Por que razão um sensor IBS avariado pode desativar a função “Start-Stop”, apesar de a bateria ainda disponibilizar tensão suficiente?

A tensão da bateria, por si só, não é suficiente para ativar a função “Start-Stop”. O sistema de gestão de energia avalia ainda o nível de carga (SOC), o estado da bateria (SOH) e a potência de arranque disponível (SOF). Se o IBS fornecer valores de medição implausíveis ou se a comunicação falhar, o sistema utiliza valores de substituição e desativa, por precaução, a função “Start-Stop”, para assegurar a capacidade de arranque do motor.

Por que razão uma ligação à massa defeituosa pode causar os mesmos sintomas que um sensor da bateria com defeito?

O IBS mede todas as correntes de carga e descarga através da disposição de massa no polo negativo da bateria. As ligações à massa corroídas ou soltas alteram a medição da corrente e geram cálculos errados do SOC, SOH e SOF. Isso pode dar origem a erros de diagnóstico, limitações nas funções de conforto ou a um controlo inadequado do alternador, apesar de o próprio sensor funcionar tecnicamente sem problemas.

Porque é que é frequentemente necessária um regista da bateria após a substituição da bateria?

Ao efetuar registo da bateria, o sistema de gestão de energia obtém informações sobre o tipo de bateria, a capacidade e a instalação de uma nova bateria. Ao mesmo tempo, os parâmetros de envelhecimento guardados são reiniciados. Sem este passo, o módulo de comando continua a funcionar com os dados da bateria antiga, o que pode distorcer as estratégias de carregamento e os cálculos do estado da bateria, reduzindo assim a vida útil da nova bateria.

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

A temperatura da bateria influencia significativamente a capacidade, a resistência interna e alimentação de carga. Por isso, o valor da temperatura é incorporado de forma contínua no cálculo do SOC, do SOH e do SOF. Especialmente a baixas temperaturas, a potência de arranque disponível diminui significativamente, pelo que o sistema de gestão de energia ajusta respetivamente o controlo do alternador e o controlo dos consumidores.

Por que razão se deve verificar sempre a comunicação LIN em caso de falha do IBS?

O IBS disponibiliza os seus valores de medição ao sistema de gestão de energia através do barramento LIN ou de interfaces específicas do fabricante. A simples falta de comunicação pode fazer com que faltem dados atuais dos sensores e que sejam utilizados valores de substituição. Isso resulta frequentemente em registos na memória de erros, na desativação de funções de conforto ou numa regulação limitada do alternador, apesar de o próprio sensor não apresentar qualquer falha interna.

Por que razão, muitas vezes, não basta apagar um registo da memória de erros após uma reparação do IBS?

Após trabalhos no sistema da bateria, muitos veículos exigem medidas de inicialização adicionais. Dependendo do conceito do veículo, poderá ser necessário registar a bateria, reiniciar a gestão de energia ou calibrar o IBS. Só posteriormente é que o módulo de comando volta a dispor de valores de referência corretos para o cálculo do estado da bateria e para o controlo do alternador.

Por que razão uma corrente de repouso elevada pode causar limitações nas funções de conforto, apesar de a bateria estar em bom estado?

Uma corrente de repouso constantemente elevada reduz a capacidade energética disponível da bateria. Se o sistema de gestão de energia detetar esta situação através do IBS, determinados consumidores de funções de conforto ou determinados módulos de comando são desligados, dependendo da estratégia de operação. Estas medidas visam assegurar a capacidade de arranque e não constituem necessariamente uma falha dos consumidores desligados.

Que dados em tempo real são particularmente reveladores no diagnóstico do IBS?

Para um diagnóstico fundamentado, além da memória de erros, devem ser avaliados, em particular, 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 controlo do alternador disponibilizam indicações importantes sobre se a causa da avaria reside nos sensores, na alimentação de energia ou na transmissão de dados.

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

HELLA TECH WORLD – O parceiro da oficina

O IBS como unidade central de medição e comando:
O sensor de bateria inteligente (IBS) monitoriza continuamente a corrente, a tensão e a temperatura da bateria de arranque 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:
A partir dos valores medidos, o IBS calcula os parâmetros State of Charge (SOC), State of Health (SOH) e State of Function (SOF), que controlam, entre outros, a regulação do alternador, o sistema Start-Stop e a gestão da carga.
Integração no sistema por meio da comunicação do veículo:
O sensor processa os seus dados de medição por meio de um microprocessador integrado e transmite-os, geralmente, através do barramento LIN para o sistema de gestão da bateria. Com esses dados, o sistema de gestão da bateria determina a estratégia de carregamento e outras funções relacionadas com a alimentação de energia.
O diagnóstico sistemático evita substituições erróneas:
As falhas comuns resultam frequentemente de corrosão, ligações à massa soltas, baterias com defeitos, falhas na cablagem ou no barramento LIN, bem como de registos incorretos das baterias. Estas devem ser identificadas através de uma inspeção visual, dados de diagnóstico e verificação das baterias.
Registo da bateria após a substituição:
Após a substituição da bateria de arranque, muitos veículos requerem o registo dos dados da bateria no sistema de gestão de energia e, eventualmente, efetuar inicializações ou calibrações, a fim de garantir uma estratégia de carregamento correta.

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

O sensor de bateria inteligente na gestão de energia moderna

A gestão de energia dos veículos modernos evoluiu consideravelmente nos últimos anos. Enquanto antes a bateria do veículo servia exclusivamente como reservatório de energia para o arranque, hoje em dia desempenha uma função central no seio de um complexo sistema de rede de bordo. Os diversos consumidores elétricos, os sistemas Start-Stop, as funções de conforto e os sistemas de assistência ao condutor impõem exigências elevadas à alimentação de energia. Ao mesmo tempo, existe a necessidade de cumprir os requisitos legais relativos à redução do consumo de combustível e das emissões de CO₂.

Para cumprir estes requisitos de forma fiável, já não basta medir apenas a tensão da bateria. Por isso, os veículos modernos utilizam um sensor de bateria inteligente (IBS). Este dispositivo monitoriza constantemente o estado da bateria de arranque e disponibiliza todos os valores de medição relevantes ao sistema de gestão de energia.

Hoje, o IBS constitui a base para inúmeras funções, tais como o sistema Start-Stop, o controlo inteligente do alternador, o diagnóstico da bateria, a gestão da carga e o registo da bateria. Mesmo pequenos divergências nas medições podem fazer com que as funções de conforto sejam limitadas ou que sejam registados códigos de erro na gestão de energia.

Funções do sensor IBS

A maioria dos fabricantes de veículos instala o sensor IBS diretamente no polo negativo da bateria de arranque. A sua função não se limita apenas à monitorização do estado da bateria. Enquanto unidade central de medição, regista os parâmetros elétricos relevantes que constituem a base para toda a gestão de energia do veículo.

Entre as suas principais funções contam-se:

Medição contínua da tensão da bateria
Registo 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 arranque disponível (State of Function – SOF)
Monitorização da corrente de repouso
Comunicação com a unidade de comando da gestão de energia
Base para o controlo inteligente do alternador

Os valores determinados são transmitidos continuamente ao sistema de gestão da bateria. Desta forma, é possível avaliar a qualquer momento a potência elétrica atualmente disponível.

1. Ponto de fixação do cabo de massa 2. Terminal de polo 3. Módulo do sensor na caixa 4. Conexão do bus de dados 5. Shunt no sensor

Placa com microprocessador e sensor de temperatura

Estrutura e função do sensor de bateria inteligente

O sensor da bateria é um componente mecatrónico que monitoriza o estado da bateria.

No caso do sensor da bateria, a designação “inteligente” refere-se a um microprocessador integrado com software incorporado. Pode ser dividido nas áreas da mecânica, do módulo eletrónico e do software.

Mecânica

Em termos de mecânica, o terminal da bateria com o cabo de massa é designado como o elemento de ligação à bateria.

Este desempenha as seguintes funções:

Ligação elétrica entre a carroçaria e o polo negativo da bateria
Encaixe do elemento sensor para a medição de corrente
Encaixe do módulo eletrónico
Estabelecimento do contacto térmico entre o polo negativo da bateria e o sensor de temperatura
Ligação à massa do IBS (a alimentação é efetuada por meio de um cabo de alimentação separado)
Proteção dos componentes eletrónicos

Módulo eletrónico

O módulo eletrónico tem como função registar a tensão, medir a corrente e a temperatura da bateria.

O módulo eletrónico é composto pelos seguintes componentes:

Placa com o sistema eletrónico de avaliação
Resistência de medição para a medição de corrente (shunt)
Sensor de temperatura

A medição da corrente é efetuada através de uma resistência shunt de alta precisão. Todas as correntes de carga e descarga passam por esta resistência de medição. Com base na queda de tensão assim gerada, o sistema eletrónico calcula a corrente atual da bateria. Dependendo do veículo, é possível medir intervalos de medição com mais de ±1000 A. Para além da medição da corrente, o sensor monitoriza constantemente a tensão da bateria. Mesmo pequenas variações de tensão fornecem informações importantes sobre o estado de carga e permitem tirar conclusões sobre o estado da bateria. Um sensor de temperatura integrado mede continuamente a temperatura da bateria. Uma vez que a capacidade da bateria depende significativamente da temperatura, este valor é imediatamente tido em conta em todos os cálculos relativos à gestão de energia. A baixas temperaturas, por exemplo, a potência de arranque disponível diminui consideravelmente. O módulo eletrónico processa todos os valores medidos e realiza cálculos complexos.

Entre outros, incluem-se:

Integração de energia elétrica
Verificações de plausibilidade
Modelos de envelhecimento
Compensação de temperatura
Autodiagnóstico

Os dados são, em seguida, transmitidos digitalmente para o módulo de comando da rede de bordo.

Software

Uma vez que o sensor de bateria inteligente pode ser considerado um módulo de comando completo, dispõe de um programa próprio. A implementação concreta varia consoante o fabricante, mas na maioria dos sistemas, o princípio básico é semelhante. A peça central do software é o modelo de bateria.

As grandezas medidas são assim associadas a tabelas de características e modelos matemáticos predefinidos.

São tidos em conta, por exemplo:

Tipo de bateria (AGM, EFB, bateria chumbo-ácido)
Temperatura
Envelhecimento
Histórico de cargas e descargas

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

Representação esquemática de um sensor IBS. O ASIC constitui a parte eletrónica central do sensor de bateria inteligente. Mede as grandezas físicas de corrente, tensão e temperatura e processa os dados de medição registados.

Comunicação e integração do sistema

Os valores de medição atuais do sensor IBS são transmitidos através de uma linha de comunicação para o módulo de comando de nível superior, por exemplo, o módulo de comando do motor.

Os valores medidos são registados tanto durante a condução como quando o veículo está parado.

Conforme o fabricante, a comunicação é efetuada por meio de:

Barramento LIN (geralmente)
Interface BSD (por exemplo, BMW)
Barramento CAN (raramente de forma direta)

Nos veículos de gerações atuais, o sensor IBS comunica quase exclusivamente através do barramento LIN (Local Interconnect Network). O barramento LIN constitui uma ligação de comunicação série económica entre sensores e módulos de comando. O módulo de comando de gestão da bateria funciona, neste contexto, como Master LIN, enquanto o IBS funciona como Slave.

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

Tensão da bateria
Corrente da bateria
Temperatura da bateria
Estado da bateria e de carga
Informações sobre erros
Informações de diagnóstico

Se a comunicação LIN falhar, o sistema de gestão de energia funciona frequentemente com valores de substituição. Isso pode limitar o funcionamento de várias funções de conforto.

Cálculo do estado da bateria

O IBS não só mede grandezas elétricas, como também calcula, com base nas mesmas, vários parâmetros de estado.

State of Charge (SOC)

O SOC indica o estado atual de carga da bateria.
É calculado com base no consumo de corrente, nos ciclos de carregamento, na tensão da bateria e na temperatura.
O valor é expresso em percentagem.

State of Health (SOH)

O SOH descreve o estado de envelhecimento da bateria.
Com o passar do tempo, a capacidade útil diminui.
A gestão de energia tem em conta este valor no controlo do alternador e nas funções de Start-Stop.

State of Function (SOF)

O SOF indica a potência de arranque atualmente disponível.

São tidos então em conta, entre outros, os seguintes fatores:

Temperatura
Resistência interna
Estado de carga
Envelhecimento

Se o SOF descer abaixo de um valor-limite definido, a função “Start-Stop”, por exemplo, é desativada.

Controlo inteligente do alternador

O IBS constitui a base dos sistemas modernos de regulação de alternadores. Enquanto as gerações mais antigas de veículos operavam o alternador de forma contínua com uma tensão praticamente constante, nos sistemas modernos a tensão do alternador é regulada em função do estado de carga, do estado da bateria e da estratégia de operação. O sistema de gestão de energia determina, com base nos dados fornecidos pelo IBS, quando e com que potência é efetuado o carregamento.

As estratégias típicas são:

Carregamento intensificado durante as fases de propulsão
Potência reduzida do alternador durante a aceleração
Aumento da potência do alternador antes das operações de arranque e paragem
Recarga de acordo com as necessidades

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

Monitorização da corrente de repouso

Depois de estacionar e trancar o veículo, a rede de bordo permanece inicialmente ativa. Os módulos de comando guardam os dados de operação, os sistemas de funções de conforto desativam as suas funções e as redes de comunicação entram gradualmente no modo de repouso. Só quando todos os módulos de comando relevantes tiverem concluído a sua fase de desligamento é que o veículo se encontra em modo de repouso total do barramento.

Durante esse período, o sensor da bateria monitoriza continuamente a corrente retirada da bateria. Desta forma, o sistema de gestão de energia consegue detetar se o consumo de eletricidade diminui corretamente após desligar o veículo ou se um consumidor ou um módulo de comando permanece ativo.

Se o sistema de gestão de energia detetar uma corrente de repouso excessivamente elevada, podem ser tomadas várias medidas.

Estas incluem, por exemplo:

Desligar consumidores de funções de conforto individuais
Limitar a iluminação do habitáculo
Desligar os módulos de comando
Desativar o aquecimento independente
Guardar um registo de diagnóstico

O desligamento de um consumidor não significa necessariamente que esse consumidor esteja avariado. Muitas vezes, trata-se de uma reação de proteção face a um baixo nível de carga da bateria.

O objetivo é manter uma reserva de energia suficiente para o próximo arranque do motor.

Baterias AGM e EFB em combinação com o IBS

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

Estes tipos de baterias diferem significativamente das baterias chumbo-ácido convencionais no que diz respeito ao comportamento de carga, à resistência interna e à resistência aos ciclos.

O IBS tem em conta estas características no cálculo do estado de carga.

Se for instalada uma bateria incorreta ou se não for efetuado o registo da bateria, o sistema de gestão de energia poderá calcular estados de carga incorretos.

As possíveis consequências são:

Função “Start-Stop” limitada
Duração reduzida da bateria
Carga da bateria incompleta
Erros registados na gestão de energia

Dados técnicos

Gama da tensão de serviço	Singlevolt (6 – 16,5 V)
Tensão nominal	12 V
Tensão de polaridade invertida	– 16,5 V / 60 s
Tensão de ensaio	13,8 – 14,2 V
Corrente de serviço	10 mA
Corrente de repouso	≤ 200 μA
Resistência nominal (shunt)	68 μΩ
Corrente de carga contínua	± 175 A
Corrente máxima	1.500 A
Gama 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
Tipo de proteção	IP 6K9K
Binário de aperto admissível do terminal do polo	5 Nm ± 1 Nm
Capacidade máx. da bateria	500 Ah
Testado	ECE-R10

* Excerto das especificações técnicas

Os dados técnicos podem variar consoante a versão.

Pino 1: Tensão da bateria B+ e pino 2: Barramento LIN — Pino 1: Tensão da bateria B+; Pino 2: Barramento LIN

Avisos de manutenção e de reparação

Registo da bateria com a ferramenta de diagnóstico

Substituição e registo da bateria

Vários fabricantes de veículos requerem o registo da bateria após a substituição da bateria de arranque.

São então guardados, entre outros, os seguintes dados na gestão de energia:

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

Com o registo, todos os parâmetros de envelhecimento são reiniciados. Se este procedimento não for realizado, o sistema de gestão de energia continua a utilizar os dados da bateria antiga. Isto pode resultar numa estratégia de carregamento incorreta e numa redução da vida útil da nova bateria. O registo da bateria é efetuado, dependendo do fabricante do veículo, através de um dispositivo de diagnóstico adequado.

Causas típicas de falhas

Muitas vezes, as falhas no sensor IBS não são causadas pelo próprio sensor.

Entre as causas mais frequentes contam-se:

Corrosão no polo da bateria
Terminais soltos
Cabos de massa danificados
Subtensão
Bateria com defeito
Humidade no sensor
Interrupções na alimentação de energia
Falhas no barramento LIN
Registo incorreto da bateria
Danos mecânicos

Um diagnóstico sistemático evita a substituição desnecessária de peças.

Códigos de erro típicos do OBD

As avarias no sistema IBS ou na gestão de energia levam frequentemente ao registo de erros na memória de erros. Os códigos de erro e as designações variam consoante o fabricante do veículo. Os erros típicos do OBD dizem respeito a falhas de comunicação, sinais de sensores implausíveis ou uma deteção incorreta do estado da bateria.

Entre os erros mais frequentes contam-se:

Erro de comunicação entre o IBS e o módulo de comando (barramento LIN)
Sensor da bateria – sinal implausível
Sensor da bateria – curto-circuito ou interrupção
Não é possível calcular o estado da bateria
Corrente de repouso demasiado elevada
Carregamento da bateria insuficiente
Sistema Start-Stop desativado devido ao estado da bateria

No dia-a-dia da oficina, estes erros surgem frequentemente a par de limitações de funções de conforto. Entre estes incluem-se, por exemplo, uma função “Start-Stop” desativada, uma potência reduzida do alternador ou mensagens como “Carregar bateria” ou “Modo de poupança de energia ativo”.

Diagnóstico

O diagnóstico do sensor da bateria deve sempre começar com uma inspeção visual. Neste contexto, devem ser verificados, em particular, os seguintes pontos quanto a danos ou corrosão:

Polos da bateria
Ligações de massa
Ligações do IBS
Disposição dos cabos

Em seguida, procede-se ao diagnóstico do módulo de comando com um dispositivo de diagnóstico adequado. Dependendo do veículo, do sistema ou do dispositivo de diagnóstico, as seguintes informações podem ser tidas em conta na averiguação de falhas:

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

Os dados da comunicação do módulo de comando são a base para os trabalhos de localização de erros e para uma reparação bem-sucedida.  Além disso, recomenda-se verificar a bateria com um dispositivo de teste de baterias adequado.

Ao substituir o sensor IBS, devem ser respeitadas as especificações do fabricante.

O sensor não deve ser alterado mecanicamente nem aberto.

Após a realização de trabalhos na bateria ou no IBS, poderão ser necessárias as seguintes medidas, dependendo do fabricante do veículo:

Registo da bateria
Reinicialização da gestão de energia
Calibração do sensor da bateria
Apagar a memória de erros
Teste de funcionamento do sistema de regulação do alternador

A falta de inicialização pode causar cálculos errados do estado da bateria.

Sensor IBS – verificar e substituir

Vamos mostrar-lhe, a título de exemplo, como verificar e substituir o sensor IBS e que aspetos é necessário ter em conta durante o processo. Resumo das etapas de trabalho corretas.

Conclusão

O sensor IBS evoluiu de um simples sensor de medição para um componente central da gestão de energia. Através da medição contínua da corrente, da tensão e da temperatura, bem como do cálculo de parâmetros de estado, como o estado de carga (State of Charge), o estado de saúde (State of Health) e o estado de funcionamento (State of Function), o IBS é a base para uma alimentação de energia adaptada às necessidades dos veículos modernos.

Com a crescente utilização dos sistemas Start-Stop, das baterias AGM e EFB, das estratégias de gestão de energia controladas por software e das redes de bordo de 48 volts, o diagnóstico correto do IBS é cada vez mais importante. Uma verificação sistemática dos sensores, da comunicação LIN e do registo da bateria permite uma melhor deteção de falhas e evitar substituições desnecessárias de componentes. O diagnóstico e a reparação adequados dos sistemas de gestão de energia constituem, assim, uma parte essencial do dia-a-dia atual das oficinas.

As informações contidas neste artigo técnico destinam-se exclusivamente a fornecer informações técnicas gerais sobre a estrutura, o funcionamento e o diagnóstico dos sensores de bateria inteligentes (IBS), bem como dos sistemas modernos de gestão de energia. Os sistemas, os procedimentos de diagnóstico e as medidas de reparação descritos podem variar consoante o fabricante do veículo, o modelo, o ano de fabrico e a geração do módulo de comando.

Nos trabalhos de diagnóstico, inspeção e reparação, devem ser sempre respeitadas as informações específicas do fabricante relativas ao veículo, os manuais de reparação, bem como as normas de manutenção e segurança atualmente em vigor. Em particular, os trabalhos em redes de bordo de 48 volts só podem ser realizados de acordo com as especificações do fabricante e respeitando as medidas de segurança necessárias.

Os códigos de erro OBD e as indicações de diagnóstico aqui apresentados constituem exemplos típicos da prática nas oficinas e podem variar consoante o fabricante do veículo e o sistema de diagnóstico. Só é possível efetuar um diagnóstico claro da falha com base nos dados de diagnóstico específicos do fabricante e numa verificação sistemática de todo o sistema.

Reservamo-nos o direito de efetuar alterações técnicas e modificações na tecnologia dos veículos e de diagnóstico.