Onderwerpen:
- Inleiding
- Intelligente batterijsensor
- Onderdelen en meetprincipes van de batterijsensor
- Laden en vervangen van de accu
Inleiding:
Bij moderne voertuigen wordt de laadtoestand van de dynamo aangepast aan de omstandigheden. De dynamo wordt aangestuurd vanuit de motor-ECU en ontvangt signalen om meer of minder te laden. De dynamo wekt energie op naarmate er een magnetisch veld tussen de rotor en stator ontstaat. Hoe groter het magnetische veld is, des te meer kracht vereist is om de rotor te draaien. Het opwekken van een grote hoeveelheid laadstroom kost dus energie en brandstof.
- Het stationaire toerental kan bij een bijna lege accu worden verhoogd op het moment dat er onvoldoende kan worden bijgeladen;
- Tijdens maximaal accelereren wordt de dynamo tijdelijk niet aangestuurd om al het opgewekte koppel te benutten voor de aandrijving;
- Bij het decelereren (afremmen op de motor) stuurt de ECU de dynamo maximaal aan, zodat de kinetische energie van het voertuig wordt benut om energie in de dynamo op te wekken. In de afbeelding is de indicatie van de maximale acculading (12 volt-systeem) te zien.
Het signaal van de intelligente batterijsensor worden gebruikt om de ladingstoestand van de accu te bepalen. Dit is één van de belangrijkste gegevens om te bepalen in hoeverre de dynamo moet worden aangestuurd.
Intelligente batterijsensor:
Moderne voertuigen zijn vrijwel allemaal uitgerust met een batterijsensor, die vaak bekendstaat als een IBS (Intelligent Battery Sensor), stroomsensor of accubewaking. In dit artikel zullen we verwijzen naar de term “batterijsensor”. De batterijsensor werkt in nauwe samenwerking met het Battery Monitor System (BMS) in het voertuig. Dit geldt met name voor voertuigen met een start- en stopsysteem. Bij deze voertuigen wordt de accu herhaaldelijk zwaar belast, aangezien de startmotor meerdere malen per rit wordt geactiveerd om de motor te starten. Daarom wordt in dergelijke voertuigen vaak gekozen voor een AGM-accu in plaats van een traditionele loodcel. Een AGM-accu is beter bestand tegen herhaaldelijk ontladen en opladen.
De batterijsensor is geïntegreerd in de massakabel, die tussen de minpool van de accu en een massapunt op de carrosserie of het chassis is bevestigd. Op de batterijsensor vind je een stekker met twee of meer draden. Eén draad leidt rechtstreeks naar de pluspool van de accu, en een tweede draad dient voor communicatie.
Binnen de behuizing van de batterijsensor bevindt zich een printplaat met een microprocessor en een controller die de spanning, stroom, temperatuur en tijd meet. De gegevens van deze Electronic Control Unit (ECU) worden vaak via een LIN-bus doorgegeven aan de dynamo en het comfortregelapparaat (BCM) of de motorregeleenheid. Tussen de batterijsensor en de BCM of motorregeleenheid bevindt zich veelal de gateway om het LIN-busbericht te vertalen naar een CAN-busbericht. In de paragraaf “diagnose aan de intelligente batterijsensor” wordt daar verder op ingegaan.
De batterijsensor bewaakt de toestand van de accu en meet de volgende parameters:
- De accuspanning.
- De stroom waarmee de accu wordt geladen en ontladen.
- De temperatuur van de accu.
De batterijsensor stuurt deze gegevens naar het motorregelapparaat of BCM. Met behulp van deze gegevens berekent de ECU (Electronic Control Unit) het volgende:
Ladingstoestand (State Of Charge, SOC) van de accu. Door de uitgaande stroom naar de verbruikers en de ingaande stroom naar de accu te meten, kan worden vastgesteld hoeveel energie nog beschikbaar is in de accu.
Conditie (State Of Health, SOH) van de accu. De accuspanning en de ontlaadstroom worden vergeleken om de kwaliteit van de accu te beoordelen. Tijdens het starten kan er bij een kleine benzinemotor tot 60 A of bij een zwaardere dieselmotor snel 120 A stroom uit de accu worden getrokken. De mate waarin de accuspanning daalt, geeft aan hoe groot de interne weerstand in de accu is. Als de spanning van 11,5 naar 10 volt daalt bij een stroom van 60 A, is dit acceptabel. Als de spanning bij dezelfde startstroom van 11,5 naar 8 volt daalt, duidt dit op een te hoge interne weerstand in de accu en is vervanging nodig.
Ruststroom tijdens stilstand. Hiermee wordt een verstoring van de ruststroom, bijvoorbeeld door een ongeautoriseerde verbruiker, gedetecteerd. De bestuurder ontvangt tijdens de eerstvolgende rit een melding als er een verhoogde ruststroom wordt gedetecteerd.
Onderdelen en meetprincipes van de batterijsensor:
De behuizing van de batterijsensor en de massapool zijn vaak geïntegreerd tot één geheel. De massakabel kan eveneens een geheel vormen met de batterijsensor of met een schroefverbinding zijn bevestigd. Binnen de batterijsensor bevindt zich een shuntweerstand met een zeer lage weerstandswaarde. Door het spanningsverschil over deze shunt te meten, kan de stroom worden berekend. In combinatie met de accuspanning kan het vermogen waarmee de accu wordt geladen of ontladen, worden berekend.
1. Poolklem massapool;
2. Accusensor;
3. Massa-aansluiting voertuig;
4. Shunt;
5. Stekkeraansluiting voor B+ en LIN-bus.
De shuntweerstand is in serie geplaatst tussen de massa-aansluiting van het voertuig en de minpool van de accu. Alle stroom van en naar de accu passeert door deze shunt. Vanwege de lage weerstandswaarde wordt er weinig spanning verbruikt in de shunt.
De hoogte van deze spanning wordt in de microprocessor, samen met de bekende weerstandswaarde van de shunt, omgezet naar een stroomsterkte:
- Een grote spanningsval over de shunt duidt op een grote stroom.
- Een lage spanningsval wijst op een lage stroom.
In de bijgevoegde afbeelding zien we een schema waarin de weerstand R de shunt voorstelt en de stroom I de ontlaadstroom tijdens het ontladen van de accu. De voltmeter, die parallel over de shuntweerstand is geplaatst, illustreert hoe de meetelektronica in de accusensor het spanningsverschil over deze shunt meet.
Onderstaande afbeelding biedt een overzicht van de locaties waar temperatuur-, spannings- en stroommetingen plaatsvinden.
De shuntweerstand wordt aangeduid met nummer 5. Het spanningsverschil (V) over de shunt wordt afgelezen als stroom (A). Via de LIN-bus worden deze gegevens naar de DME/DDE gestuurd, wat de aanduidingen zijn voor de benzinemotor (DME) en de dieselmotor (DDE) van BMW.
1. Accu pluspool;
2. Accu massapool;
3. Meten van accuspanning;
4. Meting van accutemperatuur;
5. Meting van de stroom d.m.v. een shuntweerstand;
6. Microprocessor in de intelligente batterijsensor;
7. LIN-bus communicatiedraad
8. Motorregelapparaat
Laden en vervangen van de accu:
Het batterijmanagementsysteem maakt gebruik van de batterijsensor om de stroom die van en naar de accu stroomt te meten en deze informatie in het geheugen op te slaan. Wanneer de accu moet worden opgeladen of als er een starthulp wordt gebruikt, is het van belang dat de acculader niet rechtstreeks op de accupolen wordt aangesloten, maar op de laadpunten. De batterijsensor bevindt zich tussen deze laadpunten en de accupolen en kan alleen de energiestroom meten wanneer de acculader op de laadpunten is aangesloten. Wordt de acculader direct op de accupolen aangesloten, dan staat in het geheugen van het BMS dat de accu (bijna) leeg is, terwijl hij in werkelijkheid is volgeladen. De dynamo gaat de accu vervolgens te veel laden, waarna het systeem in storing gaat. De onderstaande afbeeldingen tonen een acculader die rechtstreeks op de accu en op de laadpunten onder de motorkap zitten aangesloten.
Na het vervangen van de accu moet bij een voertuig dat is uitgerust met een accusensor, de accu worden geregistreerd. In de werkplaats wordt het ook wel “inleren” of “coderen” genoemd. Het batterijmanagement houdt rekening met:
- veroudering van de accu. De laadstroom bij een oudere accu met een verhoogde interne weerstand kan worden verhoogd;
- de capaciteit en de koudstartstroom van de accu.
Tijdens het registreren worden de opgeslagen waardes van de accu die in de loop der tijd slechter is geworden, gewist. Dus ook wanneer er een identieke accu van hetzelfde merk en dezelfde capaciteit en koudstartstroom wordt gemonteerd, moet de vervanging worden geregistreerd. Uiteraard moeten de gegevens van een accu met andere eigenschappen kenbaar worden gemaakt. Dat kan door de capaciteit [Ah] en de koudstartstroom [A] handmatig in te voeren, of door de onderdeelnummers of serienummers in te vullen. Bij moderne diagnoseapparatuur kan de QR-code die op de sticker van de accu staat afgebeeld worden gescand.
De onderstaande screenshots tonen het registreren van een accu bij een BMW-programma (links) en VCDS (rechts).
Diagnose aan de intelligente batterijsensor:
De intelligente batterijsensor communiceert met de dynamo en de BCM of motorregeleenheid. In deze paragraaf wordt uitgelegd hoe het schema moet worden afgelezen en op welke manier er een diagnose kan worden gesteld.
In het volgende schema zien we de batterijsensor (A85) welke door een zekering op pin 2 wordt gevoed met een voedingsspanning van 12 volt. Pin 1 is voor de communicatie: vanuit hier wordt een bericht via LIN-bus verstuurd naar de gateway (A25di) en de dynamo (O01). Pin 1 en 2 bevinden zich in de tweepolige stekker die in eerdere afbeeldingen zichtbaar was.
De onderste twee zwarte draden op de accusensor hebben geen pinnummer: dit is een directe verbinding op de minpool van de accu.
De intelligente batterijsensor verstuurt een LIN-busbericht naar de gateway en de dynamo. De gateway is het knooppunt tussen netwerken met verschillende protocollen (spanningen en snelheden). In de gateway wordt het LIN-busbericht via CAN-bus naar de BCM en/of motorregelapparaat gestuurd. Andersom stuurt één van deze twee regelapparaten via de gateway en LIN-bus de dynamo aan.
Een storing in de LIN-buscommunicatie kan ervoor zorgen dat de gegevens van de batterijsensor niet kunnen worden gebruikt, of dat de dynamo niet goed wordt aangestuurd. In dat laatste geval gaat de dynamo over naar een noodprogramma waarbij de conventionele D+ regeling wordt gebruikt om toch voldoende laadspanning en laadstroom te creëren.
Het spanningsverloop van het LIN-bussignaal kan met een oscilloscoop worden gemeten om te beoordelen of er sprake is van een storing in het LIN-signaal.
Legenda:
P01: zekeringenkast motorruimte
A25di: diagnoseinterface (gateway)
A85: ECU batterijsensor
O01: dynamo
Op het moment dat er een storing aanwezig is en de LIN-buscommunicatie in orde is, weten we dat de voedingsspanning en massa van de sensor goed. De storing door één van de componenten in dit schema worden veroorzaakt. De volgende stappen kunnen worden doorlopen:
- controleren op softwareupdates van de regelapparaten;
- 12 volt accu testen (bij voorkeur onder belasting);
- controleren of de juiste accugegevens zijn geregistreerd. Wellicht is de accu in het verleden vervangen, maar is de registratie nooit uitgevoerd;
- de gegevens van de batterijsensor resetten;
- controleren of het onderdeelnummer van de dynamo correct is: een verkeerde dynamo die niet met de sensor matcht, geeft uiteindelijk problemen;
- als het bovenstaande is gecontroleerd en in orde is bevonden, kan men wellicht concluderen dat de accusensor defect is. Dit komt wel eens voor bij veelvuldig (op een verkeerde wijze) opstarten via startkabels of een accubooster.
Gerelateerde pagina’s: