第二節(jié) 蓄電池監(jiān)控裝置的認(rèn)識和檢測

一、奧迪車型蓄電池監(jiān)控裝置控制單元故障檢測診斷

奧迪車型有兩種電源管理系統(tǒng)：一種由能量管理控制單元（J644）管理車載電源，如圖2-13、圖2-14所示；另一種由網(wǎng)關(guān)（J533）和蓄電池監(jiān)控裝置控制單元（J367）共同管理車載電源。以下重點(diǎn)介紹后者。

1．蓄電池監(jiān)控裝置控制單元工作原理

蓄電池監(jiān)控裝置控制單元（J367）也稱為蓄電池傳感器，安裝在蓄電池負(fù)極上（圖2-15），用于識別蓄電池狀態(tài)，測量的參數(shù)主要有蓄電池電流（充電和放電電流）、蓄電池電壓和蓄電池溫度。

如圖2-16所示，J367將識別的蓄電池狀態(tài)信息通過LIN線傳遞給網(wǎng)關(guān)（J533），由J533對蓄電池進(jìn)行診斷，并管理發(fā)動機(jī)停轉(zhuǎn)后用電設(shè)備的使用，以及在發(fā)動機(jī)運(yùn)行中調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)充電電壓和用電設(shè)備的負(fù)荷狀態(tài)。

如圖2-17所示，J367的核心部分是一個中央處理器（CPU），該處理器用于測量蓄電池的電流、電壓和溫度，以及與J533通信。

在蓄電池負(fù)極處進(jìn)行蓄電池電流的測量。流入蓄電池負(fù)極的總電流流經(jīng)J367中的1個分流電阻，作用在分流電阻上的電壓與電流成正比，CPU可以測量電壓降，進(jìn)而計(jì)算回流到蓄電池中的電流。該分流電阻（毫歐級）必須非常小，以保證功率損耗及所產(chǎn)生的熱量盡可能小。

J367中有1個溫度傳感器，因?yàn)镴367直接固定在蓄電池負(fù)極上，所以可將J367中的溫度傳感器測得的溫度經(jīng)過處理后估算出蓄電池溫度。CPU通過連接在蓄電池正極上的電壓測量裝置測量蓄電池電壓。

2．故障分析

當(dāng)J367及其線路發(fā)生故障時，J533將不能準(zhǔn)確判斷蓄電池狀態(tài)，會出現(xiàn)蓄電池警告燈點(diǎn)亮、相關(guān)電器設(shè)備無法正常工作等故障現(xiàn)象。以下是相關(guān)案例。

案例1 奧迪A4L自動空調(diào)系統(tǒng)制冷約30min后不再制冷

故障現(xiàn)象 一輛奧迪A4L轎車，搭載CDZA發(fā)動機(jī)，自動空調(diào)系統(tǒng)制冷約30min后就不再制冷了。

故障診斷 用VAS5052檢測，得到了電流負(fù)載過大、自動空調(diào)系統(tǒng)受限、能量管理啟用及發(fā)電機(jī)無信號等故障信息；故障引導(dǎo)提示蓄電池電流為-400A；進(jìn)入19—數(shù)據(jù)總線診斷接口（網(wǎng)關(guān)），讀取J367測得的蓄電池電流，確實(shí)為-400A，由此推斷J367傳遞給J533的蓄電池電流信號失準(zhǔn)（放電電流過大），導(dǎo)致J533對自動空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行能量管理，使自動空調(diào)不能長時間工作。檢查J367外圍線路（電源線、搭鐵線及LIN線），未見異常，懷疑J367損壞。

故障排除 更換J367后試車，自動空調(diào)制冷功能恢復(fù)正常，故障排除。

案例2 奧迪Q7鼓風(fēng)機(jī)工作不良

故障現(xiàn)象 一輛奧迪Q7車型（搭載BHK發(fā)動機(jī)），鼓風(fēng)機(jī)工作不良。

故障診斷 起動發(fā)動機(jī)，鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)約10min后，鼓風(fēng)機(jī)最大轉(zhuǎn)速被限制在8級，再等幾分鐘后鼓風(fēng)機(jī)最大轉(zhuǎn)速被限制在6級，約1h后鼓風(fēng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。用故障診斷儀檢測，由故障碼得知，車輛電氣系統(tǒng)處于緊急狀態(tài)導(dǎo)致鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降；進(jìn)入19—數(shù)據(jù)總線診斷接口（網(wǎng)關(guān)），查看第21組數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)發(fā)動機(jī)怠速轉(zhuǎn)速提高等級總顯示為2級；查看第19組數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)蓄電池電量狀態(tài)為10%。由此推斷蓄電池電量不足，能量管理系統(tǒng)提高發(fā)動機(jī)怠速轉(zhuǎn)速，增加充電量。進(jìn)一步檢查，發(fā)現(xiàn)蓄電池并不虧電，懷疑J367損壞。

故障排除 更換J367后試車，鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)恢復(fù)正常，故障排除。

二、正確認(rèn)識蓄電池電流傳感器

1．智能型蓄電池傳感器（IBS）的功能

智能型蓄電池傳感器（IBS）是寶馬5系轎車配備的智能供電系統(tǒng)的重要組成元件之一，自身帶有微型控制器（μC），μC中的軟件控制該功能的工作過程以及與上級控制單元之間的通信聯(lián)絡(luò)。它與數(shù)字式發(fā)動機(jī)電子伺控系統(tǒng)（DME）的聯(lián)系通過串行數(shù)據(jù)線（BSD）完成。在車輛行駛過程中，DME從IBS獲取數(shù)據(jù)。IBS的功能原理如圖2-18所示。IBS具有以下功能：持續(xù)測量車輛每種行駛狀態(tài)下蓄電池的電流、電壓和溫度；計(jì)算蓄電池指示參數(shù)，作為判定蓄電池充電狀態(tài)（State of Charge，SOC）和健康狀態(tài)（State of Health，SOH）的基礎(chǔ)；平衡蓄電池充電/放電電流；SOC處于臨界狀態(tài)時，作為相應(yīng)措施監(jiān)測SOC并使車輛處于工作狀態(tài)；計(jì)算起動電流特性曲線，用于確定蓄電池SOH；車輛休眠電流監(jiān)控；向上級控制單元傳輸數(shù)據(jù)；故障自診斷；全自動更新規(guī)則系統(tǒng)和自診斷參數(shù)；睡眠模式下自醒功能。

2．結(jié)構(gòu)組成

IBS直接安裝在蓄電池的負(fù)極上，主要由機(jī)械、硬件和軟件三部分功能元件組成，其元件分解圖如圖2-19所示。IBS的機(jī)械部分由蓄電池負(fù)極接線柱及接地線組成，其主要功能包括：車身與蓄電池負(fù)極的連接；作為電流測量傳感器元件的定位件、硬件的定位件；確保硬件溫度傳感器和蓄電池負(fù)極之間充足的熱敏接觸；保護(hù)敏感電子元件；蓄電池接線柱作為IBS接地端。

3．IBS電子分析裝置控制過程

（1）獲取測量數(shù)據(jù)

IBS電子分析裝置持續(xù)獲取測量數(shù)據(jù)（圖2-20），并利用這些數(shù)據(jù)來計(jì)算電壓、電流、溫度等蓄電池指示參數(shù)。IBS通過BSD將這些蓄電池指示參數(shù)的數(shù)據(jù)傳遞到DME。為了計(jì)算蓄電池指示參數(shù)，還要同時對蓄電池的SOC進(jìn)行測量計(jì)算。從發(fā)動機(jī)“關(guān)閉”到DME繼電器斷開這段時間內(nèi)，IBS會從DME獲得有關(guān)蓄電池SOC的信息。DME繼電器斷開后，IBS會繼續(xù)觀察蓄電池的SOC。

（2）通過IBS保持充電狀態(tài)平衡

當(dāng)車輛處于休眠狀態(tài)時，IBS始終保持著蓄電池充電狀態(tài)的平衡。每2h就會在IBS中存儲當(dāng)前的SOC。在存儲器中專門保留了3個位置，在位置1進(jìn)行首次記錄，位置2和位置3每4h會被更新1次。從總線端K1.15“接通”起，DME就不斷更新IBS中的蓄電池指示參數(shù)的數(shù)值。

（3）休眠電流測量

當(dāng)車輛處于休眠狀態(tài)時，IBS不斷獲取與蓄電池指示參數(shù)有關(guān)的數(shù)值。IBS程序設(shè)定為每40s測量1次休眠電流，通過每一次的重新測量來更新測量數(shù)值。IBS測量時間約為50ms，測量值會記錄在IBS的休眠電流頻率圖中。每次重新起動車輛時，DME會讀取該頻率圖。如果休眠電流錯誤，在DME中會存儲相關(guān)的故障碼。

（4）總線端K1.15喚醒

DME進(jìn)入休眠模式之前，它會告知IBS目前可用的蓄電池SOC。如果提供的SOC已經(jīng)耗盡，IBS會發(fā)出喚醒信號，DME向IBS查詢當(dāng)前的蓄電池SOC，如果IBS通知DME蓄電池SOC處于臨界狀態(tài)，然后DME會要求停車并關(guān)閉用電器，此時，DME不再允許IBS喚醒車輛，車輛接下來重新進(jìn)入休眠狀態(tài)。只有車輛處于休眠狀態(tài)時，喚醒功能才適用。

4．IBS的維護(hù)

IBS對機(jī)械負(fù)荷極為敏感，因此絕對不要往IBS上面放置重物。蓄電池搭鐵線也用于IBS的散熱，其截面如圖2-21所示。當(dāng)IBS損壞時，會在DME中存儲故障碼，DME采用替代值并進(jìn)入IBS緊急運(yùn)行狀態(tài)。IBS處于緊急運(yùn)行狀態(tài)時發(fā)動機(jī)怠速會提高，以確保蓄電池充電。當(dāng)IBS對地短路時，車輛將不會被喚醒。如果IBS出現(xiàn)對正極短路，車輛將不能進(jìn)入休眠模式。DME和IBS軟件必須相互配套，如有必要，在更新軟件時必須更換IBS。

三、蓄電池充電控制策略變化特點(diǎn)

在傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)車輛供電系統(tǒng)中，長期存在著以下問題：

1）缺乏對蓄電池電荷狀態(tài)（State of Charge，SOC）的監(jiān)控功能。整車電源系統(tǒng)對蓄電池充電側(cè)和放電側(cè)無法進(jìn)行實(shí)時控制，導(dǎo)致電能量產(chǎn)生與電負(fù)荷消耗不平衡，造成了蓄電池電量不足或者過充電。

2）缺乏對重要電負(fù)載的保護(hù)。對不同的電氣系統(tǒng)來說，沒有優(yōu)先級區(qū)分，即便是重要負(fù)載在低電量時也會被關(guān)閉。

3）燃油經(jīng)濟(jì)性差。發(fā)電機(jī)與發(fā)動機(jī)同步運(yùn)轉(zhuǎn)，其輸出電壓為常值，即便發(fā)動機(jī)運(yùn)行在低效率區(qū)，發(fā)電機(jī)也照常發(fā)電，致使燃油經(jīng)濟(jì)性變差。

近幾年來，新型車輛將蓄電池充電控制融入到了車載電氣能量管理系統(tǒng)中，發(fā)動機(jī)ECU根據(jù)蓄電池的傳感器檢測蓄電池的電壓、電流和溫度信號，計(jì)算出蓄電池SOC值，通過LIN總線控制IC調(diào)節(jié)器的目標(biāo)電壓，維持電負(fù)載供電和蓄電池充電的穩(wěn)定功能。蓄電池充電控制系統(tǒng)電路圖如圖2-22所示。

當(dāng)蓄電池放電低于SOC閾值時，發(fā)動機(jī)ECU會控制IC調(diào)節(jié)器調(diào)整目標(biāo)電壓，提高發(fā)電機(jī)輸出電壓，加快蓄電池充電至規(guī)定的SOC值。另外，發(fā)動機(jī)ECU可以根據(jù)車輛行駛中發(fā)動機(jī)的負(fù)載設(shè)定IC調(diào)節(jié)器的目標(biāo)電壓范圍。這也意味著，蓄電池SOC處在正常范圍時，充電電壓可以以提高車輛的燃油經(jīng)濟(jì)性為目的而不斷動態(tài)調(diào)節(jié)。在加速過程中，降低充電電壓，使發(fā)電機(jī)消耗的功率減小，讓更多的發(fā)動機(jī)輸出功率傳遞給驅(qū)動輪，保證車輛的加速性。在車輛減速過程中，提高發(fā)電機(jī)的輸出電壓，使發(fā)電機(jī)消耗發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)制動能量回收，提高燃油經(jīng)濟(jì)性。發(fā)動機(jī)ECU動態(tài)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)充電電壓如圖2-23所示。

四、蓄電池傳感器的作用

蓄電池傳感器由霍爾式電流傳感器和負(fù)熱敏電阻蓄電池溫度傳感器組成，安裝在蓄電池負(fù)極端子附近的電纜上，如圖2-24所示。

霍爾式電流傳感器的工作原理是，當(dāng)蓄電池充放電電流通過負(fù)極電纜時，在電纜的周圍產(chǎn)生磁場，磁場的強(qiáng)弱與電纜上流過的電流成正比。由軟磁材料制成的聚磁環(huán)將被測電流產(chǎn)生的磁場集中到霍爾元件上以提高測量靈敏度。根據(jù)霍爾效應(yīng)原理，通過測量傳感器上的霍爾電壓，就可以獲得被測的蓄電池充放電電流（圖2-25），用于發(fā)動機(jī)ECU計(jì)算蓄電池的SOC值，控制發(fā)電機(jī)輸出的目標(biāo)電壓。

同時，發(fā)動機(jī)ECU根據(jù)負(fù)熱敏電阻蓄電池溫度傳感器檢測到的蓄電池溫度，可以及時調(diào)節(jié)蓄電池的充電電流，防止蓄電池過充電而提前老化。蓄電池溫度與檢測電阻值的關(guān)系如圖2-26所示。

五、汽車漏電的檢測方法

在汽車維修中，漏電問題較為普遍，汽車漏電會造成車輛無法起動，長期漏電還會導(dǎo)致蓄電池過度放電而損壞。在汽車維修實(shí)踐中，常見的漏電情況包括由車輛自身質(zhì)量問題所致，尤其是當(dāng)前汽車使用了大量的控制器，控制器漏電的可能性較大；也有部分是由加裝導(dǎo)致，隨著加裝日益流行，不規(guī)范的加裝方式經(jīng)常導(dǎo)致漏電現(xiàn)象的發(fā)生。若檢測蓄電池自身無問題、發(fā)電機(jī)在正常充電的情況下，依舊經(jīng)常出現(xiàn)缺電無法起動的現(xiàn)象，則需要檢測車輛是否漏電。

1．檢測車輛是否漏電

檢測車輛是否漏電，推薦使用量程范圍為1mA～100A的高精度鉗式電流表（圖2-27）及VAS5051B，將鉗式電流表校準(zhǔn)歸零后夾持于蓄電池負(fù)極線上，即可測出電流總量。鉗式電流表相當(dāng)于一個電流互感器，當(dāng)鉗住的電線中有電流通過時，會在鉗式電流表的鐵心中產(chǎn)生磁通，鉗式電流表次級線圈中感應(yīng)出電流，可換算出電線中的電流值。因?yàn)樾铍姵卣龢O處有多條分支線接入，負(fù)極線通常只有一條分支線，所以蓄電池負(fù)極線是最佳選擇。

此外，也可使用普通萬用表的電流檔，將萬用表線串接于負(fù)極線與蓄電池之間進(jìn)行測量，但該方法需要拆開負(fù)極線，且萬用表線與負(fù)極線之間通常沒有便捷的插口，不便于表筆快速連接，容易導(dǎo)致由接觸不良引起的測量誤差。

若車輛進(jìn)入休眠狀態(tài)后其靜態(tài)電流大于50mA，往往意味著存在漏電現(xiàn)象。根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，正常狀態(tài)下鎖閉車輛后約30min，車輛會完全進(jìn)入休眠狀態(tài)，所有的總線系統(tǒng)均處于休眠狀態(tài)，耗電量極低，靜態(tài)電流通常在30mA以下。正常狀態(tài)下存在30mA電流消耗是為了維持車輛一些部件的用電所需，如電子時鐘運(yùn)轉(zhuǎn)、娛樂系統(tǒng)個性化設(shè)置、空調(diào)個性化設(shè)置及鎖車后防盜監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行，這些是車輛鎖閉后的正常電能消耗。

當(dāng)某個控制器因自身問題（如內(nèi)部短路等）喚醒其所在的總線系統(tǒng)，導(dǎo)致整個總線系統(tǒng)處于激活狀態(tài)，此時測量靜態(tài)電流往往高達(dá)1A甚至更高。這時可從一些內(nèi)部指示燈看到提示，如應(yīng)急開關(guān)按鈕有背光顯示，或電子駐車制動開關(guān)指示燈點(diǎn)亮。若高耗電量的問題一直存在，則蓄電池會持續(xù)放電，嚴(yán)重者車輛停放一夜便無法起動。

2．排除加裝漏電

一些電子產(chǎn)品加裝質(zhì)量良莠不齊，其產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)與正規(guī)廠商相比存在一定的差距，且不是基于整車而開發(fā)，導(dǎo)致其兼容性差，因此電子產(chǎn)品自身出問題漏電的可能性較大。同時，加裝電子產(chǎn)品受安裝人員技術(shù)水平所限，可能存在著施工不規(guī)范的現(xiàn)象，例如該接開關(guān)電源線卻誤接常火線，會導(dǎo)致電子產(chǎn)品在鎖車后一直工作而漏電。在維修實(shí)例中，常有部分新車由加裝問題導(dǎo)致的漏電現(xiàn)象發(fā)生，有些問題會對蓄電池造成不可逆的損壞。當(dāng)檢測一旦確定有漏電現(xiàn)象，應(yīng)首先將加裝件電源線拆除，有可能拆除了加裝件漏電現(xiàn)象就消失了。若漏電現(xiàn)象仍存在，則需進(jìn)一步檢測原車部件。

3．檢測原車部件是否漏電

檢測車輛自身部件是否漏電，一般存在以下可能性：

1）控制器處于激活工作狀態(tài)，存在漏電現(xiàn)象。一般情況下每個控制器都存在一個對應(yīng)的熔絲，斷開控制器電源或插頭后若漏電現(xiàn)象消失則可快速判斷故障。常規(guī)做法是在車輛處于休眠狀態(tài)下，用鉗式電流表監(jiān)控測量蓄電池負(fù)極流過的總電流，之后逐一拔掉控制器熔絲并實(shí)時觀察電流變化情況。當(dāng)拔掉某個熔絲后靜態(tài)電流恢復(fù)正常，則該熔絲對應(yīng)的控制器存在故障的可能性最大。也可通過拔掉整個控制器插頭的方法進(jìn)行檢測。

2）部分常火線線路存在破損，也會造成漏電現(xiàn)象。若所有控制器拔掉均沒有發(fā)現(xiàn)漏電點(diǎn)，則某條線路上存在漏電的可能性較大。如室內(nèi)燈線路通常較為隱蔽，線路范圍廣，檢測具體的漏電點(diǎn)難度較大。作者本人曾經(jīng)處理過一起漏電故障，拔掉所有的熔絲、控制器、執(zhí)行元件后，漏電仍存在。初步判斷是線束中某個點(diǎn)存在短路現(xiàn)象，但線束總成長、分支多，究竟是線束中哪一段哪一點(diǎn)漏電，就無從下手了。經(jīng)過思索，認(rèn)為既然鉗式電流表可以探測線束中的電流，那么順著線束向下端走，哪里有電流就是哪條分支線漏電了。之后用鉗式電流表從線束的開始端進(jìn)行測量，接下來在其分支處測量，有電流的分支就找到了，再從該分支上尋找下一個分支點(diǎn)，很快鎖定了漏電點(diǎn)。這就體現(xiàn)了鉗式電流表檢測漏電處的優(yōu)勢，不用破壞線路，只需順藤摸瓜就可快速準(zhǔn)確地找到線路中的漏電點(diǎn)。

線束漏電測量示意圖如圖2-28如示，當(dāng)線束分支中存在漏電時，整個線束中僅有此處有漏電電流通過，故A點(diǎn)電流值幾乎等于B點(diǎn)電流值，而其他分支上無電流通過。

3）在實(shí)際維修人員作中，持續(xù)的漏電點(diǎn)好測，陣發(fā)性漏電著實(shí)令人頭疼。經(jīng)常有這種情況發(fā)生：蓄電池是新?lián)Q的，發(fā)電機(jī)工作正常，但車輛因缺電無法起動，短時間進(jìn)行漏電檢測并未發(fā)現(xiàn)異常。這種情況下則需考慮陣發(fā)性漏電的可能性，一些控制器、線路在特定的情況下會發(fā)生漏電現(xiàn)象，如制動燈莫明其妙點(diǎn)亮，DVD顯示屏點(diǎn)亮，此類現(xiàn)象持續(xù)一段時間后會自行消失。作者本人曾經(jīng)處理過一例陣發(fā)性漏電，車輛連續(xù)停放兩三天后無法起動，到維修站檢測沒有發(fā)現(xiàn)漏電，懷疑是陣發(fā)性漏電。于是用VAS5051B進(jìn)行24小時監(jiān)控，該儀器具有自動記錄最大、最小電流的功能，會自動記錄最大值。通過連續(xù)不斷地監(jiān)測，如圖2-29所示，該儀器記錄到一個大電流值，證實(shí)了陣發(fā)性漏電的存在，最后發(fā)現(xiàn)是顯示器在一些時候自行亮起而引起的漏電。