宝马7系F01／F02轿车供电系统原理解析

赵宝平，郭小红

（1.金肯职业技术学院汽车工程系，江苏 南京 211156；2.南京交通技师学院汽车工程系，江苏 南京 210049）

1 概述

宝马7系是宝马公司顶级的豪华轿车系列，是宝马汽车的旗舰车型，而且只有轿车形式。宝马7系只在德国本土生产，生产商为BMW。级别为全尺寸豪华轿车，车身形式为4门轿车，驱动形式为前置后驱。宝马的历代车型代号及时间为：第1代宝马7系BMW E23 （1977～1986）； 第2代宝马7系BMW E32 （1987～1994）； 第3代宝马7系BMW E38（1995～2001）； 第4代宝马7系BMW E65／E66 （2002～2008）； BMW F01／F02 （2009～）。 目前我们说的新款宝马7系即是第5代宝马7系BMW F01／F02。这款车最早在2008年9月的巴黎车展上正式亮相。新一代平台的第5代宝马7系在2008年底替代E65／E66，长轴距版，代号为F02，比F01长14cm。

随着电子技术的飞速发展及车辆总线系统的灵活运用，车辆舒适、通信和安全系统使用的电气功能不断增多，因此供电系统的作用显得越来越重要。宝马7系 （F01／F02）轿车供电系统重要组件的布置位置如图1所示［1］。

与宝马集团的当前车型一样，宝马7系F01／F02也通过一个能量管理系统确保车内能量分配均衡。作为软件集成在发动机控制单元内的电源管理系统执行能量管理系统功能，新款宝马7系F01／F02车内能量循环回路如图2所示［2］。

能量管理系统包括很多功能，例如：断开供电总线端、断开用电器、调节电气辅助加热器的功率大小、蓄电池充电电压规定值、授权蓄电池放电、提高怠速转速、识别蓄电池状态、车辆编程等功能［2］。

2 蓄电池

蓄电池安装在行李厢地板的中后部，通常使用AGM （吸收式玻璃纤维网垫）蓄电池。AGM蓄电池的容量为90Ah，更换相同容量的蓄电池需要进行注册，更换不同容量的蓄电池需要进行编程。如果系统不记录蓄电池更换信息，动力管理系统会工作异常且可能导致显示检查控制信息和功能限制 （例如各个用电器功率减小或断开）。

2.1 蓄电池配电盒

在蓄电池的上方有一个蓄电池配电盒，如图3所示。分别给4条支路供电 （后部熔断丝盒、前部熔断丝盒、发动机配电盒、电控箱）。为避免混淆，分别针对不同的连接器进行相应的颜色和机械设码 （使用的是高电流接口，因此必须始终确保正确连接）。

2.2 安全型蓄电池接线柱SBK

用于车辆在碰撞、翻车等严重事故时断开发电机以起到保护作用。SBK安装在连接起动机和发电机的蓄电池导线上，在主熔断丝正常的情况下，SBK触发后其他车载网络仍能正常工作，以确保系统仍可执行所有重要功能 （如危险报警灯、电话等）。

特别提醒：燃爆材料引爆后，安全性蓄电池接线柱不得继续使用，必须更换。

2.3 智能型蓄电池传感器IBS

新款宝马7系F01／F02智能型蓄电池传感器的功能范围与以前车型相似，智能型蓄电池传感器IBS是一个用于监控蓄电池状态的机械电子部件，如图4所示。智能指的是IBS具有一个集成式微处理器，该微处理器对有时间要求的测量参数进行计算和评估。在行驶模式下，IBS将相关结果通过LIN总线传输给高级控制单元 （DME／DDE），用以平衡蓄电池的充电和放电电流、计算车辆起动时的电流变化，以便确定蓄电池状态。

智能型蓄电池传感器IBS可以记录电流、电压、电极温度等蓄电池物理参数。IBS内集成的主要功能有：①持续测量各种车辆运行状态下的蓄电池电流、电压和温度；②计算蓄电池指标 （蓄电池指标是指车辆蓄电池的充电和放电电流、电压和温度），作为蓄电池充电和健康状态的基础，在计算蓄电池指标的同时还会事先计算出蓄电池充电状态 （SOC）；③平衡蓄电池充电／放电电流；④持续监控蓄电池的充电状态并在电量不足时传输相关数据；⑤计算发动机起动时的电流特性曲线，以确定蓄电池的正常状态；⑥监控车辆休眠电流；⑦自诊断［2］。

在车辆处于静止状态时，IBS周期性地查询测量值 （空载电压测量），以便识别能量损耗。测量值被输入IBS内的存储器中，并在发动机重新起动后传输到DME／DDE。根据需要 （如休眠电流过高或达到起动能力限值时），IBS通过1根PWM信号导线唤醒接线盒电子装置JB［1］。

2.4 友情提示

关于更换相同容量的蓄电池需要进行注册，更换不同容量的蓄电池需要进行编程。其注册或编程均需在宝马汽车专用诊断仪服务功能栏内完成，根据诊断仪的提示进行操作，需输入的编码为蓄电池壳体上方条形码13开头的一排编码，如图5所示。

如果系统不记录蓄电池更换信息，动力管理系统将会工作异常且可能导致显示检查控制信息和功能限制 （例如各个用电器功率减小或断开）。另外，所谓的燃爆材料是一种化学引爆剂，类似于安全气囊组件内的化学引爆点火剂，只有在车辆出现猛力撞击或翻车事故过程中才会引爆，SBK安装在连接起动机和发电机的蓄电池导线上，燃爆材料一旦引爆后，安全性蓄电池接线柱不得继续使用，必须更换。

3 后部熔断丝盒

由于F01／F02使用的用电器和控制单元较多，因此在行李厢内安装了一个熔断丝盒，称为后部熔断丝盒，如图6所示。熔断丝盒内除熔断丝外，还有一些继电器插接在此或焊接在印刷电路板上，因此，如果某一焊接继电器损坏，则必须更换整个后部熔断丝盒。蓄电池的导线接口位于熔断丝盒背面。

4 前部熔断丝盒

前部熔断丝盒如图7所示，安装在右侧仪表板下方，需要更换熔断丝时必须打开手套箱。在前部熔断丝盒右侧有一个开口，接线盒电子装置 （JB，相关控制单元或用电设备的供电单元）通过该开口与前部熔断丝盒相连。

特别提醒：熔断丝盒和接线盒电子装置必须单独更换。

5 总线端

各个控制单元要想让用电设备工作，必须通过总线系统得到电源或信号。控制总线系统起始位置的称之为总线端，总线端分为逻辑总线端和供电总线端，为控制单元或用电组件供电的称为供电总线端，如图8所示。通过按压START-STOP按钮启用或停用的称为逻辑总线端，如图8所示，逻辑总线端不能作为供电总线端使用，只表示一种状态，其状态以总线信号形式发送至各控制单元［1］。

5.1 供电总线端的控制

1）总线端KL.30。总线端KL.30从蓄电池接线柱接到后部和前部熔断丝盒，一旦蓄电池与电极连接，总线端KL.30上的控制单元就通电。

2）总线端KL.30B。总线端KL.30B为 “驾驶人控车”期间所需的控制单元和电气组件供电。当由于驾驶人操作 （如按压遥控钥匙上的按钮、车辆解锁／闭锁／保险锁死、按压START-STOP按钮、车门触点状态变化、行李厢盖触点状态变化或侧窗玻璃位置变化等）而唤醒车辆通信系统时，30B继电器闭合，总线端KL.30B上的控制单元就通电；当车辆保险锁死且行李厢盖已关闭 （继续运行1 min）、车辆未保险锁死或行李厢盖打开 （继续运行30 min），KL.30B正常断电。

3）总线端KL.30F。总线端KL.30F为 “驾驶人控车”期间所需并且能够在出现故障时断开的控制单元和电气组件供电。KL.30F继电器是一个双稳态继电器，正常情况下，不管总线端通电与否，该继电器始终处于接通状态，只要KL.30B通电，KL.30F也立即通电，只有出现阻止进入休眠模式或未经授权唤醒、超过休眠电流或达到起动能力限值等故障时，才会断开所连接的控制单元和用电器。KL.30F继电器断开后，只有满足某一个接通条件时才会重新接通。

4）总线端KL.15N。总线端KL.15N用于为仅在行驶期间启用的控制单元和电气组件供电。KL.15N通过逻辑总线端KL.15通电和断电，KL.15N断电后系统可继续运行5s以使各控制单元存储数据。KL.15N通电期间， KL.30B和KL.30F也处于通电状态［1］。

5）总线端继电器。F01／F02装有多个用于切断大多数控制单元供电的继电器，见表1。接线盒电子装置控制总线端30F的双稳态继电器，但接收发自中央网关模块ZGM或IBS的请求。阻止进入休眠模式或未经授权唤醒时，ZGM监控车辆状态并记录总线端30B关闭后出现的阻止进入休眠模式或未经授权唤醒事件。超过休眠电流或达到启动能力限值时，IBS在2个控制单元内进行控制总线端30F继电器的相关计算。ZGM监控总线系统内的非法唤醒过程以及休眠模式抑制装置 （使总线系统始终保持启用状态的控制单元）的情况。发动机控制单元（DME／DDE）不断读取并评估蓄电池数值，达到车辆蓄电池启动能力限值时，同样会断开继电器。总线端30F继电器是一个双稳态继电器，在正常条件下STOP始终处于接通状态，只有出现故障时才会断开所连接的用电器。总线端30F继电器断开后，只有满足某一个接通条件时才会重新接通。

表1 切断大多数控制单元供电的继电器

6）一般性措施。作为一般性措施，在车辆处于驻车运行模式时断开总线端 “断开用电器”和总线端 “车内照明装置”。只有车辆未保险锁死时才会采取这些措施，如果车辆已保险锁死就会立即断开这些用电器。涉及用电器：车内照明装置 （前部和后部）、脚部空间照明装置 （前部和后部）、阅读灯 （前部和后部）、 化妆镜照明灯［2］。

5.2 逻辑总线端的控制

1）总线端KL.50。总线端KL.50用于起动发动机。KL.50通过按压START-STOP按钮并踩下制动踏板接通，如图9所示。KL.50接通期间，KL.30B和KL.30F也处于通电状态。在配备有START-STOP装置 （已满足使用条件的前提下，如等红灯时已经自动熄火）的车辆上，通过在D档松开制动踏板或P档挂入D档重新接通KL.50。

2）总线端KL.R。总线端KL.R用于小功率用电设备 （如车载电话）。KL.R可以在发动机工作时停好车辆后按压START-STOP按钮时接通，也可以在KL.15接通的情况下改变驾驶人侧车门状态下接通，如客户在通电话，可以保证其能够继续打完电话。KL.R接通期间，KL.30B和KL.30F也处于通电状态。KL.R接通后在8 min内再次踩下制动踏板并按压START-STOP按钮KL.50接通，如果超过8 min则KL.R会关闭。另外，在KL.R接通后通过再次按压START-STOP按钮或车辆闭锁或达到起动能力限值（即蓄电池严重亏电）时，KL.R会立即关闭，只有KL.30B和KL.30F接通。

3）总线端KL.15。总线端KL.15主要用于让KL.15N通电和断电，通过按压START-STOP按钮来实现。在KL.15接通时，再次按压START-STOP按钮或达到起动能力限值 （即蓄电池严重亏电）时，KL.15会立即关闭，KL.15N在5s后关闭，此时只有KL.30B和KL.30F接通。

在掌握上述供电线路及总线端的控制后，便可对车辆相关故障进行分析和诊断。当出现总线故障时，通过控制单元或电气组件的熔断丝来判断是控制单元或电气组件电路还是总线端和供电组件故障；如果是总线端和供电组件故障，可通过总线端控制特性进一步判断是总线端还是供电组件或START-STOP开关故障；如果是控制单元或电气组件电路故障，可通过测量总线供电线或信号线的电压波形等方法进行判断；如以上线路都没问题，则更换控制单元或电气组件即可［1］。

［1］ 吴书龙. 宝马7系 （F01／F02）供电系统解析［J］. 汽车维护与修理，2014（12）：72-75.

［2］ 刘春辉，孙长勇.剖析新款宝马7系能量管理系统技术改进［J］. 汽车电器， 2015 （7）： 33-38.