第二节
蓄电池监控装置的认识和检测

一、奥迪车型蓄电池监控装置控制单元故障检测诊断

奥迪车型有两种电源管理系统：一种由能量管理控制单元（J644）管理车载电源，如图2-13、图2-14所示；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。以下重点介绍后者。

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2-15），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。

如图2-16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。

如图2-17所示，J367的核心部分是一个中央处理器（CPU），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。

在蓄电池负极处进行蓄电池电流的测量。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（毫欧级）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，因为J367直接固定在蓄电池负极上，所以可将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通过连接在蓄电池正极上的电压测量装置测量蓄电池电压。

2．故障分析

当J367及其线路发生故障时，J533将不能准确判断蓄电池状态，会出现蓄电池警告灯点亮、相关电器设备无法正常工作等故障现象。以下是相关案例。

案例1 奥迪A4L自动空调系统制冷约30min后不再制冷

故障现象 一辆奥迪A4L轿车，搭载CDZA发动机，自动空调系统制冷约30min后就不再制冷了。

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。

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鼓风机工作不良

故障现象 一辆奥迪Q7车型（搭载BHK发动机），鼓风机工作不良。

故障诊断 起动发动机，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。用故障诊断仪检测，由故障码得知，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。

故障排除 更换J367后试车，鼓风机运转恢复正常，故障排除。

二、正确认识蓄电池电流传感器

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5系轿车配备的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的工作过程以及与上级控制单元之间的通信联络。它与数字式发动机电子伺控系统（DME）的联系通过串行数据线（BSD）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2-18所示。IBS具有以下功能：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（State of Charge，SOC）和健康状态（State of Health，SOH）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；计算起动电流特性曲线，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。

2．结构组成

IBS直接安装在蓄电池的负极上，主要由机械、硬件和软件三部分功能元件组成，其元件分解图如图2-19所示。IBS的机械部分由蓄电池负极接线柱及接地线组成，其主要功能包括：车身与蓄电池负极的连接；作为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。

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2-20），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。

（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的休眠电流频率图中。每次重新起动车辆时，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2-21所示。当IBS损坏时，会在DME中存储故障码，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。

三、蓄电池充电控制策略变化特点

在传统的内燃机车辆供电系统中，长期存在着以下问题：

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了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图如图2-22所示。

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，使发电机消耗的功率减小，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。在车辆减速过程中，提高发电机的输出电压，使发电机消耗发动机转矩，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2-23所示。

四、蓄电池传感器的作用

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2-24所示。

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（图2-25），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。

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的关系如图2-26所示。

五、汽车漏电的检测方法

在汽车维修中，漏电问题较为普遍，汽车漏电会造成车辆无法起动，长期漏电还会导致蓄电池过度放电而损坏。在汽车维修实践中，常见的漏电情况包括由车辆自身质量问题所致，尤其是当前汽车使用了大量的控制器，控制器漏电的可能性较大；也有部分是由加装导致，随着加装日益流行，不规范的加装方式经常导致漏电现象的发生。若检测蓄电池自身无问题、发电机在正常充电的情况下，依旧经常出现缺电无法起动的现象，则需要检测车辆是否漏电。

1．检测车辆是否漏电

检测车辆是否漏电，推荐使用量程范围为1mA～100A的高精度钳式电流表（图2-27）及VAS5051B，将钳式电流表校准归零后夹持于蓄电池负极线上，即可测出电流总量。钳式电流表相当于一个电流互感器，当钳住的电线中有电流通过时，会在钳式电流表的铁心中产生磁通，钳式电流表次级线圈中感应出电流，可换算出电线中的电流值。因为蓄电池正极处有多条分支线接入，负极线通常只有一条分支线，所以蓄电池负极线是最佳选择。

此外，也可使用普通万用表的电流档，将万用表线串接于负极线与蓄电池之间进行测量，但该方法需要拆开负极线，且万用表线与负极线之间通常没有便捷的插口，不便于表笔快速连接，容易导致由接触不良引起的测量误差。

若车辆进入休眠状态后其静态电流大于50mA，往往意味着存在漏电现象。根据实际经验，正常状态下锁闭车辆后约30min，车辆会完全进入休眠状态，所有的总线系统均处于休眠状态，耗电量极低，静态电流通常在30mA以下。正常状态下存在30mA电流消耗是为了维持车辆一些部件的用电所需，如电子时钟运转、娱乐系统个性化设置、空调个性化设置及锁车后防盗监控系统的运行，这些是车辆锁闭后的正常电能消耗。

当某个控制器因自身问题（如内部短路等）唤醒其所在的总线系统，导致整个总线系统处于激活状态，此时测量静态电流往往高达1A甚至更高。这时可从一些内部指示灯看到提示，如应急开关按钮有背光显示，或电子驻车制动开关指示灯点亮。若高耗电量的问题一直存在，则蓄电池会持续放电，严重者车辆停放一夜便无法起动。

2．排除加装漏电

一些电子产品加装质量良莠不齐，其产品设计、生产与正规厂商相比存在一定的差距，且不是基于整车而开发，导致其兼容性差，因此电子产品自身出问题漏电的可能性较大。同时，加装电子产品受安装人员技术水平所限，可能存在着施工不规范的现象，例如该接开关电源线却误接常火线，会导致电子产品在锁车后一直工作而漏电。在维修实例中，常有部分新车由加装问题导致的漏电现象发生，有些问题会对蓄电池造成不可逆的损坏。当检测一旦确定有漏电现象，应首先将加装件电源线拆除，有可能拆除了加装件漏电现象就消失了。若漏电现象仍存在，则需进一步检测原车部件。

3．检测原车部件是否漏电

检测车辆自身部件是否漏电，一般存在以下可能性：

1）控制器处于激活工作状态，存在漏电现象。一般情况下每个控制器都存在一个对应的熔丝，断开控制器电源或插头后若漏电现象消失则可快速判断故障。常规做法是在车辆处于休眠状态下，用钳式电流表监控测量蓄电池负极流过的总电流，之后逐一拔掉控制器熔丝并实时观察电流变化情况。当拔掉某个熔丝后静态电流恢复正常，则该熔丝对应的控制器存在故障的可能性最大。也可通过拔掉整个控制器插头的方法进行检测。

2）部分常火线线路存在破损，也会造成漏电现象。若所有控制器拔掉均没有发现漏电点，则某条线路上存在漏电的可能性较大。如室内灯线路通常较为隐蔽，线路范围广，检测具体的漏电点难度较大。作者本人曾经处理过一起漏电故障，拔掉所有的熔丝、控制器、执行元件后，漏电仍存在。初步判断是线束中某个点存在短路现象，但线束总成长、分支多，究竟是线束中哪一段哪一点漏电，就无从下手了。经过思索，认为既然钳式电流表可以探测线束中的电流，那么顺着线束向下端走，哪里有电流就是哪条分支线漏电了。之后用钳式电流表从线束的开始端进行测量，接下来在其分支处测量，有电流的分支就找到了，再从该分支上寻找下一个分支点，很快锁定了漏电点。这就体现了钳式电流表检测漏电处的优势，不用破坏线路，只需顺藤摸瓜就可快速准确地找到线路中的漏电点。

线束漏电测量示意图如图2-28如示，当线束分支中存在漏电时，整个线束中仅有此处有漏电电流通过，故A点电流值几乎等于B点电流值，而其他分支上无电流通过。

3）在实际维修人员作中，持续的漏电点好测，阵发性漏电着实令人头疼。经常有这种情况发生：蓄电池是新换的，发电机工作正常，但车辆因缺电无法起动，短时间进行漏电检测并未发现异常。这种情况下则需考虑阵发性漏电的可能性，一些控制器、线路在特定的情况下会发生漏电现象，如制动灯莫明其妙点亮，DVD显示屏点亮，此类现象持续一段时间后会自行消失。作者本人曾经处理过一例阵发性漏电，车辆连续停放两三天后无法起动，到维修站检测没有发现漏电，怀疑是阵发性漏电。于是用VAS5051B进行24小时监控，该仪器具有自动记录最大、最小电流的功能，会自动记录最大值。通过连续不断地监测，如图2-29所示，该仪器记录到一个大电流值，证实了阵发性漏电的存在，最后发现是显示器在一些时候自行亮起而引起的漏电。