Perché un sensore IBS difettoso può disattivare la funzione start-stop, anche se la batteria fornisce ancora una tensione sufficiente?

La sola tensione della batteria non è sufficiente per attivare la funzione start-stop. Il sistema di gestione dell'energia valuta inoltre lo stato di carica (SOC), lo stato della batteria (SOH) e la capacità di avviamento disponibile (SOF). Se l'IBS fornisce valori di misura non plausibili o se la comunicazione viene interrotta, il sistema utilizza valori di riferimento e disattiva preventivamente la funzione start-stop per garantire la possibilità di avviare il motore.

Perché un collegamento a massa difettoso può causare gli stessi sintomi di un sensore batteria difettoso?

L'IBS misura tutte le correnti di carica e scarica attraverso il percorso di massa sul polo negativo della batteria. Collegamenti di massa corrosi o allentati alterano la misurazione della corrente e causano calcoli errati dei valori SOC, SOH e SOF. Questo può causare errori diagnostici, limitazioni del comfort o una regolazione errata del generatore, nonostante il sensore funzioni tecnicamente in modo impeccabile.

Perché spesso è necessaria una registrazione della batteria dopo la sostituzione della batteria?

Con la registrazione della batteria il sistema di gestione dell'energia riceve informazioni sul tipo di batteria, sulla capacità e sull'installazione di una nuova batteria. Allo stesso tempo i parametri di invecchiamento memorizzati vengono azzerati. Senza questo passaggio la centralina continua a utilizzare i dati della vecchia batteria e questo può falsare le strategie di ricarica e i calcoli dello stato della batteria, riducendo così la durata della nuova batteria.

Quale importanza ha la temperatura della batteria nel calcolo dello stato di carica della batteria?

La temperatura della batteria influisce in modo significativo sulla capacità, sulla resistenza interna e sulla velocità di ricarica. Per questo motivo il valore della temperatura viene costantemente integrato nel calcolo dei valori SOC, SOH e SOF. Soprattutto a basse temperature la potenza di avviamento disponibile diminuisce notevolmente e pertanto il sistema di gestione dell'energia regola di conseguenza il funzionamento del generatore e il controllo delle utenze.

Perché, in caso di errore IBS, occorre sempre verificare anche la comunicazione LIN?

L'IBS trasmette i propri valori di misura al sistema di gestione dell'energia tramite il bus LIN o interfacce specifiche del produttore. Anche solo malfunzionamenti nella comunicazione possono causare la mancanza di dati aggiornati dei sensori e l'utilizzo di valori sostitutivi. Questo comporta spesso la registrazione di codici di errore, la disattivazione delle funzioni comfort o una regolazione limitata del generatore, sebbene il sensore non presenti alcun malfunzionamento interno.

Perché spesso non è sufficiente cancellare una voce dalla memoria guasti dopo una riparazione IBS?

Dopo gli interventi sul sistema di batterie molti veicoli richiedono ulteriori misure di inizializzazione. A seconda del tipo di veicolo, potrebbe essere necessario registrare la batteria, ripristinare le impostazioni del sistema di gestione dell'energia o effettuare una calibrazione dell'IBS. Solo dopo questi interventi la centralina dispone nuovamente dei valori di riferimento corretti per il calcolo dello stato della batteria e la regolazione del generatore.

Perché un aumento della corrente di riposo può comportare una riduzione del comfort nonostante la batteria sia in buone condizioni?

Una corrente di riposo costantemente elevata riduce la capacità energetica disponibile della batteria. Se il sistema di gestione dell'energia rileva questa condizione tramite l'IBS, a seconda della strategia operativa vengono disattivate singole utenze comfort o centraline. Queste misure hanno lo scopo di garantire la capacità di avviamento e non indicano necessariamente un difetto delle utenze disattivate.

Quali dati in tempo reale sono particolarmente significativi nella diagnosi dell'IBS?

Per una diagnosi accurata, oltre alla memoria guasti, è necessario valutare in particolare la tensione della batteria, la corrente di carica e di scarica, la temperatura della batteria, nonché i valori di stato SOC, SOH e SOF calcolati. Inoltre il controllo della comunicazione LIN e della regolazione del generatore fornisce indicazioni importanti per stabilire se la causa del guasto va ricercata nei sensori, nell'alimentazione elettrica o nella trasmissione dei dati.

Sensore batteria intelligente (IBS) - Struttura, funzione e diagnosi

HELLA TECH WORLD – The workshop's friend

IBS come unità centrale di comando e misurazione:
il sensore batteria intelligente (IBS) monitora costantemente la corrente, la tensione e la temperatura della batteria di avviamento e fornisce i dati di misurazione che costituiscono la base per l'intera gestione energetica dei veicoli moderni.
Calcolo preciso dello stato della batteria:
il sensore IBS calcola sulla base dei valori misurati i parametri stato di carica (SOC), stato di invecchiamento (SOH) e capacità di avviamento (SOF) della batteria, che controllano tra l'altro la regolazione del generatore, il sistema start-stop e la gestione del carico.
Integrazione nel sistema tramite comunicazione con il veicolo:
il sensore elabora i dati di misurazione tramite un microprocessore integrato e li trasmette, generalmente tramite bus LIN, al sistema di gestione della batteria, che ne ricava la strategia di ricarica e altre funzioni relative all'alimentazione.
Diagnosi sistematica per evitare errori di identificazione:
gli errori tipici sono spesso causati da corrosione, collegamenti di massa allentati, batterie difettose, malfunzionamenti dei cavi o del bus LIN, nonché da registrazioni errate delle batterie, e devono essere individuati tramite ispezione visiva, dati diagnostici e verifica delle batterie.
Registrazione della batteria dopo sostituzione:
dopo la sostituzione della batteria di avviamento in molti veicoli è necessario registrare i dati della batteria nel sistema di gestione dell'energia ed eseguire eventuali operazioni di inizializzazione o calibrazione per garantire una corretta strategia di ricarica.

Le informazioni tecniche e i suggerimenti pratici riportati di seguito sono stati redatti da HELLA per offrire un'assistenza professionale alle officine. Le informazioni contenute in questo sito web devono essere utilizzate esclusivamente da personale tecnico specializzato.

Il sensore batteria intelligente nella moderna gestione energetica

Negli ultimi anni la gestione energetica dei veicoli moderni ha fatto notevoli progressi. Mentre in passato la batteria del veicolo serviva esclusivamente come accumulatore di energia per l'avviamento, oggi svolge un ruolo centrale all'interno del complesso sistema elettrico di bordo. I numerosi dispositivi elettrici, i sistemi start-stop, le funzioni comfort e i sistemi di assistenza alla guida determinano requisiti elevati in termini di alimentazione energetica. Allo stesso tempo è necessario rispettare i requisiti di legge relativi alla riduzione del consumo di carburante e delle emissioni di CO₂.

Per soddisfare questi requisiti in modo affidabile, la semplice misurazione della tensione della batteria non è più sufficiente. I veicoli moderni utilizzano pertanto un sensore batteria intelligente (IBS). Questo sistema monitora costantemente lo stato della batteria di avviamento e fornisce al sistema di gestione dell'energia tutti i valori di misura rilevanti.

Il sensore IBS costituisce oggi la base per numerose funzioni quali il funzionamento start-stop, la regolazione intelligente del generatore, la diagnosi della batteria, la gestione del carico e la registrazione della batteria. Anche piccole variazioni nelle misurazioni possono comportare una limitazione delle funzioni comfort o la registrazione di codici di guasto nel sistema di gestione dell'energia.

Funzioni del sensore IBS

La maggior parte dei costruttori di veicoli installa il sensore IBS direttamente sul polo negativo della batteria di avviamento. La sua funzione non si limita solo al monitoraggio dello stato della batteria. In qualità di unità centrale di misurazione, rileva i parametri elettrici rilevanti e costituisce così la base per l'intera gestione energetica del veicolo.

Tra le sue funzioni principali rientrano:

misurazione continua della tensione della batteria
rilevamento della corrente di carica e di scarica
misurazione della temperatura della batteria
calcolo dello stato di carica della batteria (State of Charge – SOC)
calcolo dello stato di invecchiamento della batteria (State of Health – SOH)
determinazione della capacità di avviamento della batteria (State of Function – SOF)
monitoraggio della corrente di riposo
comunicazione con l'unità di controllo della gestione energetica
base per la regolazione intelligente del generatore

I valori rilevati sono trasmessi costantemente al sistema di gestione della batteria. In questo modo è possibile valutare in qualsiasi momento quale potenza elettrica è attualmente disponibile.

1. Perno di avvitamento del cavo di massa 2. Morsetto batteria 3. Modulo sensore nel corpo esterno 4. Connessione a innesto del bus dati 5. Derivatore del sensore

Scheda elettronica con microprocessore e sensore di temperatura

Struttura e funzionamento del sensore batteria intelligente

Il sensore batteria è un componente meccatronico per il monitoraggio dello stato della batteria.

Nel caso del sensore batteria il termine “intelligente” si riferisce a un microprocessore integrato dotato di software. Può essere suddiviso in componenti meccanici, moduli elettronici e software.

COMPONENTI MECCANICI

I componenti meccanici si riferiscono al morsetto della batteria con il cavo di massa per il collegamento alla batteria.

I componenti meccanici svolgono i seguenti compiti:

collegamento elettrico tra la carrozzeria e il polo negativo della batteria
alloggiamento dell'elemento sensore per la misurazione della corrente
alloggiamento del modulo elettronico
creazione del contatto termico tra il polo negativo della batteria e il sensore della temperatura
collegamento a massa del sensore IBS (l'alimentazione avviene tramite un cavo separato)
protezione dei componenti elettronici

Modulo elettronico

Il modulo elettronico ha la funzione di rilevare la tensione, misurare la corrente passante e la temperatura della batteria.

Il modulo elettronico è composto dai seguenti componenti:

scheda con elettronica di elaborazione
resistenza di misura per misurazione della corrente (shunt)
sensore di temperatura

La misurazione della corrente avviene tramite una resistenza shunt ad alta precisione. Tutte le correnti di carica e di scarica passano attraverso questa resistenza di misura. In seguito alla conseguente caduta di tensione il sistema elettronico calcola la corrente momentanea della batteria. A seconda del veicolo è possibile rilevare intervalli di misura superiori a ±1000 A. Parallelamente alla misurazione della corrente il sensore monitora costantemente la tensione della batteria. Anche minime variazioni di tensione forniscono informazioni importanti sullo stato di carica e consentono di trarre conclusioni sullo stato della batteria. Un sensore di temperatura integrato misura costantemente la temperatura della batteria. Poiché la capacità della batteria dipende in larga misura dalla temperatura, questo valore viene direttamente integrato in tutti i calcoli relativi alla gestione energetica. Ad esempio a basse temperature la capacità di avviamento disponibile diminuisce notevolmente. Il modulo elettronico elabora tutti i valori misurati ed esegue calcoli complessi.

Tra questi rientrano, tra l’altro:

integrazione energetica
controlli di plausibilità
modelli di invecchiamento
compensazione della temperatura
autodiagnosi

I dati vengono poi trasmessi in formato digitale alla centralina della rete di bordo.

Software

Poiché il sensore batteria intelligente può essere considerato una centralina a tutti gli effetti, dispone di un proprio programma. L'attuazione effettiva varia a seconda del produttore, ma il principio di base è simile per la maggior parte dei sistemi. Il fulcro del software è il modello di batteria.

Qui i valori misurati vengono associati alle curve caratteristiche e ai modelli matematici memorizzati.

Sono considerati ad esempio i seguenti aspetti:

tipo di batteria (AGM, EFB, batteria ad acido libero)
temperatura
invecchiamento
Cronologia delle operazioni di carica e scarica

Il modello di batteria riproduce il comportamento reale della batteria nel modo più accurato possibile.

Rappresentazione schematica di un sensore IBS. L'ASIC costituisce l'elettronica centrale del sensore batteria intelligente. Rileva le grandezze fisiche di corrente, tensione e temperatura ed elabora i dati di misura ottenuti.

Collegamento e comunicazione all'interno del sistema

I valori di misura attuali del sensore IBS sono trasmessi tramite una linea di comunicazione alla centralina di livello superiore, ad esempio la centralina del motore.

I valori misurati vengono rilevati sia durante la marcia sia a veicolo fermo.

A seconda del produttore la comunicazione avviene tramite:

bus LIN (modalità più comune)
interfaccia BSD (ad es. BMW)
bus CAN (più raramente in modo diretto)

Nelle attuali generazioni di veicoli il sensore IBS comunica quasi esclusivamente tramite il bus LIN (Local Interconnect Network). Il bus LIN rappresenta una soluzione economica per la comunicazione seriale tra sensori e centraline. La centralina di gestione della batteria funge da master LIN, mentre l’IBS opera come slave.

Tramite il bus LIN vengono trasmesse, tra le altre, le seguenti informazioni:

tensione della batteria
corrente della batteria
temperatura della batteria
stato della batteria, livello di carica
informazioni sugli errori
informazioni di diagnosi

In caso di interruzione della comunicazione LIN, il sistema di gestione dell'energia opera spesso utilizzando valori di riferimento. Questo può comportare una limitazione di alcune funzioni comfort.

Calcolo dello stato della batteria

L'IBS non misura solo grandezze elettriche, ma ne ricava anche diversi parametri di stato.

Stato di carica (SOC)

Il valore SOC indica lo stato di carica momentaneo della batteria.
Viene calcolato in base all'assorbimento di corrente, ai cicli di ricarica, alla tensione della batteria e alla temperatura.
Il valore è indicato in percentuale.

Stato di invecchiamento (SOH)

Il valore SOH indica lo stato di invecchiamento della batteria.
Con l'avanzare de tempo diminuisce la capacità utilizzabile della batteria.
Il sistema di gestione dell'energia tiene conto di questo valore nella regolazione del generatore e nelle funzioni start-stop.

Stato di funzionamento (SOF)

Il valore SOF indica lo stato di funzionamento della batteria.

In questo contesto vengono presi in considerazione, tra gli altri, i seguenti fattori:

temperatura
resistenza interna
livello di carica
invecchiamento

Se il valore SOF scende al di sotto di una soglia prestabilita, viene disattivata, ad esempio, la funzione start-stop.

Regolazione intelligente del generatore

L'IBS costituisce la base dei moderni sistemi di regolazione dei generatori. Mentre le generazioni precedenti di veicoli alimentavano il generatore in modo continuo con una tensione pressoché costante, nei sistemi moderni la tensione del generatore viene regolata in base allo stato di carica, allo stato della batteria e alla strategia di funzionamento. Il sistema di gestione dell'energia decide, sulla base dei dati forniti dall'IBS, quando effettuare la ricarica e a quale potenza.

Le strategie tipiche sono:

ricarica intensificata durante le fasi di spinta
riduzione della potenza del generatore durante l'accelerazione
aumento della potenza del generatore prima delle procedure di avvio e arresto
ricarica in base alle esigenze

In questo modo è possibile ridurre il consumo di carburante e le emissioni di CO₂.

Monitoraggio della corrente di riposo

Dopo avere spento il motore e chiuso a chiave il veicolo, la rete di bordo rimane inizialmente attiva. Le centraline memorizzano i dati di funzionamento, i sistemi comfort disattivano le proprie funzioni e le reti di comunicazione passano gradualmente alla modalità di riposo. Solo quando tutte le centraline interessate hanno completato la rispettiva fase di spegnimento, il veicolo entra in stato di inattività completa del bus.

Durante questo periodo il sensore batteria monitora costantemente la corrente prelevata dalla batteria. In questo modo il sistema di gestione energetica è in grado di rilevare se il consumo di energia elettrica diminuisce correttamente dopo lo spegnimento o se un'utenza o una centralina rimane attiva.

Se il sistema di gestione energetica rileva una corrente di riposo eccessiva, è possibile adottare varie misure.

Questi interventi includono ad esempio:

spegnimento di singoli dispositivi comfort
limitazione dell'illuminazione interna
spegnimento delle centraline
disattivazione del riscaldamento autonomo
salvataggio di una voce diagnostica

Lo spegnimento di un apparecchio non significa necessariamente la presenza di un problema. Spesso si tratta di una reazione di protezione in risposta a un basso livello di carica della batteria.

L'obiettivo è di mantenere una riserva di energia sufficiente per il successivo avvio del motore.

Batterie AGM ed EFB in combinazione con IBS

I moderni sistemi start-stop utilizzano prevalentemente batterie AGM (Absorbent Glass Mat) o EFB (Enhanced Flooded Battery).

Questi tipi di batterie si distinguono nettamente dalle batterie ad acido libero convenzionali per il comportamento di carica, la resistenza interna e la resistenza ai cicli di carica-scarica.

L'IBS tiene conto di queste caratteristiche nel calcolo dello stato di carica.

Se viene installata una batteria non compatibile o se non avviene alcuna registrazione della batteria, il sistema di gestione dell'energia potrebbe calcolare stati di carica errati.

Le possibili conseguenze sono:

limitazione della funzione start-stop
riduzione della durata della batteria
carica della batteria incompleta
registrazioni di dati errate nella gestione energetica

Dati tecnici

Campo tensione d’esercizio	Singlevolt (6 – 16,5 V)
Tensione nominale	12 V
Tensione polarità inversa	– 16,5 V / 60 s
Tensione di prova	13,8 – 14,2 V
Corrente di esercizio	10 mA
Corrente di riposo	≤ 200 μA
Resistenza nominale (shunt)	68 μΩ
Corrente di carico continuo	± 175 A
Corrente massima	1.500 A
Intervallo di temperatura	da -40 °C a +105 °C
Temperatura in riscaldamento	da +105 °C a +120 °C
Temperatura di conservazione	da -20 °C a +55 °C
Protocollo	LIN 2.0 o superiore
Classe di protezione	IP 6K9K
Coppia di avvitamento ammissibile del morsetto batteria	5 Nm ± 1 Nm
Capacità max. della batteria	500 Ah
Omologazione	ECE R10

* Estratto dai dati tecnici

I dati tecnici possono variare a seconda della versione.

Pin 1: Tensione della batteria B+ e pin 2: Bus LIN — Pin 1: Tensione della batteria B+; pin 2: Bus LIN

Istruzioni per la manutenzione e la riparazione

Registrazione della batteria con lo strumento di diagnosi

Sostituzione batteria e registrazione della batteria

Per numerosi costruttori di veicoli è necessario effettuare una registrazione della batteria dopo la sostituzione.

In questo caso nel sistema di gestione energetica vengono memorizzati, tra l’altro, i seguenti dati:

capacità della batteria
tipo di batteria
codice del produttore
numero di serie

Con la registrazione vengono azzerati tutti i parametri relativi all'invecchiamento. Se questa operazione non viene eseguita, il sistema di gestione dell'energia continua a utilizzare i dati della vecchia batteria. Questo può comportare un tipo di ricarica errata e una riduzione della durata della nuova batteria. La registrazione della batteria viene effettuata, a seconda del costruttore del veicolo, tramite un apposito dispositivo diagnostico.

Cause tipiche di guasto

Spesso i guasti al sensore IBS non sono causati dal sensore stesso.

Tra le cause più comuni rientrano:

corrosione del morsetto della batteria
morsetti della batteria staccati
cavi di massa danneggiati
sottotensione
batteria difettosa
umidità nel sensore
interruzioni di corrente
malfunzionamenti del bus LIN
registrazione errata della batteria
danni meccanici

Una diagnosi sistematica evita la sostituzione non necessaria di componenti.

Codici di errore OBD tipici

I malfunzionamenti relativi al sistema IBS o alla gestione dell'energia comportano spesso la registrazione di messaggi di errore nella memoria guasti. A seconda del costruttore del veicolo possono variare i codici di errore e le denominazioni. I codici di errore OBD tipici riguardano problemi di comunicazione, segnali dei sensori non plausibili o una determinazione errata dello stato della batteria.

Tra i difetti più frequenti rientrano:

errore di comunicazione tra IBS e centralina (bus LIN)
sensore batteria – segnale non plausibile
sensore batteria – cortocircuito o interruzione
Impossibilità di calcolare lo stato della batteria
corrente di riposo troppo elevata
carica della batteria insufficiente
sistema start-stop disattivato a causa dello stato della batteria

Nella quotidianità in officina questi difetti si presentano spesso unitamente a limitazioni del comfort. Tra queste rientrano, ad esempio, la disattivazione della funzione start-stop, la riduzione della potenza del generatore o messaggi come "Caricare la batteria" o "Modalità risparmio energia attiva".

Con un dispositivo diagnostico è possibile rilevare i valori di misura attuali, come la tensione, la corrente e la temperatura della batteria.

Diagnosi

La diagnosi del sensore batteria deve sempre iniziare con un controllo visivo. A tal proposito occorre verificare in particolare che i seguenti punti non presentino danni o segni di corrosione:

morsetti della batteria
collegamenti di massa
collegamenti a innesto dell'IBS
percorso dei cavi

Successivamente si procede alla diagnosi della centralina utilizzando un apposito dispositivo diagnostico. A tal proposito, a seconda del veicolo, del sistema o del dispositivo diagnostico, nella ricerca dei guasti possono essere incluse le seguenti informazioni:

memoria guasti
dati in tempo reale dell'IBS
comunicazione LIN
tensione della batteria
corrente di carica e scarica
temperatura della batteria
livello di carica
Regolazione del generatore

I dati della comunicazione della centralina sono la base per la ricerca guasti vera e propria e una riparazione di successo.  Si consiglia inoltre di verificare lo stato della batteria utilizzando un apposito tester.

Durante la sostituzione del sensore IBS è necessario attenersi alle indicazioni del produttore.

Il sensore non deve essere modificato meccanicamente né aperto.

In seguito a interventi sulla batteria o sull'IBS, a seconda del costruttore del veicolo, potrebbero essere necessari i seguenti interventi:

registrazione della batteria
ripristino delle impostazioni di gestione energetica
calibrazione del sensore batteria
cancellazione della memoria guasti
verifica di funzionamento della regolazione del generatore

Una mancata inizializzazione può causare calcoli errati dello stato della batteria.

Controllo e sostituzione del sensore IBS

Qui mostriamo, a titolo esemplificativo, come si controlla e si sostituisce il sensore IBS e a cosa si deve prestare attenzione durante l'operazione. La procedura corretta in sintesi.

Riepilogo

Il sensore IBS si è evoluto da semplice sensore di misurazione a componente fondamentale della gestione energetica. Grazie al monitoraggio continuo di corrente, tensione e temperatura, nonché al calcolo di parametri di stato quali State of Charge, State of Health e State of Function, l’IBS fornisce le basi per un'alimentazione energetica commisurata al fabbisogno dei veicoli moderni.

Con la crescente diffusione dei sistemi start-stop, delle batterie AGM ed EFB, delle strategie di gestione dell’energia controllate via software e degli impianti elettrici a 48 Volt, la corretta diagnosi dell’IBS assume un’importanza sempre maggiore. Il controllo sistematico dei sensori, della comunicazione LIN e della registrazione della batteria consente una ricerca mirata dei guasti e contribuisce a evitare inutili sostituzioni dei componenti. La diagnosi e la riparazione in modo corretto dei sistemi di gestione energetica rappresentano quindi un aspetto essenziale dell'attività quotidiana odierna in officina.

Le informazioni contenute nel presente articolo sono destinate esclusivamente a fornire indicazioni tecniche generali sulla struttura, sul funzionamento e sulla diagnosi dei sensori intelligenti per batterie (IBS) e dei moderni sistemi di gestione dell'energia. I sistemi, le procedure diagnostiche e gli interventi di riparazione descritti possono variare a seconda del costruttore, del modello, dell'anno di costruzione e della generazione della centralina.

Per gli interventi di diagnosi, controllo e riparazione è necessario attenersi sempre alle informazioni specifiche del costruttore relative al veicolo, alle linee guida di riparazione e alle norme di manutenzione e sicurezza attualmente in vigore. In particolare, gli interventi sugli impianti elettrici di bordo a 48 Volt devono essere eseguiti esclusivamente secondo le indicazioni del costruttore e nel rispetto delle misure di sicurezza necessarie.

I codici di errore OBD e le indicazioni diagnostiche qui riportati rappresentano esempi tipici tratti dalla pratica in officina e possono variare a seconda del costruttore del veicolo e del sistema di diagnosi. È possibile effettuare una diagnosi chiara dei guasti solo sulla base dei dati diagnostici specifici del costruttore e di un controllo sistematico dell'intero sistema.

Ci riserviamo il diritto di apportare modifiche tecniche e ulteriori sviluppi alla tecnologia dei veicoli e alla tecnologia di diagnosi.