A Bosch elektronikus akkumenedzsmentje

A gépjárművek megfelelő villamos energia ellátásával kapcsolatos elvárások évről évre növekednek. A fokozott és egyre növekvő energiafogyasztás mellett is biztosítandó a „termelt” és felhasznált energia egyensúlya, mely a változó üzemi és környezeti feltételek miatt korántsem egyszerű feladat.

A Bosch cég által már korábban kifejlesztett Elektronisches Batterie-Management (EBM) vezérlőkészülék az említett feladatot igyekszik ellátni. Üzem közben folyamatosan figyelemmel kíséri az energiaellátást biztosító akkumulátor töltöttségi állapotát és teljesítőképességét. Amennyiben az energia háztartás egyensúlyának megbomlását észleli, „megfelelő intézkedéseket hoz” az egyensúly visszaállítására. Az EBM itt ismertetett változatát, tekintettel a folyamatosan növekvő energiaigényekre, már alkalmazzák a Daimler-Chrysler W211 (E osztály) és W219 (CLS osztály). járműtípusainál:

Mechanikus felépítés

Az EBM alapvetően egy műanyag házból áll, melybe az elektronikus elemeket tartalmazó nyáklemez rögzíthető. A fröccsöntött műanyag ház oldalán találjuk az elektromos csatlakozó aljzatot, míg alsó részén az áramvezető és mérési célokat is szolgáló nagyáramú sín helyezkedik el. A villamos szigetelést és a ház zárását egy lecsavarozható műanyag tető biztosítja. A mechanikai felépítés az 1. ábrán követhető.

1. ábra

Az EBM szerelt állapotában X3 jelzést kapott rész egy 14 pólusú csatlakozó aljzat, míg az X1 jelzésű pont az akkumulátor negatív pólusának fogadására, míg az X2 pont a karosszéria testpontjához történő csatlakoztatásra (praktikusan a felerősítésre is) szolgál. A biztosabb érintkezés és felerősítés céljából a ház hátoldalán egy további, az X2 jelzésűvel azonos kialakítású rögzítő pont is található.

A fontosabb csatlakozási felületek

A 2. ábra alapján követhetjük azon fontosabb ki és bemeneti kapcsolatokat, melyeket az EBM „belső világa” és a jármű villamos hálózata között létrehoztak.

CAN csatlakozó felület (alacsonysebességű CAN [karosszéria] rendszer)

1. számú relé vezérlése (bizonyos fogyasztók lekapcsolásához)

2. számú relé vezérlése (segédakkumulátor bekapcsolásához)

30 pontról történik az indítóakkumulátor feszültségének mérése, valamint az EBM tápfeszültség ellátása

30b pontról a segédakkumulátor feszültségének mérése biztosítható

az X1 és X2 csatlakozók a pillanatnyi akkumulátor áram és hőmérséklet mérésére, valamint a biztonságos testponti csatlakozások megvalósítására szolgálnak

Hatásmechanizmus

Az EBM vezérlőkészüléknek a hálózathoz történő kapcsolódását, valamint hatásmechanizmusát a 3. ábra segítségével érthetjük meg. Az ábra az EBM és a járműhálózat blokksémaszerű kapcsolatát mutatja, melyben körvonalazódik, hogy hol és milyen beavatkozásokat képes a vezérlőkészülék megvalósítani.

3. ábra

Az EBM vezérlőkészüléket a ma még elterjedt 12V-os hálózathoz tervezték, de feladatainak elvégzéséhez egy további 12V-os segédakkumulátor is szükséges. A segédakkumulátor töltése a mindenkori üzemállapotnak, a hálózati, valamint az akkumulátor feszültségének függvénye. Mielőtt a működést részleteznénk, célszerű két megjegyzést előrebocsátani:

amennyiben bizonyos (később részletezett) szituációkban sor kerül a két akkumulátor párhuzamos kapcsolására, az eredeti áramellátást biztosító indító akkumulátor töltöttségének és teljesítőképességének megállapítása lehetetlenné válik

az indítóakkumulátor kapcsaira közvetlenül rákötött elektromos berendezés (fogyasztó vagy töltő) ugyancsak az akkuállapot kiszámításának meghamisítását eredményezi, hiszen ilyen esetben az akkumulátorba be vagy onnét elfolyó áram, az áramsín kikerülése miatt nem mérhető

Működési leírás

Az indítóakkumulátor töltöttségének megállapításához az EBM felhasználja az akku mínusz pólusa és a testpont között átfolyó áramok folyamatosan mért értékeit, valamint a 30 pont feszültségének adatait. A mért adatokból az indítóakkumulátor egyik legfontosabb adata - a töltöttség - egyértelműen meghatározható. A segédakkumulátor feszültségének mérése külön bemeneten történik, így annak csak közelítőleg állapítható meg a töltöttségi foka.

Az indítóakkumulátor hőmérsékletének megállapítása lényegesen bonyolultabb. Az akkuhőmérséklet meghatározásához, melyet egy tárolt algoritmus segítségével számítanak ki, főbb adatokként az áramsín hőmérsékletét, valamint a beltéri és a kültéri hőmérséklet mért értékekeit használják fel.

Az így meghatározott értékekből, valamint az akkumulátor EEPROM-ban tárolt (2. ábra) használati idejének, gyakoriságának, adataiból tudják a másik legfontosabb jellemzőt, a teljesítőképességet (vitalitás) meghatározni.

2. ábra

A végértékek képzéséhez finomításként további adatokat is felhasználnak (pl. motorfordulat, pillanatnyi sebesség, 61 ponton mérhető érték stb.), melyeket az EBM a hozzá kapcsolódó CAN buszról kap.

Az EBM folyamatosan méri a hálózat feszültségét (illetve annak változásait), hiszen feladata a villamosan működtetett egységek üzemének biztonságos fenntartása. Beavatkozásra akkor kerül sor, ha egy előzetes feszültség változási modell (terhelés és időfüggő) számított értékének és a pillanatnyilag mért értéknek az eltérése egy adott mértéket meghalad. Ilyen esetben az EBM a CAN buszon üzenetet küld a komfort rendszer vezérlőjének, a szükséges terhelés lekapcsolási fokozat elrendeléséről.

Az ismertetett EBM vezérlőkészüléknél három terhelésredukálási fokozat létezik, melyek bekapcsolása a számolt és mért hálózati feszültségértékek összevetésén alapul.

1 fokozatú terheléscsökkentés

Amennyiben a mért hálózati feszültségcsökkenés egy megadott értékkel alacsonyabb, mint a számított, megtörténik a legalacsonyabb prioritású fogyasztók lekapcsolása, illetve teljesítményük csökkentése. A kombinált műszerfal kijelzőjén egy üzenet tudósít a komfortfunkciók korlátozásáról.

Amikor a hozott intézkedés hatására a hálózati feszültség újra stabilizálódik, és értéke biztonsággal túllépi a lekapcsolást kiváltó értéket, a kiadott parancs visszavonásra kerül. A műszerfalon megjelenő üzenet közli, hogy a komfortfunkciók ismét rendelkezésre állnak.

2 fokozatú terheléscsökkentés

Elrendelésére akkor kerül sor, ha a már korábban kiváltott 1 fokozatú terhelésredukálás nem vezetett eredményre, vagyis a hálózati feszültség tovább csökken. Az újabb fokozat bekapcsolását egy nagyobb, előzetesen pontosan meghatározott értékű feszültségkülönbség váltja ki. Ebben az esetben már a korábbiaknál magasabb prioritású komfort rendszeri fogyasztók kikapcsolására is sor kerül. A műszerfal továbbra is a komfortfunkciók korlátozását jelzi.

Amennyiben a hálózati feszültség stabilizálódik és emelkedik, sor kerül a terheléscsökkentő intézkedések fokozatonként történő visszavonására. A műszerfali kijelzés csak mindkét fokozat visszavonása után változik, jelezve a komfort funkciók ismételt rendelkezésre állását.

3 fokozatú terheléscsökkentés (szükségüzem)

Előfordul, hogy mindkét korábbi fokozat bekapcsolása ellenére tovább csökken a hálózati feszültség, lassan már a villamos egységek üzemét is veszélyeztető szint felé. Az előre megállapított minimális értéket elérve megkezdődik a 3 fokozat, az un. szükség vagy (vész)üzem bekapcsolása. Ilyen esetben a segédakkumulátor és az indítóakkumulátor párhuzamosan kapcsolódik, ami az esetek többségében, a hálózati feszültség rövididejű stabilizálódását eredményezi. A műszerfali kijelzés változatlan marad.

Végső esetben előfordulhat, hogy a hálózati feszültség, mindhárom fokozat bekapcsolása ellenére, továbbra is csökken (pl. tönkrement indítóakku vagy töltőgenerátor miatt).  Ebben az esetben a műszerfalon egy vészjelzés jelenik meg, figyelmeztetve a vezetőt egy szakszerviz mielőbbi felkeresésére.

Befejezésül érdemes megjegyezni, hogy bár az ismertetett EBM vezérlőkészülék tág terhelésváltozási határok között képes a hálózati feszültség stabilitását fenntartani, és ezzel a villamos egységek megbízható működését biztosítani, de bizonyos korlátokkal is számolnunk kell. Ezek közül talán az indítóakkumulátor cseréjével kapcsolatos gondokra hívjuk fel a figyelmet, hiszen az akku vitalitásának meghatározásához éppen olyan adatok használatosak, melyek az üzemeltetés során halmozódnak fel. Ebből következik, hogy egy egyszerű akkucsere is csak szakműhelyben bonyolítható, hiszen ez a művelet az EBM felügyelte EEPROM adattárának részbeni átírását is megköveteli.