المستشعر الذكي للبطارية (IBS) - التركيب ,الوظيفة والتشخيص

يُركب المستشعر الذكي للبطارية (IBS) في معظم السيارات مباشرة على القطب السالب لبطارية بدء الدوران. ولا تقتصر وظيفته على مراقبة حالة البطارية فحسب. بل بصفته وحدة قياس مركزية فإنه يسجل كل المتغيرات الكهربائية ذات الصلة ليوفر من خلال ذلك الأساس لنظام إدارة الطاقة بأكمله في السيارة.

يُقصد بالأجزاء الميكانيكية مشبك البطارية (القطاش) المتصل بالكابل الأرضي لتوصيله بالبطارية.

ويتولى هذا المشبك المهام التالية:

• الربط الكهربائي بين هيكل السيارة والقطب السالب للبطارية
• توفير قاعدة تثبيت لعنصر المستشعر الخاص بقياس التيار
• توفير قاعدة تثبيت للوحدة الإلكترونية
• إنشاء التلامس الحراري بين القطب السالب للبطارية ومستشعر درجة الحرارة
• التوصيل الأرضي للمستشعر الذكي للبطارية (IBS) (تتم تغذية المستشعر بالجهد الكهربائي عبر كابل منفصل)
• حماية المكونات الإلكترونية

تتولى الوحدة الإلكترونية مهمة قياس الجهد والتيار المار ودرجة حرارة البطارية.

وتتكون الوحدة الإلكترونية من المكونات التالية:

• لوحة إلكترونية تحتوي على إلكترونيات تحليل البيانات
• مقاومة قياس التيار (Shunt)
• مستشعر درجة الحرارة

يتم قياس التيار عبر مقاومة قياس (Shunt) عالية الدقة. وتمر جميع تيارات الشحن والتفريغ عبر مقاومة القياس هذه. ومن خلال الانخفاض الناتج في الجهد تحسب الوحدة الإلكترونية تيار البطارية الفعلي. وبحسب السيارة يمكن قياس نطاقات تتجاوز ±١٠٠٠ أمبير. وبالتوازي مع قياس التيار فإن المستشعر يراقب باستمرار جهد البطارية. فالتغيرات الطفيفة في الجهد توفر معلومات مهمة حول حالة الشحن، وتتيح استخلاص استنتاجات دقيقة حول حالة البطارية. ويقوم مستشعر حرارة مدمج بقياس درجة حرارة البطارية باستمرار. ولأن سعة البطارية تعتمد بشكل كبير على درجة الحرارة، فإن هذا القياس يراعى مباشرة في جميع حسابات نظام إدارة الطاقة. ففي درجات الحرارة المنخفضة مثلاً تنخفض كهرباء بدء الدوران المتاحة بشكل كبير. تعالج الوحدة الإلكترونية جميع بيانات القياس وتُجري عمليات حسابية معقدة.

ويشمل ذلك من بين أمور أخرى:

• دمج التيار
• فحوصات المنطقية أو المعقولية
• نماذج تقييم العمر الافتراضي
• تعويض درجة الحرارة
• التشخيص الذاتي

وبعد ذلك تُنقل البيانات رقمياً إلى وحدة تحكم الشبكة الكهربائية للسيارة.

لا يقتصر دور المستشعر الذكي للبطارية (IBS) على قياس المتغيرات الكهربائية وحدها، بل يحسب من خلالها البارامترات المختلفة للحالة.

• يصف مصطلح SOC حالة الشحن الحالية للبطارية.
• ويُحسب من خلال استهلاك التيار وعمليات الشحن وجهد البطارية ودرجة الحرارة.
• وتُعرض هذه القيمة كنسبة مئوية.

• يصف مصطلح SOH حالة العمر الافتراضي أو مستوى إهلاك البطارية.
• فمع مرور الوقت وتقدم العمر الافتراضي تنخفض سعة البطارية القابلة للاستخدام.
• ويأخذ نظام إدارة الطاقة هذه القيمة في الحسبان عند التحكم في عمل المُوَلِّد وفي وظائف تشغيل وإيقاف المحرك.

* مقتطف من المواصفات الفنية

قد تختلف المواصفات الفنية حسب الإصدار.

غالباً ما لا يكون المستشعر نفسه هو سبب الأعطال التي تظهر في المستشعر الذكي للبطارية (IBS).

ومن بين الأسباب الأكثر شيوعاً ما يلي:

• تآكل وصدأ أقطاب البطارية
• عدم إحكام مشابك الأقطاب (القطاشات)
• تلف الكابلات الأرضية
• انخفاض الجهد
• تلف البطارية
• وجود رطوبة في المستشعر
• وجود مواضع قطع في الأسلاك
• أعطال في ناقل بيانات LIN-Bus
• أخطاء في تسجيل البطارية
• وجود أضرار ميكانيكية

اتباع طريقة منهجية في تشخيص الحالة يمنع استبدال الأجزاء دون داعٍ.

غالباً ما تؤدي الأعطال في نطاق المستشعر الذكي للبطارية (IBS) أو نظام إدارة الطاقة إلى تسجيل أخطاء في ذاكرة الأعطال. وتختلف أكواد الأخطاء وتسمياتها بحسب الشركة المُصنِّعة للسيارة. وتتعلق صور أعطال OBD الشائعة بحدوث أعطال في الاتصال، أو إشارات غير منطقية من المستشعرات، أو تشخيص خاطئ لحالة البطارية.

ومن صور الأعطال الشائعة ما يلي:

• خطأ في الاتصال بين المستشعر الذكي للبطارية (IBS) ووحدة التحكم (ناقل بيانات LIN-Bus)
• مستشعر البطارية - إشارة غير منطقية
• مستشعر البطارية - دائرة قِصر أو قطع
• تعذر حساب حالة البطارية
• تيار السكون مرتفع للغاية
• شحن البطارية غير كافٍ
• تقييد عمل نظام تشغيل وإيقاف المحرك (Start-Stop) بسبب حالة البطارية

وفي العمل اليومي بالورشة كثيراً ما تترافق هذه الأعطال مع تقييد وظائف الراحة. ويشمل ذلك مثلًا تعطيل وظيفة (Start-Stop)، أو خفض قدرة المُوَلِّد، أو ظهور رسائل مثل "شحن البطارية" أو "وضع توفير الكهرباء نَشِط".

لقد تطور المستشعر الذكي للبطارية (IBS) من مجرد مستشعر قياس بسيط ليصبح عنصرًا مركزياً في نظام إدارة الطاقة. فمن خلال القياس المستمر للتيار والجهد ودرجة الحرارة، بالإضافة إلى حساب متغيرات الحالة مثل حالة الشحن وحالة البطارية وحالة الأداء الوظيفي، يشكل المستشعر الذكي للبطارية (IBS) الأساس اللازم لتوفير إمداد الكهرباء بحسب الحاجة في السيارات الحديثة.

ومع الانتشار المتزايد لأنظمة تشغيل وإيقاف المحرك، وبطاريات AGM وEFB، واستراتيجيات إدارة الطاقة المعتمدة على البرمجيات، والشبكات الكهربائية ذات الـ ٤٨ فلط، تكتسب عملية التشخيص الصحيحة للمستشعر الذكي للبطارية (IBS) أهمية متزايدة. ويتيح الفحص المنهجي للمستشعرات واتصال ناقل بيانات LIN وتسجيل البطارية إجراء عملية بحث دقيقة وموجهة عن الأعطال، ويساهم في تجنب تغيير الأجزاء دون داعٍ. وبالتالي يمثل التشخيص الفني والإصلاح السليم لنظام إدارة الطاقة جزءاً أساسياً من العمل اليومي في ورش السيارات المعاصرة.