Właściciel BMW serii 5 przyjeżdża do warsztatu z autem, które nie chce odpalić. Mechanik sprawdza parametry, wymienia główny akumulator AGM zlokalizowany w bagażniku, rejestruje nową jednostkę w sterowniku silnika i oddaje pojazd w pełni sprawny. Tydzień później klient wraca z komunikatem na desce rozdzielczej, informującym o rozładowaniu baterii pomocniczej. Nowo zakupiony akumulator jest w pełni sprawny, a usterka dotyczy drugiego, mniejszego ogniwa, o którego istnieniu kierowcy rzadko mają pojęcie.
Artykuł dotyczy samochodów z tradycyjnym napędem spalinowym oraz mikrohybryd (mHEV), posiadających dwa oddzielne akumulatory ołowiowe o napięciu 12 V. Zagadnienie to nie obejmuje pełnych hybryd i pojazdów elektrycznych, opartych na wysokonapięciowych pakietach litowo-jonowych i całkowicie innej architekturze zasilania.
Skąd wziął się drugi akumulator
W samochodach z lat 90. jedno klasyczne ogniwo 12 V bez problemu obsługiwało wszystkie systemy pokładowe. Alternator na bieżąco uzupełniał ładunek prądu zużyty na zasilanie układu zapłonowego, podstawowego oświetlenia zewnętrznego i analogowego radia. Konstrukcja ta zapewniała pełną stabilność napięcia przy minimalnym obciążeniu.
Współczesne auta z segmentu premium opierają się na zaawansowanej elektronice. Przykładowo Mercedes klasy S generacji W222 posiada na pokładzie ponad 70 niezależnych modułów sterujących (ECU). Każdy z tych układów wymaga stałego zasilania elektrycznego nawet przy wyłączonym zapłonie. Przechowują one w pamięci operacyjnej ustawienia użytkownika, monitorują magistralę CAN, podtrzymują gotowość systemów bezpieczeństwa biernego i komunikują się z modułami alarmu. Całkowity pobór prądu w stanie głębokiego czuwania (ang. quiescent current lub dark current) wynosi obecnie od 20 mA do 80 mA. Uruchomiona fabryczna telematyka lub zewnętrzny lokalizator GPS podnosi tę wartość do 150 mA.
Sprawny akumulator o pojemności 80 Ah poddany ciągłemu poborowi na poziomie 80 mA wytrzyma niecały tydzień bezczynnego postoju, zanim jego napięcie spoczynkowe spadnie poniżej granicy uruchomienia zimnego silnika. Jedno ogniwo obciążone potężnym prądem rozruchowym i całodobowym czuwaniem elektroniki ulegałoby skrajnemu rozładowaniu. Zmusza to inżynierów do podziału instalacji na dwie niezależne gałęzie zasilające.
Podział obowiązków: co robi duży, co robi mały
Główny akumulator w technologii AGM, o pojemności od 60 do 110 Ah (montowany najczęściej w bagażniku lub pod tylną kanapą), obsługuje podczas jazdy wszystkie układy o wysokim poborze mocy. Odpowiada za rozruch silnika, zasilanie klimatyzacji, ładowanie urządzeń pokładowych i oświetlenie. W samochodach z systemem start-stop oraz układem rekuperacji to właśnie to ogniwo błyskawicznie pochłania impulsy ładujące z alternatora i oddaje prąd przy każdym ponownym uruchomieniu silnika na skrzyżowaniu.
Mały akumulator pomocniczy o pojemności od 5 do 30 Ah przebywa w tym samym czasie w stanie uśpienia, będąc podtrzymywanym przez moduł zarządzania energią. Odwrócenie ról następuje w momencie wyłączenia zapłonu i zamknięcia pojazdu. System odcina główny akumulator od sieci, aby chronić jego zdolności rozruchowe, a ciężar zasilania układów postojowych przejmuje mniejsze ogniwo. Pozwala to na nieprzerwane działanie alarmu, systemów eCall i pamięci sterowników, dając jednocześnie „odpocząć” jednostce głównej. Akumulator odpalający potężny silnik przy -10°C po tygodniu postoju na mrozie musi zachować pełny zapas energii elektrycznej.
Systemy bezpieczeństwa i redundancja zasilania
Podwójne źródła zasilania wynikają również bezpośrednio z restrykcyjnych norm bezpieczeństwa. Poważny wypadek drogowy niszczy główny akumulator lub powoduje automatyczne odstrzelenie pirotechnicznego bezpiecznika klemy, odcinając zasilanie z chwilą wybuchu poduszek powietrznych.
Krytyczne systemy pojazdu muszą funkcjonować dalej. Moduł SRS potrzebuje stabilnego prądu przez ułamki sekund do odpalenia napinaczy pasów i bocznych kurtyn. Układy stabilizacji toru jazdy ESP oraz hamowania ABS pracują nieprzerwanie aż do fizycznego zatrzymania wraku. Moduł eCall nawiązuje automatyczne połączenie z dyspozytorem linii ratunkowej, utrzymując transmisję danych i głosu przez wiele minut od zdarzenia.
Mały akumulator pomocniczy pełni w trakcie zderzenia funkcję profesjonalnego zasilacza UPS. Podtrzymuje działanie elektroniki bezpieczeństwa, niezależnie od stopnia zmiażdżenia komory silnika lub zniszczenia tylnych ćwiartek. Zastosowanie drugiego zasilania to fizyczna realizacja unijnego rozporządzenia 2015/758 (obowiązkowy moduł eCall od 2018 roku) oraz restrykcyjnej normy UNECE R94 (wymogi utrzymania prądu przy zderzeniu czołowym).
BMS i IBS: elektronika zarządzająca energią
Dwa równoległe źródła energii w jednej instalacji wymagają nadrzędnego modułu zarządzającego (BMS – Battery Management System). Układ ten opiera swoją pracę o dane z inteligentnego czujnika klemy (IBS), montowanego na biegunie ujemnym baterii głównej lub bezpośrednio na przewodzie masowym.
Czujnik IBS mierzy napięcie z dużą dokładnością, zlicza natężenie prądu przepływającego przez rezystor bocznikowy i monitoruje fizyczną temperaturę obudowy kwasowej. Moduł BMS przelicza na tej podstawie współczynnik stopnia naładowania układu (SoC – State of Charge) i szacuje kondycję wyeksploatowania względem danych fabrycznych (SoH – State of Health). Wyniki trafiają wprost do sterownika silnika.
Algorytmy ładowania kalibruje się fabrycznie pod parametry początkowe konkretnego ogniwa. Wymiana zużytego akumulatora na nowy egzemplarz bez rejestracji w sterowniku komputerowym zmusza auto do pracy w trybie awaryjnym. Stara bateria (z parametrem SoH na poziomie 60%) zmuszała układ do podawania prądu o wyższym napięciu, aby wymusić przepływ ładunków. Uderzenie tym samym prądem w nową, zdrową jednostkę prowadzi do ciągłego przeładowywania (tzw. zjawisko gazowania) i przegrzewania cel. Błąd ten obniża żywotność części o 30–50 procent, prowadząc do awarii w ciągu kilkunastu miesięcy. Procedura „kodowania” akumulatora programem diagnostycznym (np. BMW ISTA, Mercedes Xentry) to niezbędny reset mapy ładowania, zmuszający elektronikę do wygenerowania nowego profilu.
Gdzie szukać drugiego akumulatora w pojeździe
Podwójna architektura zasilania to powszechne wyposażenie koncernu BMW od generacji E60 i E90 (modele z pakietami EfficientDynamics). Układ występuje w Mercedesach od klasy E (W212) i klasy S (W222), a także w seriach GLE i GLC. Inżynierię tę zaadaptowało również Volvo (serie XC i 90) oraz pojazdy grupy VAG oparte na platformach MLB evo oraz MQB.
Ustalenie położenia małego ogniwa sprawia problemy diagnostyczne. W BMW E60 główna bateria pracuje po prawej stronie bagażnika, pod maskownicą, a dodatkowy zasobnik wędruje do komory silnika (w zależności od wersji). W luksusowej limuzynie BMW F01 potężny główny układ chowa się pod dnem bagażnika. Mercedes W222 ma rozruchowy AGM schowany za ścianką grodziową przestrzeni ładunkowej, a mały UPS trafia pod deskę rozdzielczą, tuż obok wiązki bezpieczników. Przeoczenie jego obecności przez diagnostę kończy się natychmiastowym nawrotem błędu.
Kierowca zmuszony do samodzielnej diagnozy weryfikuje instrukcję pod kątem słów „auxiliary battery” lub „back-up battery” i czyta szczegółowy schemat elektryczny bezpieczników. Przed zakupem używanego auta klasy premium z podwójnym układem kierowca zmusza warsztat ASO do wydrukowania pomiarów z czujników IBS. Parametry obydwu ogniw (przechowywane trwale w sterowniku) wykażą realny stopień destrukcji cel, bez względu na to, jak auto wygląda z zewnątrz.
Wymiana i co dzieje się ze starymi akumulatorami
Duży zasobnik rozruchowy wytrzymuje w pojeździe najeżonym elektroniką średnio od 4 do 6 lat pracy. Bateria podtrzymująca zużywa się wolniej ze względu na brak uderzeń prądem rozruchowym (tzw. „szczałów amperażowych”). Autoryzowane stacje obsługi stosują jednak rygorystyczny tryb jednoczesnej wymiany obu elementów. Dwuletnie opóźnienie w usterce małej baterii nie ma sensu ekonomicznego, ponieważ sprowadza kierowcę ponownie do serwisu i zmusza do podwójnego płacenia za skanowanie gniazda OBD i operacje demontażowe kokpitu.
Baterie podtrzymujące VRLA (od 10 do 20 Ah) kosztują na rynku detalicznym od 200 do 600 złotych w zależności od marki producenta. Sama procedura adaptacji sprzętowej (kodowania) to wydatek dodatkowy na poziomie od kilkudziesięciu złotych w warsztatach niezależnych.
Z punktu widzenia przepisów ochrony środowiska obydwa akumulatory stanowią odpady niebezpieczne, sklasyfikowane pod jednym kodem ołowianym. Certyfikowane stacje demontażu oraz skupy przyjmują te elementy, wypłacając rynkową kwotę uwarunkowaną masą urządzenia. Malutki akumulator pomocniczy zawiera precyzyjnie wykonane siatki, wytopione ze stopu ołowiowo-wapniowego (Pb-Ca), o takim samym składzie jak w dużej baterii AGM. Zamiast wyrzucać go do odpadów zmieszanych, oddaje się go pod recykling w skupie złomu, ponieważ w hucie w pełni nadaje się na surowiec wtórny do nowych urządzeń zasilających.
