Sensor de bateria (EBS)

 

Em resumo, existem muitas situações em que praticamente todos os sistemas elétricos podem ser modulados em seu acionamento, tudo depende da necessidade

 

À medida que os veículos foram sendo equipados com um maior número de acessórios e funcionalidades baseadas em sistemas elétricos (como sistema start&stop, direção elétrica, acionamento elétrico de turbos, bombas d’água elétricas, multimídias e sistemas de conforto em geral), o consumo de corrente dos automóveis aumentou gradualmente.

Dessa forma, os benefícios econômicos obtidos pela transição de um sistema mecânico para um sistema elétrico, com controle eletrônico, como no caso da substituição da direção hidráulica pela direção elétrica, só seriam significativos e justificáveis se houvesse também uma mudança de conceito na gestão de energia.

Conceito de gestão de energia:

O conceito de gestão de energia baseia-se na utilização eficiente da energia disponível no veículo, ajustando sua intensidade ou proporção de acordo com a demanda de consumo específica, a fim de evitar desperdícios.

Por exemplo, por que ligar uma bomba elétrica de combustível de forma contínua, consumindo energia elétrica desnecessariamente, quando não é preciso fornecer pressão e vazão máximas de combustível em marcha lenta ou em baixas cargas do motor? Ou por que acionar um eletroventilador com apenas três opções de velocidade e, consequentemente, três níveis de consumo elétrico? Não seria possível criar inúmeras opções de acionamento, velocidades e, portanto, variações de consumo elétrico através de pulsos elétricos modulados?

Do mesmo modo, por que manter um alternador gerando corrente o tempo todo, aumentando a resistência mecânica adicional no motor, aumentando o desgaste e o consumo de combustível? Em resumo, existem muitas situações em que praticamente todos os sistemas elétricos podem ser modulados em seu acionamento, resultando em uma economia significativa de combustível, maior vida útil dos componentes e menor emissão de gases.

Esse é o conceito de gestão de energia, mas para que tudo isso funcione corretamente, é necessário que “alguém” coordene todas essas tarefas. Assim, existem dois componentes do sistema eletroeletrônico de um veículo que ganham importância significativa. Por um lado, temos o sistema de gerenciamento eletrônico, para o qual a maioria das montadoras utiliza a unidade BSI (Interface do Sistema de Carroceria), ou seja, a unidade responsável por se conectar a grande parte dos consumidores elétricos do veículo, como iluminação, conforto, multimídia, entre outros. Algumas montadoras também se referem a essa unidade como ZE (Eletrônica Central).

Outro desafio fundamental para o sistema de gestão de energia é a necessidade de incorporar um sensor que informe a unidade BSI sobre a condição de energia disponível na fonte (ou seja, a bateria). Para esse fim, é necessário contar com um sensor de bateria conhecido pela sigla EBS (Sensor Eletrônico de Bateria).

Funções do EBS:

O sensor de bateria (EBS), assim como qualquer outro sensor utilizado na eletrônica automotiva, tem a função específica de converter grandezas físicas em sinais elétricos, que são posteriormente transmitidos e interpretados por uma unidade de controle eletrônico (pode ser uma unidade BSI ou qualquer outro tipo de ECU). Por essa razão, muitos sensores também são chamados de transdutores elétricos. Mas quais grandezas físicas um sensor EBS pode transformar em sinais elétricos?

Basicamente, existem três grandezas físicas, conforme mostrado na Figura 1: corrente elétrica (expressa em amperes), temperatura e tensão elétrica (expressa em volts).

Dessa forma, utilizando os conhecidos princípios da lei de Ohm, bem como os diferentes fenômenos físicos que afetam a eletricidade, é possível realizar cálculos por meio de software, algoritmos e modelagem matemática para obter valores de referência sobre a condição da bateria. Entre as principais informações que podem ser calculadas a partir dos sinais enviados por um sensor EBS, destacam-se as seguintes:

• “U”: tensão real da bateria.
• “I”: corrente real da bateria.
• “T”: temperatura real da bateria (de forma indireta).
• “SOC”: estado de carga atual (nível de carga).
• “SOH”: envelhecimento da bateria em relação à sua capacidade nominal (estado de saúde).
• “SOF”: eficiência da bateria (estado de funcionamento).

 

Conforme discutido anteriormente, uma unidade BSI lida com informações de alta complexidade que um sistema de gestão de energia precisa monitorar constantemente. Informações como o estado de carga (SOC) não são simples de serem calculadas de forma precisa, pois envolvem diversas variáveis, como tensão, consumo elétrico, temperatura e até mesmo a resistência interna dos componentes da bateria.

O mesmo se aplica à obtenção de informações sobre a “saúde” da bateria (SOH) e sua eficiência (SOF). Todas essas informações são resultados de cálculos realizados por meio de um software e são essenciais para a incorporação de novas funcionalidades, como o sistema start&stop, FlexStart e outras estratégias de funcionamento que dependem de uma informação precisa sobre o estado real da carga da bateria antes de acionar essas funções.

Já imaginaram o problema que seria ter o sistema start&stop desligando o motor em uma situação em que a bateria não possui carga suficiente para ligar o motor novamente?

Por esse motivo, a gestão de energia se torna obrigatória em veículos com uma carga alta de sistemas elétricos e eletrônicos. É fundamental para garantir o bom funcionamento e evitar situações indesejadas.

Intervenções no sensor EBS:

A maioria dos sensores EBS opera e se comunica com a unidade de controle de gestão de energia por meio de protocolos de comunicação de redes veiculares. Um dos protocolos mais utilizados para esse fim é o protocolo de comunicação LIN (Local Interconnect Network).

A rede LIN é caracterizada por utilizar uma interface de fio único de 12V. Na Figura 2 abaixo, é possível ver um exemplo de um sinal LIN característico de um sensor de bateria (EBS).

O mais importante a nível do diagnóstico com relação à análise do sinal do sensor EBS, é a confirmação da integridade do sinal, neste sentido, os pontos a serem observados, são os picos mínimos e máximos do sinal (aproximadamente entre 0 e 12 Volts), assim como, os intervalos caraterísticos de sinal do protocolo LIN o qual pode ser comparado com sinais padrões utilizados para este fim.

O aspecto mais importante em termos de diagnóstico ao analisar o sinal do sensor EBS é confirmar a integridade do sinal. Isso envolve observar os picos mínimos e máximos do sinal, que normalmente variam entre aproximadamente 0 e 12 volts, bem como os intervalos característicos do protocolo LIN, que podem ser comparados com sinais padrões utilizados para esse fim.

Em relação a intervenções técnicas que exigem a desconexão da fonte de energia (bateria), é necessário seguir alguns passos para evitar a perda das informações armazenadas nas unidades eletrônicas de gerenciamento (BSI, ZE ou ECU em geral), o que poderia afetar o funcionamento de algumas funções auxiliares, como start&stop, FlexStart, entre outras.

A Figura 3 mostra os pontos de conexão para a realização dos diferentes tipos de serviços.

Para realizar intervenções no sistema elétrico que exigem a desenergização do sistema de 12 volts, mas sem a necessidade de remover a bateria, existe uma conexão de serviço que desconecta todos os consumidores elétricos do veículo, mas mantém o sensor EBS alimentado para não perder as informações armazenadas nele. Essa conexão de serviço também é conhecida como “falso negativo”.

É importante lembrar que o sensor de bateria (EBS) geralmente está instalado no polo negativo da bateria. Portanto, ao realizar uma conexão auxiliar com uma fonte externa, é recomendável não conectar diretamente o polo negativo da bateria, a fim de evitar arcos voltaicos ou campos magnéticos que possam afetar a integridade do sensor EBS.

Substituição da bateria:

Para substituir uma bateria em veículos com sensores EBS, é necessário realizar o procedimento de reconhecimento da nova bateria, para que o sistema possa se adaptar aos parâmetros da nova unidade de armazenamento. Geralmente, essa função está disponível na opção de “adaptações e ajustes” dos scanners de diagnóstico, e as informações solicitadas pela unidade eletrônica do veículo geralmente incluem:

• Capacidade da bateria em ampere/hora.
• Tipo de bateria (AGM, EFB, BEM, GEL, entre outros).
• Número de série da bateria.
• Marca do fabricante da bateria.

Se essas informações não forem fornecidas à unidade eletrônica após a troca da bateria, o sistema continuará operando com os dados armazenados da bateria anterior. Isso pode resultar em informações e parâmetros de funcionamento incompatíveis com as novas informações enviadas pelo sensor EBS, resultando em inconsistências nos valores do sistema de gestão de energia e bloqueio de funções, como start&stop, FlexStart e outras funções e estratégias do sistema de conforto do veículo.

artigo por Diego Riquero Tournier fotos Arquivo Bosch

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