寶馬E65電源管理系統(tǒng)

張宗榮

（福建船政交通職業(yè)學(xué)院，福建 福州 350007）

1 寶馬汽車電源管理系統(tǒng)作用、組成和類型

當(dāng)今的寶馬汽車都具有各種形式的電源管理系統(tǒng)，其作用是確保寶馬汽車車輛內(nèi)的能量平衡，即確保寶馬汽車車輛內(nèi)部發(fā)動機、發(fā)電機、蓄電池和能量消耗設(shè)備 （用電設(shè)備）之間的能量平衡，保證蓄電池處于良好的技術(shù)狀態(tài)，保證用電設(shè)備正常工作，保證發(fā)動機始終處于良好的工作狀態(tài)。電源管理系統(tǒng)的主要零部件如圖1所示。其主要由發(fā)動機、發(fā)電機、安裝于蓄電池負(fù)極的智能型蓄電池傳感器（有的車型沒有）、蓄電池、智能接線盒 （或電源模塊、微電源模塊）、用電設(shè)備、發(fā)動機管理系統(tǒng)組成。

電源管理系統(tǒng)主要由數(shù)字式發(fā)動機電子系統(tǒng)DME和智能接線盒以及其內(nèi)部的電源管理系統(tǒng)軟件組成。通過DME控制發(fā)動機和發(fā)電機電壓，通過智能接線盒控制電流。電源管理系統(tǒng)具有以下功能。

1）發(fā)電機電壓控制和調(diào)節(jié) 寶馬汽車發(fā)電機可以自行控制發(fā)電機輸出電壓在14.5 V左右，同時發(fā)電機輸出電壓還受電源管理系統(tǒng)控制，電源管理系統(tǒng)通過DME的串行數(shù)據(jù)接口BSD導(dǎo)線控制發(fā)電機充電電壓。行駛狀況不利時，例如城市交通或交通堵塞，可提高發(fā)電機電壓以確保達(dá)到更好的蓄電池充電平衡狀態(tài)。

2）提高怠速轉(zhuǎn)速 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，DME就會將怠速轉(zhuǎn)速提高至750r／min。

3）降低最大負(fù)荷 雖然已提高怠速轉(zhuǎn)速，若蓄電池電量始終不足，此時就會通過控制后窗玻璃加熱裝置等的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)舒適用電器，以降低車內(nèi)的最大負(fù)荷。

4）蓄電池充電平衡 在電源管理系統(tǒng)內(nèi)有兩個“計數(shù)器”：一個負(fù)責(zé)蓄電池充電量；另一個負(fù)責(zé)蓄電池放電量。蓄電池的充電狀態(tài) （SOC）用充電量與放電量之間的差值來表示。電源管理系統(tǒng)通過BSD導(dǎo)線從智能型蓄電池傳感器IBS得到這些數(shù)據(jù)（有些車型從電源模塊獲得這些數(shù)據(jù)）。重新起動車輛時，電源管理系統(tǒng)就會計算當(dāng)前蓄電池的充電狀態(tài)SOC值。

5）蓄電池的健康狀態(tài)測量 即技術(shù)狀態(tài) （SOH）測量。車輛起動時，蓄電池接線柱電壓和起動機起動電流由IBS進行測量。起動期間的起動電流和電壓降平均值通過BSD導(dǎo)線傳送至DME。電流管理系統(tǒng)根據(jù)這些數(shù)據(jù)計算出蓄電池的健康狀態(tài)SOH值。

6）向IBS傳輸數(shù)據(jù) 在發(fā)動機熄火時、DME進入休眠模式之前，DME會通過BSD導(dǎo)線向IBS發(fā)送下列數(shù)據(jù)：蓄電池的充電狀態(tài) （SOC）、車外溫度、可用放電量、總線端15喚醒功能釋放、總線端15喚醒功能鎖止、DME關(guān)閉信號。

7）休眠電流監(jiān)控和診斷 DME關(guān)閉后，IBS獲得DME提供的信息，繼續(xù)監(jiān)控蓄電池的充電狀態(tài)。

如果蓄電池休眠電流在車輛靜止期間超過一定限值，就會在DME內(nèi)存儲一個故障代碼。

蓄電池休眠中，由于蓄電池休眠電流太大，導(dǎo)致蓄電池充電狀態(tài) （SOC）較低時，IBS會喚醒DME關(guān)閉相關(guān)舒適用電器，但是不會關(guān)閉與停車安全密切相關(guān)的用電器。關(guān)閉后，DME繼續(xù)休眠。

并不是所有的寶馬汽車電源管理系統(tǒng)都具有上述7種功能。根據(jù)具體車輛和要求不同，其寶馬汽車電源管理系統(tǒng)的功能不同。不同車型的寶馬汽車具有的能量管理系統(tǒng)功能如表1所示。

根據(jù)具體車輛和要求不同，寶馬汽車電源管理系統(tǒng)內(nèi)的功能通過不同組件來調(diào)整。因此，寶馬車輛具有4種電源管理系統(tǒng)方案。這4種電源管理系統(tǒng)方案、名稱、簡稱及對應(yīng)主要車型如表2所示。電源管理系統(tǒng)方案不同，其基本功能也不同。各種電源管理系統(tǒng)的基本功能見表3。

表1 不同車型的寶馬汽車能量管理系統(tǒng)功能

表2 4種電源管理系統(tǒng)方案及對應(yīng)主要車型

表3 不同電源管理系統(tǒng)的基本功能

從表3可以看出，電源模塊、微電源模塊和智能接線盒的電源管理系統(tǒng)方案實際上是在基本能量管理系統(tǒng)方案的基礎(chǔ)上增加電源模塊，實現(xiàn)電源管理系統(tǒng)對用電器的控制、監(jiān)控休眠電流和蓄電池診斷等功能。其工作原理基本相同。因此，下面著重論述電源模塊管理系統(tǒng)PM。

2 寶馬E65電源模塊管理系統(tǒng)PM

電源模塊管理系統(tǒng)PM主要的車型為E65、E66和E67。其電源管理系統(tǒng)具有提高充電電壓、提高怠速轉(zhuǎn)速、關(guān)閉用電器，負(fù)荷、降低最大負(fù)荷、休眠電流監(jiān)控和蓄電池診斷的功能。寶馬E65由德國寶馬公司生產(chǎn)，于2000年推出，2003年開始批量生產(chǎn)，2008年左右進入我國市場。下面以E65電源模塊系統(tǒng)為例，論述電源模塊系統(tǒng)概覽圖、電源模塊管理系統(tǒng)的組成、主要零部件的構(gòu)造與功能、電源模塊管理系統(tǒng)的作用與工作過程。E65電源模塊系統(tǒng)概覽圖如圖2所示，其主要由數(shù)字式發(fā)動機電子系統(tǒng)DME等17個零部件組成。

1）DME 使用動力總線PT-CAN（一般連接發(fā)動機模塊、變速器模塊等的總線，傳遞速度為0.5 Mb／s），通過中央網(wǎng)關(guān)模塊ZGM與其它模塊通信。同時，通過BSD接收發(fā)電機傳來的發(fā)電機負(fù)荷信號，并控制發(fā)電機輸出電壓。

2）ZGM 將寶馬汽車上面所有不同協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)連接起來，保證寶馬汽車上所有控制模塊ECU的通信，實現(xiàn)信號共享，同時監(jiān)控、控制寶馬汽車所有網(wǎng)絡(luò)的工作狀態(tài)。

如圖2所示，使用動力總線PT-CAN連接DME，使用車身總線K-CAN（一般連接車身及車內(nèi)室的普通電控模塊，傳遞速度為0.1Mb／s）連接電源模塊、便捷登車及起動系統(tǒng)模塊CAS，使用安全系統(tǒng)總線Bytefight（是一個光纖星形總線系統(tǒng)，傳遞速度為10 Mb／s）連接安全和信息模塊SIM。另外，還有娛樂系統(tǒng)總線MOST（圖中沒有畫出），采用環(huán)形結(jié)構(gòu)，其數(shù)據(jù)傳輸率為22.5Mb／s，是目前寶馬車輛上最快的總線。由于具有較高的數(shù)據(jù)傳輸率，因此，MOST特別適于多媒體組件的數(shù)據(jù)傳輸。

3）電源模塊 電源模塊PM和蓄電池開關(guān)位于后備廂，如圖3所示。在車輛行駛和靜止期間以及車載網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)電氣故障時，電源模塊確保蓄電池處于正常工作狀態(tài)。電源模塊內(nèi)部有電子控制裝置、熔斷絲、蓄電池電流傳感器、高電流插座；外部有蓄電池、蓄電池開關(guān)和蓄電池溫度傳感器等，以及使用高電流插座連接大電流輸入和輸出 （30輸入，30U和30B輸出）系統(tǒng)總線。這些插座可在短時間內(nèi)承受住最高220 A的峰值電流。這種高電流插座還具有以下優(yōu)點：①連續(xù)負(fù)荷最高可達(dá)100 A；②長時間穩(wěn)定輸出電流；③受熱溫度較高時電壓降較低；④始終保持較高的彈性；⑤通過允許的移動自清潔觸點。

4）電子蓄電池主開關(guān) 電子蓄電池主開關(guān)位于行李廂內(nèi) （參見圖3），由4個金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管 （MOSFET）輸出級組成。該開關(guān)將電源模塊內(nèi)的總線端30的輸入端與總線端30U和總線端30B的輸出端等連接起來。電源模塊通過電子蓄電池主開關(guān)控制電源管理系統(tǒng)的工作狀態(tài)。其工作狀態(tài) （或功能）有4種：①分配模式；②休眠電流監(jiān)控；③電子自動斷路裝置；④自動斷開車載網(wǎng)絡(luò)。

5）電源模塊的輸入和輸出 電源模塊的輸入主要有蓄電池正極總線30輸入、大電流輸出30U供給行李廂熔斷絲支架和30B供給手套箱熔斷絲支架。

總線端15-W的信號來自CAS，用于喚醒電源模塊。

電源模塊有其直接控制的輸出端 （zv—中控鎖、SCA—自動軟關(guān)系統(tǒng)、HK—空調(diào)、HHS—后窗玻璃加熱裝置），通過電源模塊內(nèi)的一個自動斷路器MOSFET供電。

電源模塊的輸出總線30（Kl.30）和總線15（Kl.15）分別給以下系統(tǒng)供電：車燈開關(guān)中心LSZ、便捷登車及起動系統(tǒng)CAS、防盜報警裝置DWA、帶備用電池的報警器NS、紅外線遙控器IR、點煙器ZIG（國家標(biāo)準(zhǔn)）、通用遙控器UFBD（國家標(biāo)準(zhǔn)）、電子變色防眩車內(nèi)后視鏡EC、駐車距離監(jiān)控裝置PDC、雨量和光線傳感器RLS、車內(nèi)照明裝置IB。

電源模塊輸出總線 （Kl.R），主要給多媒體系統(tǒng)供電。

電源模塊的所有輸人和輸出端都可以通過診斷檢測其各自狀態(tài)。此外，還可通過部件控制啟用輸出端，顯示電流消耗情況?？勺x取下列狀態(tài)或執(zhí)行下列功能：當(dāng)前發(fā)電機電流、當(dāng)前蓄電池電流、當(dāng)前車載網(wǎng)絡(luò)電流、當(dāng)前用電器電流、充電平衡、蓄電池充電狀態(tài)、蓄電池溫度、系統(tǒng)監(jiān)控所有電子自動熔斷裝置和電子蓄電池主開關(guān)是否短路或斷路。發(fā)生故障時，就會在電源模塊的故障存儲器內(nèi)記錄一個相關(guān)故障代碼，必要時還會發(fā)送一個檢查控制信息。

6）右側(cè)蓄電池導(dǎo)線監(jiān)控傳感器SBSR和左側(cè)蓄電池導(dǎo)線監(jiān)控傳感器SBSL 圖中沒有畫出，用于監(jiān)控蓄電池導(dǎo)線短路和斷路等故障。

7）安全型蓄電池接線柱 用于發(fā)生交通事故時，自動切斷蓄電池到起動機和發(fā)電機的導(dǎo)線，防止短路。

3 寶馬E65電源管理系統(tǒng)工作參數(shù)、工作過程和工作條件

1）中央蓄電池電壓規(guī)定 蓄電池電壓的波動范圍是14.0～15.5V。 最大充電電壓為16V。

2）蓄電池最佳充電 一般正常情況下運行時，發(fā)電機可以自行控制其輸出電壓在14.5 V左右。汽車電源模塊還可以根據(jù)蓄電池充電情況、蓄電池溫度、蓄電池充電狀態(tài)和車燈工作狀態(tài)等設(shè)定最佳充電電壓。發(fā)電機通過BSD導(dǎo)線得到提高充電電壓的請求。發(fā)電機內(nèi)的電子裝置負(fù)責(zé)設(shè)定所請求的充電電壓值。

3）識別蓄電池的充電狀態(tài) 電源模塊通過內(nèi)部的電流傳感器，計算行駛期間的蓄電池充電電流以及測量放電電流，可隨時獲得蓄電池充電狀態(tài)信息。車輛處于靜止?fàn)顟B(tài)時，系統(tǒng)通過測量蓄電池休眠電壓重新計算并接受相應(yīng)的充電狀態(tài)。

4）提高發(fā)電機電壓信號的傳遞和執(zhí)行過程 電源模塊系統(tǒng)利用電源模塊內(nèi)存儲的充電特性曲線，并根據(jù)蓄電池溫度設(shè)定發(fā)電機的充電電壓。

電源模塊識別出蓄電池的溫度后，向K-CAN外圍設(shè)備CAS發(fā)送 “提高充電電壓”信息，CAS繼續(xù)將信息發(fā)送至K-CAN系統(tǒng)，再通過ZGM將信息發(fā)送至PT-CAN系統(tǒng)的DME，由DME通過BSD傳送給發(fā)電機，發(fā)電機內(nèi)的電子分析裝置負(fù)責(zé)設(shè)定所請求的充電電壓值。如圖4所示。

5）提高發(fā)動機怠速 為了改善充電平衡狀況，系統(tǒng)會盡可能減少蓄電池的放電量。為了防止放電量增大，會提早提高怠速轉(zhuǎn)速。提高怠速轉(zhuǎn)速的標(biāo)準(zhǔn)如下：發(fā)電機滿負(fù)荷 （勵磁繞組導(dǎo)通率100%）；蓄電池充電狀態(tài)較低；當(dāng)計算出的蓄電池起動能力低于起動限值時，怠速轉(zhuǎn)速就會增至750r／min。

6）降低最大負(fù)荷 如果發(fā)動機運行期間識別到蓄電池放電現(xiàn)象 （盡管已提高怠速轉(zhuǎn)速），這時就會根據(jù)優(yōu)先級表逐級降低用電器功率或關(guān)閉用電器。這些用電器包括：可加熱后窗玻璃、座椅加熱裝置、暖風(fēng)鼓風(fēng)機 （無除霜功能）、轉(zhuǎn)向盤加熱裝置、后視鏡加熱裝置、刮水器加熱裝置。

7）關(guān)閉駐車用電器 為確保車輛的起動能力，即使車輛處于停止?fàn)顟B(tài)時也會監(jiān)控蓄電池充電狀態(tài)。系統(tǒng)時刻測定最低充電狀態(tài)。該狀態(tài)除了蓄電池放電和充電外，還取決于：近幾天的所測溫度、發(fā)動機和發(fā)電機的類型、所裝蓄電池的電容量。

如果因某一駐車用電器處于啟用狀態(tài)而使充電狀態(tài)接近起動限值，電源模塊就會立即要求該駐車用電器自動關(guān)閉。駐車用電器包括：掛車模塊AH IWI、彩色顯示屏CD、防盜報警裝置DWA、車燈開關(guān)中心LSZ、變速器電子控制系統(tǒng)EGS、自動恒溫空調(diào)IHKA、駐車暖風(fēng)SH。

8）關(guān)閉用電器 為了防止用電器持續(xù)啟用期間蓄電池放電，總線端R（給娛樂系統(tǒng)和部分車內(nèi)燈供電）關(guān)閉16min后將執(zhí)行中央用電器關(guān)閉功能。這些用電器包括：車內(nèi)照明裝置IB、車身區(qū)域的用電器關(guān)閉VA_K、車頂區(qū)域的用電器關(guān)閉VA_D。

9）電壓過低時關(guān)閉用電器 因負(fù)荷較高而造成電壓過低時，如果電壓低于10.5V （5s），電源模塊就會發(fā)送一個信息，要求提高怠速轉(zhuǎn)速和關(guān)閉上述用電器。用電器關(guān)閉順序按照電源模塊內(nèi)存儲的優(yōu)先級執(zhí)行。同時，還會關(guān)閉電源模塊的功率輸出端。

10）分配模式 電源模塊在總線端R關(guān)閉30min后，通過切換蓄電池開關(guān)位置進入分配模式功能。點火開關(guān)處于總線端R接通位置后，就會發(fā)送一個檢查控制信息，用于提醒駕駛員車輛處于分配模式。此時會顯示 “battery switch OFF”（蓄電池開關(guān)關(guān)閉）信息。

11）休眠電流監(jiān)控 蓄電池開關(guān)處于接通 （休眠電流監(jiān)控狀態(tài)）位置時，就會在電源模塊內(nèi)啟用休眠電流監(jiān)控功能。電源模塊通過總線端關(guān)閉60min后進入休眠電流監(jiān)控功能。如果在60 min以內(nèi)對車輛進行操作 （例如打開Z11.行李廂蓋），就會重新開始執(zhí)行休眠電流監(jiān)控功能。休眠電流不得超過80mA。如果休眠電流超過80 mA，電源模塊就會在5 min鐘后發(fā)出 “shut down counter”（關(guān)閉計數(shù)器）信息。再過90 s后，就會斷開車輛電氣系統(tǒng)5 s。如果重新接通后休眠電流仍然高于80 mA，就會再次斷開車輛電氣系統(tǒng)。如果休眠電流還是高于80 mA，就會通過電子蓄電池主開關(guān)持久斷開電氣系統(tǒng)。

同時，電源模塊的故障代碼存儲器內(nèi)將存儲相關(guān)故障代碼，包括休眠電流提高的限制條件和原因。

12）喚醒 電源模塊識別到總線端15-W信號時，電子蓄電池主開關(guān)就會閉合并顯示一個檢查控制信息 “Increased closed-circuit current” （休眠電流提高）。結(jié)束休眠電流監(jiān)控。

休眠電流監(jiān)控功能還可通過停車報警燈打開信息和危險報警燈取消。

13）自動斷開車載網(wǎng)絡(luò) 如果3周內(nèi)沒有任何操作請求，就會斷開蓄電池與車載網(wǎng)絡(luò)的連接。從而避免蓄電池過度放電。

14）電子自動熔斷裝置 識別到短路電流超過250 A時就會斷開電子蓄電池主開關(guān)。只有識別到來自CAS的總線端15喚醒信號后，才會嘗試使電子蓄電池主開關(guān)閉合。在排除短路故障前會一直重復(fù)上述過程。

15）后窗玻璃加熱裝置 自動恒溫空調(diào)IHKA控制單元通過一個 “Heated rear window ON”（后窗玻璃加熱裝置接通）K-CAN信息，控制電源模塊內(nèi)后窗玻璃加熱裝置的電子輸出級。

16）車內(nèi)照明裝置 車內(nèi)照明裝置由電源模塊控制，分為3個輸出端：車內(nèi)照明裝置IB、車身區(qū)域的用電器關(guān)閉VA_K、車頂區(qū)域的用電器關(guān)閉VA_D。

17）行李廂蓋和燃油箱蓋控制 電源模塊有控制行李廂蓋附近車身電子系統(tǒng)的功能。其功能有：行李廂蓋鎖、行李廂蓋自動軟閉功能、燃油箱蓋鎖。

18）信息存儲器 信息存儲器存儲車輛相關(guān)數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)可說明蓄電池負(fù)荷狀態(tài)和使用壽命?？赏ㄟ^診斷方法讀取存儲器信息。

19）應(yīng)急運行特性 蓄電池溫度傳感器出現(xiàn)斷路、短路或不可信數(shù)值時，就會采用一個替代值（20℃）。該數(shù)值相當(dāng)于固定的蓄電池充電電壓14.3V。此時只能在一定條件下計算出蓄電池容量。

蓄電池開關(guān)發(fā)生故障時就會切換到休眠電流監(jiān)控功能。

總線端15-w沒有信號時，下列信號防止在沒有總線端15-w的情況下關(guān)閉電源模塊：總線端15，通過CAS總線連接；車速＞2km／h，通過動態(tài)穩(wěn)定控制系統(tǒng)DSC總線連接；車載網(wǎng)絡(luò)電壓＞13.2V （PM中電壓規(guī)定值）。

［1］寶馬培訓(xùn)資料［Z］.

［2］寶馬售后維修手冊［Z］.

［3］寶馬E65供電和總線系統(tǒng)［Z］.