流，可以準(zhǔn)確測定蓄電池的充電狀態(tài)，還可以通過繪制起動時電流曲線，準(zhǔn)確測定蓄電池的技術(shù)狀態(tài)。

2）發(fā)電機(jī)電壓控制 發(fā)動機(jī)ECU可以根據(jù)蓄電池接線柱電壓、蓄電池充電／放電電流、蓄電池電解液溫度、蓄電池的充電狀態(tài)、蓄電池的技術(shù)狀態(tài)以及發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、冷卻液溫度、節(jié)氣門開度、車速等汽車工作狀態(tài)的信號，控制發(fā)電機(jī)的輸出電壓，保持蓄電池處于良好的技術(shù)狀態(tài)。

3）車輛休眠電流監(jiān)控 車輛處于駐車運(yùn)行模式時處于休眠狀態(tài)，智能型蓄電池傳感器每隔40 s查詢一次測量值，以便節(jié)省能量，每次測量時間約為50ms。測量值記錄在智能型蓄電池傳感器內(nèi)部，并通過蓄電池傳感器智能芯片計(jì)算蓄電池的充電狀態(tài)。重新起動車輛時，發(fā)動機(jī)ECU讀取智能型蓄電池傳感器休眠狀態(tài)存儲的信息，如果出現(xiàn)休眠電流錯誤，發(fā)動機(jī)ECU將故障代碼在存儲器內(nèi)進(jìn)行記錄。

4）總線端KI.15喚醒 在發(fā)動機(jī)ECU進(jìn)入休眠模式之前，發(fā)動機(jī)ECU會將當(dāng)前的蓄電池充電狀態(tài)發(fā)送給智能型蓄電池傳感器，智能型蓄電池傳感器在發(fā)動機(jī)ECU休眠時繼續(xù)監(jiān)控蓄電池充電狀態(tài)。發(fā)動機(jī)再次起動時，發(fā)動機(jī)ECU向智能型蓄電池傳感器發(fā)送喚醒信號，并從智能型蓄電池傳感器處查詢當(dāng)前的蓄電池充電狀態(tài)的數(shù)據(jù)。如果休眠時蓄電池充電狀態(tài)處于臨界狀態(tài)，可能影響起動時，智能型蓄電池傳感器就會向發(fā)動機(jī)ECU發(fā)送相關(guān)信息，發(fā)動機(jī)ECU關(guān)閉相關(guān)的用電器 （法律規(guī)定的駐車用電設(shè)備不會被關(guān)閉）。關(guān)閉用電器后，車輛隨即再次進(jìn)入休眠模式，減小蓄電池的消耗，保證發(fā)動機(jī)正常起動。

5）提高怠速轉(zhuǎn)速 起動后，當(dāng)規(guī)定電壓已無法滿足車輛需求且蓄電池電量不足時，發(fā)動機(jī)ECU就會通過提高發(fā)電機(jī)負(fù)荷的方式，提高發(fā)電機(jī)電壓和輸出電流。若發(fā)電機(jī)輸出還不能滿足車輛需求，發(fā)動機(jī)ECU就會將怠速轉(zhuǎn)速提高至750r／min。提高怠速轉(zhuǎn)速的標(biāo)準(zhǔn)是:發(fā)電機(jī)滿負(fù)荷，同時蓄電池充電狀態(tài)較低。

6）降低最大負(fù)荷 雖然已提高怠速轉(zhuǎn)速，但蓄電池電量始終不足，此時通過減小或關(guān)閉車內(nèi)舒適系統(tǒng)和娛樂系統(tǒng)供電，減小車內(nèi)的最大負(fù)荷。如通過控制后窗玻璃加熱裝置時鐘脈沖周期等方式降低功率。降低功率效果不佳時，可關(guān)閉相關(guān)用電器。

4 蓄電池導(dǎo)線的監(jiān)控

為了讓寶馬車輛更加安全可靠，現(xiàn)在的寶馬車輛對蓄電池導(dǎo)線 （蓄電池正極到起動機(jī)的導(dǎo)線）進(jìn)行監(jiān)控，受到監(jiān)控的蓄電池導(dǎo)線結(jié)構(gòu)如圖8所示。

受到監(jiān)控的蓄電池導(dǎo)線的兩端都有傳感器導(dǎo)線，傳感器導(dǎo)線與監(jiān)控屏蔽層相連接。傳感器導(dǎo)線可以監(jiān)控蓄電池導(dǎo)線是否對搭鐵短路或?qū)φ龢O短路，由被動安全系統(tǒng)高級安全電子系統(tǒng)對這些信息進(jìn)行監(jiān)控，其監(jiān)控電路如圖9所示。

蓄電池正極端的監(jiān)控導(dǎo)線連接在右側(cè)蓄電池導(dǎo)線傳感器 （簡稱SBSR）上，起動機(jī)的監(jiān)控導(dǎo)線連接在左側(cè)蓄電池導(dǎo)線傳感器 （簡稱SBSL）上，被動安全系統(tǒng)高級安全電子系統(tǒng)通過這2個傳感器對蓄電池導(dǎo)線進(jìn)行診斷。如圖9所示，起動后，左側(cè)傳感器通過傳感器導(dǎo)線發(fā)出一個數(shù)字信號給右側(cè)傳感器，同時，右側(cè)傳感器也會通過傳感器導(dǎo)線發(fā)出一個數(shù)字信號給左側(cè)傳感器，2個傳感器都收到正常的信號后，產(chǎn)生5V的電壓信號。在蓄電池導(dǎo)線出現(xiàn)故障時，會產(chǎn)生差異明顯的測量值，如表1所示。

被動安全系統(tǒng)高級安全電子系統(tǒng)檢測到蓄電池導(dǎo)線不正常的狀態(tài)參數(shù)時，通過數(shù)據(jù)線將信號傳輸給發(fā)動機(jī)ECU和儀表ECU，并發(fā)出報(bào)警信號。

5 寶馬智能蓄電池使用和維修注意事項(xiàng)

1）更換蓄電池注意事項(xiàng)

由于寶馬蓄電池取決于發(fā)動機(jī)和配置情況，因此在系統(tǒng)內(nèi)對蓄電池規(guī)格進(jìn)行了設(shè)碼。更換蓄電池時，只能安裝標(biāo)配規(guī)格的蓄電池。

更換蓄電池時，必須注意導(dǎo)線、安全蓄電池接線柱和智能型蓄電池傳感器的連接。

更換蓄電池時，必須刪除ECU內(nèi)的相關(guān)故障代碼記錄。

更換新的寶馬認(rèn)證蓄電池后，必須連接寶馬專用診斷儀Icon進(jìn)行新的蓄電池注冊，否則有可能造成發(fā)動機(jī)功率下降和起動困難等影響汽車工況的問題。有的蓄電池更換后必須編程，否則無法正常使用。

2）蓄電池充電注意事項(xiàng)

車輛蓄電池通過自行放電以及車輛休眠電流緩慢持續(xù)地放電，如果很長時間沒有通過車載網(wǎng)絡(luò)或蓄電池充電器為蓄電池充電，那么就會導(dǎo)致車輛蓄電池前期損壞。

為了保持蓄電池的品質(zhì)，需要定期為蓄電池充電。蓄電池與車載網(wǎng)絡(luò)連接時，每隔6周為蓄電池充電1次；蓄電池與車載網(wǎng)絡(luò)斷開時，每隔12周為蓄電池充電1次。

如休眠電流過大，在蓄電池充電前，應(yīng)首先查詢ECU內(nèi)的故障代碼存儲器記錄，以便找到當(dāng)前用電器。

3）智能型蓄電池傳感器注意事項(xiàng)

智能型蓄電池傳感器使用分流式和兩端的彈簧元件對電流進(jìn)行測量 （簡稱鷗翼式），因此，智能型蓄電池傳感器對機(jī)械負(fù)荷極為敏感，絕對不要往其上面放置重物。當(dāng)智能型蓄電池傳感器損壞時，會在發(fā)動機(jī)ECU中存儲故障代碼，發(fā)動機(jī)ECU采用替代值并進(jìn)入智能型蓄電池傳感器緊急運(yùn)行狀態(tài)。智能型蓄電池傳感器處于緊急運(yùn)行狀態(tài)時，發(fā)動機(jī)怠速轉(zhuǎn)速會提高，以確保蓄電池充電。當(dāng)智能型蓄電池傳感器對搭鐵短路時，車輛將不會被喚醒。如果智能型蓄電池傳感器出現(xiàn)對正極短路，車輛將不能進(jìn)入休眠模式。發(fā)動機(jī)ECU和智能型蓄電池傳感器軟件必須相互配套，如有必要，在更新軟件時必須更換智能型蓄電池傳感器。

4）自行加裝設(shè)備注意事項(xiàng)

自行在寶馬汽車上加裝其他設(shè)備時，可能導(dǎo)致休眠電流過大，發(fā)動機(jī)ECU會發(fā)出故障碼。建議不要自行在寶馬汽車上安裝其他設(shè)備，維修一定要到寶馬專業(yè)維修點(diǎn)。

6 智能蓄電池在寶馬車上的運(yùn)用情況

1）1999年以后出廠的寶馬E52～E87車輛均配置安全蓄電池接線柱。

2）2003年開始出廠的寶馬E60～E64以及2004年E87 APM配置蓄電池智能傳感器。

3）2004年出廠的寶馬E65和E87配置右側(cè)傳感器和左側(cè)傳感器，具有蓄電池導(dǎo)線監(jiān)控功能。

4）2004年出廠的寶馬E65沒有配置蓄電池智能傳感器，但是E65有蓄電池智能傳感器的基本功能，其蓄電池智能傳感器的功能集成在電源模塊里面。

［1］寶馬培訓(xùn)資料［Z］.

［2］寶馬售后維修手冊［Z］.