Por que um sensor IBS com defeito pode desativar a função Start-Stop, mesmo que a bateria ainda forneça tensão suficiente?

A tensão da bateria, por si só, não é suficiente para ativar a função Start-Stop. A gestão de energia também avalia o estado de carga (SOC), o estado de saúde da bateria (SOH) e a capacidade de partida disponível (SOF). Caso o IBS forneça valores de medição implausíveis ou haja falha na comunicação, o sistema opera com valores substitutos e desativa, por precaução, a função Start-Stop, a fim de garantir a capacidade de partida do motor.

Por que uma conexão de aterramento defeituosa pode causar os mesmos sintomas de um sensor de bateria com defeito?

O IBS mede todas as correntes de carga e descarga por meio do circuito de aterramento conectado ao polo negativo da bateria. Conexões de aterramento corroídas ou soltas alteram a medição da corrente e provocam cálculos incorretos do SOC, SOH e SOF da bateria. Isso pode causar erros de diagnóstico, restrições nas funções de conforto ou um controle inadequado do alternador, embora o próprio sensor funcione perfeitamente do ponto de vista técnico.

Por que, após a substituição da bateria, geralmente é necessário registrar a nova bateria?

Com o registro da bateria, a gestão de energia recebe informações sobre o tipo da bateria, sua capacidade e a instalação de uma nova bateria. Ao mesmo tempo, os parâmetros de envelhecimento armazenados são reiniciados. Sem esse procedimento, o módulo de comando continua utilizando os dados da bateria antiga, o que pode comprometer as estratégias de carregamento e os cálculos do estado da bateria, reduzindo sua vida útil.

Qual é a importância da temperatura da bateria para o cálculo do estado da bateria?

A temperatura da bateria influencia significativamente sua capacidade, resistência interna e capacidade de aceitar carga. Por isso, o valor da temperatura é continuamente considerado nos cálculos de SOC, SOH e SOF. Especialmente em baixas temperaturas, a capacidade de partida disponível diminui significativamente, de modo que a gestão de energia ajusta o controle do alternador e o controle dos aparelhos consumidores de acordo com essa situação.

Por que é que, em caso de falha no IBS, a comunicação LIN também deve ser verificada?

O IBS disponibiliza seus valores de medição à gestão de energia por meio do barramento LIN ou de interfaces específicas do fabricante. Mesmo falhas de comunicação podem fazer com que faltem dados atuais dos sensores e que sejam utilizados valores substitutos. Isso frequentemente resulta em registros na memória de falhas, desativação de funções de conforto ou restrição no controle do alternador, embora o próprio sensor não apresente nenhuma falha interna.

Por que, muitas vezes, não basta apagar um registro da memória de falhas após um reparo do IBS?

Após trabalhos no sistema de bateria, muitos veículos exigem medidas adicionais de inicialização. Dependendo do conceito do veículo, pode ser necessário registrar a bateria, reiniciar o sistema de gestão de energia ou calibrar o IBS. Somente depois disso é que o módulo de comando voltará a dispor de valores de referência corretos para o cálculo do estado da bateria e para o controle do alternador.

Por que um aumento na corrente de repouso pode causar restrições nas funções de conforto, mesmo com a bateria em bom estado?

Uma corrente de repouso elevada de forma contínua reduz a capacidade energética disponível da bateria. Se a gestão de energia detectar essa condição por meio do IBS, determinados aparelhos consumidores de conforto ou módulos de comando serão desligados, dependendo da estratégia operacional. Essas medidas visam proteger a capacidade de partida e não significam necessariamente que os aparelhos consumidores desligados apresentem algum defeito.

Quais dados em tempo real são especialmente relevantes para o diagnóstico de um sensor IBS?

Para um diagnóstico fundamentado, além da memória de falhas, devem ser avaliados, em especial, a tensão da bateria, a corrente de carga e de descarga, a temperatura da bateria, bem como os parâmetros de estado calculados: SOC, SOH e SOF. Além disso, a verificação da comunicação LIN e do controle do alternador fornece informações importantes para determinar se a causa da falha está nos sensores, no fornecimento de energia ou na transmissão de dados.

Sensor inteligente de bateria (IBS) – Estrutura, funcionamento e diagnóstico

HELLA TECH WORLD – O parceiro da oficina

O IBS como unidade central de medição e controle:
o sensor inteligente de bateria (IBS) monitora continuamente a corrente, a tensão e a temperatura da bateria do motor de partida e fornece os dados de medição que servem de base para toda a gestão de energia dos veículos modernos.
Cálculo preciso do estado da bateria:
o IBS calcula, a partir dos valores medidos, os parâmetros State of Charge (SOC), State of Health (SOH) e State of Function (SOF), que controlam, entre outros, o controle do alternador, o sistema Start-Stop e o gerenciamento de carga.
Integração ao sistema por meio da comunicação do veículo:
o sensor processa seus dados de medição por meio de um microprocessador integrado e os transmite, geralmente pelo barramento LIN, ao sistema de gerenciamento da bateria, que, a partir deles, determina a estratégia de recarga e outras funções relacionadas ao fornecimento de energia.
O diagnóstico sistemático evita a substituição desnecessária:
falhas típicas geralmente são causadas por corrosão, conexões de terra soltas, baterias com defeito, falhas na fiação ou no barramento LIN, bem como registros incorretos da bateria, e devem ser identificadas por meio de inspeção visual, dados de diagnóstico e teste da bateria.
É necessário registrar a bateria após a troca:
após a troca da bateria do motor de partida, em muitos veículos é necessário registrar os dados da bateria na gestão de energia e, se necessário, realizar inicializações ou calibrações para garantir uma estratégia de carga correta.

As informações técnicas e conselhos práticos seguintes foram elaborados pela HELLA, com o intuito de apoiar as oficinas profissionalmente nos trabalhos do dia a dia. As informações disponibilizadas neste website só devem ser utilizadas por pessoal especializado e devidamente qualificado.

O sensor inteligente de bateria na gestão moderna de energia

A gestão de energia dos veículos modernos evoluiu consideravelmente nos últimos anos. Enquanto antigamente a bateria do veículo servia exclusivamente como acumulador de energia para o processo de partida, hoje ela desempenha uma função central dentro de uma complexa rede elétrica do veículo. Inúmeros aparelhos consumidores elétricos, sistemas Start-Stop, recursos de conforto e sistemas de assistência ao motorista impõem exigências elevadas ao abastecimento de energia. Ao mesmo tempo, é preciso cumprir as exigências legais para a redução do consumo de combustível e das emissões de CO₂.

Para atender a esses requisitos de maneira confiável, a simples medição da tensão da bateria já não é suficiente. Por isso, os veículos modernos utilizam um sensor inteligente de bateria (IBS). Ele monitora constantemente o estado da bateria do motor de partida e fornece todos os valores de medição relevantes à gestão de energia.

Atualmente, o IBS constitui a base para inúmeras funções, como o sistema Start-Stop, o controle inteligente do alternador, o diagnóstico da bateria, o gerenciamento de carga e o registro da bateria. Mesmo pequenos desvios nas medições podem fazer com que as funções de conforto sejam limitadas ou que códigos de erro sejam registrados na gestão de energia.

Funções do sensor IBS

Na maioria dos fabricantes de veículos, o sensor IBS é instalado diretamente no polo negativo da bateria do motor de partida. Sua função não se limita apenas ao monitoramento do estado da bateria. Como unidade central de medição, ela registra os parâmetros elétricos relevantes e, assim, constitui a base para toda a gestão de energia do veículo.

Entre suas principais funções estão:

Medição contínua da tensão da bateria
Detecção da corrente de carga e descarga
Medição da temperatura da bateria
Cálculo do estado de carga (State of Charge – SOC)
Cálculo do estado da bateria (State of Health – SOH)
Determinação da potência de partida disponível (State of Function – SOF)
Monitoramento da corrente de repouso
Comunicação com o módulo de comando da gestão de energia
Base para o controle inteligente do alternador

Os valores medidos são transmitidos continuamente ao gerenciamento da bateria. Isso permite avaliar a qualquer momento qual é a potência elétrica disponível no momento.

1. Parafuso de fixação do cabo de aterramento 2. Terminal do polo da bateria 3. Módulo do sensor na carcaça 4. Conector do barramento de dados 5. Shunt no sensor

Placa com microprocessador e sensor de temperatura

Estrutura e função do sensor inteligente de bateria

O sensor de bateria é um componente mecatrônico destinado ao monitoramento do estado da bateria.

No caso do sensor de bateria, o termo “inteligente” refere-se a um microprocessador integrado que possui um componente de software. Ele pode ser dividido nas áreas de mecânica, módulo eletrônico e software.

Mecânica

O conjunto de mecânica é composto pelo terminal da bateria e pelo cabo de aterramento, utilizados para realizar a conexão à bateria.

Ela desempenha as seguintes funções:

Conexão elétrica entre a carroceria e o polo negativo da bateria
Montagem do elemento sensor para medição de corrente
Instalação do módulo eletrônico
Estabelecimento do contato térmico entre o polo negativo da bateria e o sensor de temperatura
Conexão de terra do IBS (a alimentação de tensão é fornecida por um cabo de alimentação separado)
Proteção dos componentes eletrônicos

Módulo eletrônico

O módulo eletrônico tem a função de detectar a tensão, medir a corrente que circula e a temperatura da bateria.

O módulo eletrônico é composto pelos seguintes componentes:

Placa com o circuito eletrônico de análise
Resistência de medição para medição de corrente (shunt)
Sensor de temperatura

A medição da corrente é realizada por meio de um resistor shunt de alta precisão. Todas as correntes de carga e descarga passam por esse resistor de medição. A partir da queda de tensão resultante, o sistema eletrônico calcula a corrente atual da bateria. Dependendo do veículo, é possível medir faixas de medição superiores a ±1.000 A. Paralelamente à medição de corrente, o sensor monitora constantemente a tensão da bateria. Mesmo pequenas variações de tensão fornecem informações importantes sobre o nível de carga e permitem tirar conclusões sobre o estado da bateria. Um sensor de temperatura integrado mede continuamente a temperatura da bateria. Como a capacidade da bateria depende fortemente da temperatura, esse valor é incorporado diretamente em todos os cálculos da gestão de energia. Em baixas temperaturas, por exemplo, a potência de partida disponível diminui consideravelmente. O módulo eletrônico processa todos os valores medidos e realiza cálculos complexos.

Entre outros, estão:

Integração de corrente
Verificações de plausibilidade
Modelos de envelhecimento
Compensação de temperatura
Autodiagnóstico

Os dados são então transmitidos digitalmente para o módulo de comando da rede elétrica do veículo.

Software

Como o sensor inteligente da bateria pode ser considerado um módulo de comando completo, ele possui um programa próprio. A implementação específica varia de acordo com o fabricante, mas o princípio básico é semelhante na maioria dos sistemas. O núcleo do software é o modelo de bateria.

Aqui, as grandezas medidas são associadas a tabelas de características e modelos matemáticos armazenados.

São levados em consideração, por exemplo:

Tipo de bateria (AGM, EFB ou bateria convencional de chumbo-ácido)
Temperatura
Envelhecimento
Histórico de carregamento e descarregamento

O modelo da bateria reproduz o comportamento real da bateria com a maior precisão possível.

Representação esquemática de um sensor IBS. O ASIC constitui o núcleo eletrônico do sensor inteligente da bateria. Ele mede as grandezas físicas de corrente, tensão e temperatura e processa os dados de medição obtidos.

Comunicação e integração do sistema

Os valores medidos pelo sensor IBS são transmitidos por uma linha de comunicação ao módulo de comando central, como, por exemplo, o módulo de comando do motor.

Os valores medidos são consultados tanto durante a condução quanto com o veículo parado.

Dependendo do fabricante, a comunicação ocorre por meio de:

Barramento LIN (o mais comum)
Interface BSD (por exemplo, BMW)
Barramento CAN (raramente diretamente)

Nas gerações atuais de veículos, o sensor IBS se comunica quase exclusivamente por meio do barramento LIN (Local Interconnect Network). O barramento LIN representa uma conexão de comunicação serial econômica entre sensores e módulos de comando. O módulo de comando do gerenciamento da bateria atua como mestre LIN, enquanto o IBS funciona como escravo.

Por meio do barramento LIN, são transmitidas, entre outras, as seguintes informações:

Tensão da bateria
Energia da bateria
Temperatura da bateria
Nível da bateria e de carga
Informações sobre erros
Informações de diagnóstico

Caso a comunicação LIN seja interrompida, a gestão de energia costuma operar com valores substitutos. Isso pode limitar o uso de diversas funções de conforto.

Cálculo do estado da bateria

O IBS não mede apenas grandezas elétricas, mas também calcula, a partir delas, diversos parâmetros de estado.

State of Charge (SOC)

O SOC indica o nível atual de carga da bateria.
Ele é calculado com base no consumo de corrente, nos ciclos de carga, na tensão da bateria e na temperatura.
O valor é expresso em porcentagem.

State of Health (SOH)

O SOH descreve o estado de envelhecimento da bateria.
Com o avanço da idade, a capacidade útil diminui.
A gestão de energia considera esse valor no controle do alternador e nas funções de Start-Stop.

State of Function (SOF)

O SOF descreve a potência de partida disponível no momento.

Nesse contexto, são levados em consideração, entre outros, os seguintes fatores:

Temperatura
Resistência interna
Estado de carga
Envelhecimento

Se o SOF cair abaixo de um limite definido, a função Start-Stop, por exemplo, será desativada.

Controle inteligente do alternador

O IBS constitui a base dos sistemas modernos de controle de alternadores. Enquanto as gerações mais antigas de veículos operavam o alternador de forma contínua com tensão praticamente constante, nos sistemas modernos a tensão do alternador é regulada de acordo com a condição de carga, o estado da bateria e a estratégia de operação. A gestão de energia determina, com base nos dados fornecidos pelo IBS, quando e com qual potência a recarga será realizada.

Algumas estratégias típicas são:

Carregamento intensificado durante as fases de empurrão
Redução da potência do alternador durante a aceleração
Aumento da potência do alternador antes das operações de partida e parada
Recarga de acordo com a necessidade

Isso permite reduzir o consumo de combustível e as emissões de CO₂.

Monitoramento da corrente de repouso

Depois de desligar e travar o veículo, a rede elétrica do veículo permanece ativa inicialmente. Os módulos de comando armazenam dados operacionais, os sistemas de conforto concluem suas funções e as redes de comunicação entram gradualmente em modo de repouso. Somente quando todos os módulos de comando relevantes concluem suas rotinas de desligamento, o veículo entra em estado de repouso completo do barramento.

Durante esse período, o sensor da bateria monitora continuamente a corrente retirada da bateria. Dessa forma, a gestão de energia pode identificar se o consumo de energia diminui adequadamente após o desligamento ou se algum aparelho consumidor ou módulo de comando permanece ativo.

Caso a gestão de energia detecte uma corrente de repouso excessivamente alta, várias medidas podem ser tomadas.

Elas incluem, por exemplo:

Desativação de aparelhos consumidores elétricos individuais dos sistemas de conforto
Limitação da iluminação interna
Desligamento dos módulos de comando
Desativação do aquecimento auxiliar
Gravação de um registro de diagnóstico

O desligamento de um aparelho consumidor não significa necessariamente que ele esteja com defeito. Muitas vezes, trata-se de uma reação de proteção em resposta a um baixo nível de carga da bateria.

O objetivo é manter uma reserva de energia suficiente para a próxima partida do motor.

Baterias AGM e EFB em conjunto com o IBS

Os sistemas Start-Stop modernos utilizam predominantemente baterias AGM (Absorbent Glass Mat) ou EFB (Enhanced Flooded Battery).

Esses tipos de bateria diferem significativamente das baterias convencionais de chumbo-ácido em relação ao comportamento de carga, à resistência interna e à vida útil em ciclos de carga e descarga.

O IBS leva essas características em consideração ao calcular o estado de carga.

Se for instalada uma bateria incorreta ou se o registro da bateria não for realizado, a gestão de energia poderá calcular estados de carga incorretos.

As possíveis consequências são:

Função Start-Stop limitada
Redução da vida útil da bateria
Carga incompleta da bateria
Erros registrados na gestão de energia

Dados técnicos

Faixa de tensão de funcionamento	Tensão única (6 – 16,5 V)
Tensão nominal	12 V
Tensão com polaridade invertida	– 16,5 V / 60 s
Tensão de teste	13,8–14,2 V
Corrente de operação	10 mA
Corrente de repouso	≤ 200 μA
Resistência nominal (shunt)	68 μΩ
Corrente de carga contínua	± 175 A
Corrente máxima	1.500 A
Faixa de temperatura	-40 °C até +105 °C
Temperatura de pós-aquecimento	+105 °C até +120 °C
Temperatura de armazenamento	-20 °C até +55 °C
Protocolo	LIN 2.0 ou superior
Grau de proteção	IP 6K9K
Torque de aperto permitido do terminal de polo da bateria	5 Nm ± 1 Nm
Capacidade máx. da bateria	500 Ah
Testado	ECE-R10

* Trecho das especificações técnicas

As especificações técnicas podem variar de acordo com o modelo.

Pino 1: tensão da bateria B+ e pino 2: barramento LIN — Pino 1: tensão da bateria B+; pino 2: barramento LIN

Instruções de manutenção e reparo

Registro da bateria com a ferramenta de diagnóstico

Troca e registro da bateria

Em muitos fabricantes de veículos, é necessário realizar o registro da bateria após a troca da bateria do motor de partida.

Nesse contexto, os seguintes dados, entre outros, são armazenados na gestão de energia:

Capacidade da pilha
Tipo de bateria
Código do fabricante
Número de série

Com o registro, todos os parâmetros de envelhecimento são reiniciados. Caso esse procedimento não seja realizado, a gestão de energia continuará utilizando os dados da bateria antiga. Isso pode resultar em uma estratégia de recarga incorreta e reduzir a vida útil da nova bateria. O registro da bateria é feito, dependendo do fabricante do veículo, por meio de um equipamento de diagnóstico adequado.

Causas típicas de falhas

As falhas no sensor IBS muitas vezes não são causadas pelo próprio sensor.

Entre as causas mais comuns estão:

Corrosão no polo da bateria
Terminais do polo da bateria soltos
Cabos de aterramento danificados
Subtensão
Bateria com defeito
Umidade no sensor
Interrupções do cabo
Falhas no barramento LIN
Registro incorreto da bateria
Danos mecânicos

Um diagnóstico sistemático evita a troca desnecessária de peças.

Falhas típicas registradas via OBD

Falhas no sistema IBS ou na gestão de energia costumam resultar em registros na memória de falhas. Os códigos de falha e as designações variam de acordo com o fabricante do veículo. Os códigos de falha típicos do OBD dizem respeito a falhas de comunicação, sinais de sensores implausíveis ou uma avaliação incorreta do estado da bateria.

Entre os tipos de falhas mais comuns estão:

Erro de comunicação entre o IBS e o módulo de comando (barramento LIN)
Sensor da bateria – Sinal inválido
Sensor da bateria – Curto-circuito ou interrupção
Não é possível calcular o estado da bateria
Corrente de repouso muito alta
Carga da bateria insuficiente
Sistema Start-Stop desativado devido ao estado da bateria

No dia a dia da oficina, essas falhas costumam ocorrer acompanhadas de limitações das funções de conforto. Isso inclui, por exemplo, uma função Start-Stop desativada, potência reduzida do alternador ou mensagens como “Carregar bateria” ou “Modo de economia de energia ativado”.

Diagnóstico

O diagnóstico do sensor da bateria deve, em princípio, começar com uma inspeção visual. Nesse contexto, é preciso verificar, em especial, se os seguintes pontos apresentam danos ou corrosão:

Polos da bateria
Conexões de aterramento
Conectores do IBS
Roteamento dos cabos

Em seguida, é realizado o diagnóstico do módulo de comando por meio de um equipamento de diagnóstico adequado. Nesse contexto, dependendo do veículo, do sistema ou do equipamento de diagnóstico, as seguintes informações podem ser consideradas na identificação de falhas:

Memória de falhas
Dados em tempo real do IBS
Comunicação LIN
Tensão da bateria
Corrente de carga e descarga
Temperatura da bateria
Estado de carga
Controle do alternador

Os dados da comunicação dos módulos de comando são a informação base para a detecção de erros e para um reparo bem sucedido.  Além disso, recomenda-se testar a bateria com um equipamento adequado.

Ao substituir o sensor IBS, é necessário seguir as especificações do fabricante.

O sensor não deve ser alterado mecanicamente nem aberto.

Após trabalhos na bateria ou no IBS, dependendo do fabricante do veículo, podem ser necessárias as seguintes medidas:

Registro da bateria
Reinicialização da gestão de energia
Calibração do sensor da bateria
Limpeza da memória de falhas
Teste de funcionamento do controle do alternador

A falta de inicialização pode levar a cálculos incorretos do estado da bateria.

Sensor IBS - inspecionar e substituir

Neste exemplo, mostramos como testar e substituir o sensor IBS e quais cuidados devem ser tomados durante esses procedimentos. Os passos de trabalho certos em um piscar de olhos.

Conclusão

O sensor IBS evoluiu de um simples sensor de medição para se tornar um componente essencial da gestão de energia. Ao monitorar continuamente a corrente, a tensão e a temperatura, além de calcular parâmetros como State of Charge, State of Health e State of Function, o IBS fornece a base para a gestão da energia conforme as necessidades dos veículos modernos.

Com a crescente adoção de sistemas Start-Stop, baterias AGM e EFB, estratégias de gestão de energia controladas por software e sistemas elétricos de 48 volts, o diagnóstico correto do IBS torna-se cada vez mais importante. Uma inspeção sistemática dos sensores, da comunicação LIN e do registro da bateria permite uma localização precisa de falhas e ajuda a evitar trocas desnecessárias de componentes. O diagnóstico e a manutenção adequados da gestão de energia constituem, portanto, uma parte essencial do dia a dia atual das oficinas.

As informações contidas neste artigo técnico têm como único objetivo fornecer informações técnicas gerais sobre a estrutura, o funcionamento e o diagnóstico de sensores inteligentes de bateria (IBS), bem como de sistemas modernos de gestão de energia. Os sistemas, procedimentos de diagnóstico e medidas de reparo descritos podem variar de acordo com o fabricante do veículo, o modelo, o ano de fabricação e a geração do módulo de comando.

Para serviços de diagnóstico, teste e reparo, devem ser sempre consultadas as informações do fabricante específicas para o veículo, as instruções de reparo e as normas de serviço e segurança vigentes. Em especial, os trabalhos em redes elétricas do veículo de 48 volts devem ser realizados exclusivamente de acordo com as especificações do fabricante e respeitando as medidas de segurança necessárias.

Os códigos de falha OBD e as orientações de diagnóstico apresentados são exemplos típicos da prática em oficinas e podem variar de acordo com o fabricante do veículo e o sistema de diagnóstico. Um diagnóstico preciso de falhas só é possível com base nos dados de diagnóstico específicos do fabricante e em uma inspeção sistemática de todo o sistema.

Reservamo-nos o direito de realizar alterações técnicas e aprimoramentos nos sistemas dos veículos e nas tecnologias de diagnóstico.