发布于 04-18 16:50:39
奥迪车主要有2种电源管理系统：一种由能量管理控制单元（J644，图3-38）管理车载电源（图3-39）；另一种由网关（J533）和蓄电池监控装置控制单元（J367）共同管理车载电源。
图3-38 能量管理控制单元安装位置
图3-39 能量管理控制单元电路
（1）蓄电池监控装置控制单元工作原理
蓄电池监控装置控制单元（J367）也称为蓄电池传感器，安装在蓄电池负极上（图3-40），用于识别蓄电池状态，测量的参数主要有蓄电池电流（充电和放电电流）、蓄电池电压和蓄电池温度。
图3-40 蓄电池监控装置控制单元的安装位置
如图3-41所示，J367将识别的蓄电池状态信息通过LIN线传递给网关（J533），由J533对蓄电池进行诊断，并管理发动机停转后用电设备的使用，以及在发动机运行中调节发电机充电电压和用电设备的负荷状态。
图3-41 蓄电池监控装置控制单元电路
如图3-42所示，J367的核心部分是一个CPU（中央处理器），该处理器用于测量蓄电池的电流、电压和温度，以及与J533通信。
图3-42 蓄电池监控装置控制单元内部电路
蓄电池电流在蓄电池负极处进行测量。流入蓄电池负极的总电流流经J367中的1个分流电阻，作用在分流电阻上的电压与电流成正比，CPU可以测量电压降，进而计算回流到蓄电池中的电流。该分流电阻（mΩ级）必须非常小，以保证功率损耗及所产生的热量尽可能小。
J367中有1个温度传感器，由于J367直接固定在蓄电池负极上，因此可将J367中的温度传感器测得的温度经过处理后估算出蓄电池温度。CPU直接将电压测量装置连接在蓄电池正极上测量蓄电池电压。
（2）故障案例
当J367及其线路发生故障时，J533将不能准确判断蓄电池状态，会出现蓄电池报警灯点亮、相关电气设备无法正常工作等故障现象。
案例1 奥迪A4L车自动空调系统制冷约30min后不再制冷
①故障现象 一辆奥迪A4L车（搭载CDZA发动机），自动空调系统制冷约30min后就不再制冷了。
②故障诊断 用VAS5052检测，得到了电流负载过大、自动空调系统受限、能量管理启用及发电机无信号等故障信息；故障引导提示蓄电池电流为-400A；进入19—数据总线诊断接口（网关），读取J367测得的蓄电池电流，确实为-400A，由此推断J367传递给J533的蓄电池电流信号失准（放电电流过大），导致J533对自动空调系统进行能量管理，使自动空调不能长时间工作。检查J367外围线路（电源线、搭铁线及LIN线），未见异常，怀疑J367损坏。
③故障排除 更换J367后试车，自动空调制冷功能恢复正常，故障排除。
案例2 奥迪Q7车鼓风机工作不良
①故障现象 一辆奥迪Q7车（搭载BHK发动机），鼓风机工作不良。
②故障诊断 启动发动机，鼓风机运转约10min后，鼓风机最大转速被限制在8级，再等几分钟后鼓风机最大转速被限制在6级，约1h后鼓风机停止运转。用故障检测仪检测，由故障代码得知，车辆电气系统处于紧急状态导致鼓风机转速下降；进入19—数据总线诊断接口（网关），查看第21组数据，发现发动机怠速转速提高等级总显示为2级；查看第19组数据，发现蓄电池电量状态为10％。由此推断蓄电池电量不足，能量管理系统提高发动机怠速转速，增加充电量。进一步检查，发现蓄电池并不亏电，怀疑J367损坏。
③故障排除 更换J367后试车，鼓风机运转恢复正常，故障排除。
奥迪车的蓄电池监控装置控制单元（J367）也称为蓄电池传感器，安装在蓄电池负极上，用于识别蓄电池状态，主要用来测量蓄电池电流（充电和放电电流）、蓄电池电压和蓄电池温度。
（1）智能型蓄电池传感器（IBS）的功能
智能型蓄电池传感器（IBS）是宝马新5系智能供电系统的重要组成元件之一，自身带有微型控制器（μC），μC中的软件控制该功能过程以及与上级控制单元之间的通信联络。与数字式发动机电子伺控系统DME的联系通过BSD（串行数据线）完成。在车辆行驶过程中，DME从IBS获取数据。IBS的功能原理如图3-43所示，IBS具有下列功能：持续测量车辆每种行驶状态下蓄电池的电流、电压和温度；计算蓄电池指示参数作为判定蓄电池充电状态（SoC，State of Charge）和健康状态（SoH，State of Health）的基础；平衡蓄电池充电/放电电流；SoC处于临界状态时，作为相应措施监测SoC并使车辆处于工作状态；计算启动电流特性曲线用于确定蓄电池SoH；车辆休眠电流监控；向上级控制单元传输数据；故障自诊断；全自动更新规则系统和自诊断参数；睡眠模式下自醒功能。
图3-43 IBS工作原理
1—蓄电池正极；2—蓄电池负极；3—蓄电池电压测量；4—蓄电池温度测量；5—电流测量（分流器上的电压降）；6—IBS中的微型控制器；7—串行数据接口；8—数字式发动机电子伺控系统DME
（2）结构组成
IBS直接安装在蓄电池的负极上，主要由机械、硬件和软件3部分功能元件组成，其元件分解如图3-44所示。IBS的机械部分是由蓄电池负极接线柱及接地线组成，其主要功能是：车身与蓄电池负极的连接；电流测量传感器元件的定位件；硬件的定位件；确保硬件温度传感器和蓄电池负极之间充足的热敏接触；保护敏感电子元件；蓄电池接线柱作为IBS接地端。
图3-44 智能蓄电池传感器（IBS）
1—蓄电池接线柱；2—分流器；3—间隔垫圈；4—螺栓；5—蓄电池负极接地（搭铁）线
（3）IBS电子分析装置控制过程
①获取测量数据 IBS电子分析装置持续获取测量数据（图3-45），并利用这些数据来计算电压、电流、温度等蓄电池指示参数。IBS通过BSD将这些蓄电池指示参数的数据传递到DME。为了计算蓄电池指示参数，还要同时对蓄电池的SoC进行测量计算。从发动机“关闭”到DME继电器断开这段时间内，IBS会从DME获得有关蓄电池SoC的信息。DME继电器断开后，IBS会继续观察蓄电池的SoC。
图3-45 电子分析装置控制原理图
②通过IBS保持充电状态平衡 当车辆处于休眠状态时，IBS始终保持着蓄电池充电状态的平衡。每2h就会在IBS中存储当前的SoC。在存储器中专门保留了3个位置，在位置1进行首次记录，位置2和位置3每4h会被更新1次。从总线端K1.15“接通”起，DME就不断更新IBS中的蓄电池指示参数的数值。
③休眠电流测量 当车辆处于休眠状态时，IBS不断获取与蓄电池指示参数有关的数值。IBS程序设定为每40s测量1次休眠电流，通过每一次的重新测量来更新测量数值。IBS测量时间约为50ms，测量值会记录在IBS中的休眠电流频率图中。每次重新启动车辆时，DME会读取该频率图。如果休眠电流错误，在DME中会存储相关的故障代码。
④总线端K1.15唤醒 DME进入休眠模式之前，它会告知IBS目前可用的蓄电池SoC。如果提供的SoC已经耗尽，IBS会发出唤醒信号，DME向IBS查询当前的蓄电池SoC，如果IBS通知DME蓄电池SoC处于临界状态，然后DME会要求停车并关闭用电器，此时，DME不再允许IBS唤醒车辆，车辆接下来重新进入休眠状态。只有车辆处于休眠状态时，唤醒功能才适用。
（4）IBS的维护
IBS对机械负荷极为敏感，因此绝对不要往IBS上面放置重物。蓄电池搭铁线也用于IBS的散热，其截面如图3-46所示。当IBS损坏时，会在DME中存储故障代码，DME采用替代值并进入IBS紧急运行状态。IBS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IBS对地短路时，车辆将不会被唤醒。如果IBS出现对正极短路，车辆将不能进入休眠模式。DME和IBS软件必须相互配套，如有必要，在更新软件时必须更换IBS。
图3-46 蓄电池导线截面
智能型蓄电池传感器（IBS）具有强大的功能，在使用中更要注意其正确的使用和维护方法，否则会造成损坏。
在传统的内燃机车辆供电系统中，长期存在着以下的问题。
①缺乏对蓄电池电荷状态（State of Charge，SoC）的监控功能。整车电源系统对蓄电池充电侧和放电侧无法进行实时控制，导致电能量产生与电负荷消耗不平衡，造成了蓄电池电量不足或者过充电。
②缺乏对重要电负载的保护。对不同的电气系统来说，没有优先级区分，即便是重要负载在低电量时也会被关闭。
③燃油经济性差。发电机与发动机同步运转，其输出电压为常值，即便发动机运行在低效率区，发电机也照常发电，致使燃油经济性变差。
近几年来，新型车辆将蓄电池充电控制融入到车载电气能量管理系统中，发动机ECU根据蓄电池的传感器检测蓄电池的电压、电流和温度信号，计算出蓄电池SoC值，通过LIN总线控制IC调节器的目标电压，维持电负载供电和蓄电池充电的稳定功能。蓄电池充电控制系统电路如图3-47所示。
图3-47 蓄电池充电控制系统电路图
当蓄电池放电低于SoC阈值时，发动机ECU会控制IC调节器调整目标电压，提高发电机输出电压，加快蓄电池充电至规定的SoC值。另外，发动机ECU可以根据车辆行驶中发动机的负载设定IC调节器的目标电压范围。这也意味着，蓄电池SoC处在正常范围时，充电电压可以以提高车辆的燃油经济性为目的而不断动态调节。在加速过程中，降低充电电压，使发电机消耗的扭矩减小，让更多的发动机输出功率传递给驱动轮，保证车辆的加速性。在车辆减速过程当中，提高发电机的输出电压，使发电机消耗发动机扭矩，实现制动能量回收，提高燃油经济性。发动机ECU动态调节发电机充电电压如图3-48所示。
图3-48 发动机ECU动态调节发电机充电电压
传统的车辆供电系统中存在的缺乏对蓄电池电荷状态的监控功能、缺乏对重要电负载的保护以及燃油经济性差等在新型车辆的车载能量管理系统中已经得到克服。
蓄电池传感器由霍尔式电流传感器和负热敏电阻蓄电池温度传感器组成，安装在蓄电池负极端子附近的电缆上，如图3-49所示。
图3-49 蓄电池传感器安装位置
霍尔式电流传感器的工作原理是：当蓄电池充放电电流通过负极电缆时，在电缆的周围产生磁场，磁场的强弱与电缆上流过的电流成正比。由软磁材料制成的聚磁环将被测电流产生的磁场集中到霍尔元件上以提高测量灵敏度。根据霍尔效应原理，通过测量传感器上的霍尔电压，就可以获得被测的蓄电池充放电电流（如图3-50所示），用于发动机ECU计算蓄电池的SoC值，控制发电机输出的目标电压。
图3-50 霍尔式蓄电池电流传感器工作原理图
同时，发动机ECU根据负热敏电阻蓄电池温度传感器检测到的蓄电池温度，可以及时调节蓄电池的充电电流，防止蓄电池过充电而提前老化。蓄电池温度与检测电阻值如图3-51所示。
图3-51 蓄电池温度与检测电阻值
霍尔式蓄电池电流传感器利用霍尔效应原理，将蓄电池电流信号转变成霍尔效应电压信号的大小反映出来。
