Как функционира автомобилната батерия за стартиране и спиране?

Как Има ли автомобил система за автоматично изключване и включване на двигателя Батерия Работи?

Системата за автоматично изключване и включване на двигателя добавя малък, но изискващ по-висока надеждност елемент към по-стария цикъл на работа на стартерната батерия. 12-волтовата (или 24-волтова) помощна батерия под капака на двигателя трябва да изключва двигателя на всяко светофорно прекъсване, да го стартира отново при освобождаване на спирачката, да захранва електрониката в салона по време на всеки период на изключен двигател и да поглъща неравномерни импулси с висок ток от алтернатора и от системата за рекуперативно спиране през останалото време. Нито една от тези функции не съществуваше в по-стария цикъл на работа с един старт на двигателя за всяко пътуване.

За да се разбере как работи батерията за система за автоматично изключване и включване на двигателя, по-полезно е да се разгледа системата около нея, отколкото химическият състав вътре в нея. Химическият състав има значение — незатворена оловно-кисела батерия не може да издържи този цикъл на работа, а батерия EFB или AGM е установеният стандартен отговор; сега се оценява и натриево-йонната батерия като трета възможност — но химическият състав има значение само във връзка с това, което системата изисква от батерията.

Тази статия разглежда действителния работен цикъл: какво се случва от момента, в който превозното средство спре на светофар, до момента, в който потегли ускорено, кога батерията се изразходва, кога се презарежда, какво прави системата за управление на батерията (BMS) и какви изисквания има всеки етап от цикъла към клетките.

_______________________________________________________________________

Какво Се случва По време на стартиране – Спиране?

Пълен цикъл на стартиране–спиране е кратък — обикновено по-малко от — но едновременно задейства почти всяка спецификация на батерията.

• Превозното средство приближава място за спиране. То намалява скоростта си. Алтернаторът често преминава в режим на рекуперативно зареждане, подавайки ток за зареждане обратно към батерията. Напрежението на клемите на батерията обикновено нараства по време на тази фаза.

• Двигателят спира при празен ход. Когато превозното средство спре напълно и водачът задържи педала на спирачката (или в някои системи, когато превозното средство се движи по инерция), управлението на двигателя заповядва спиране на двигателя. Стартерът и зъбчатото колело са готови за следващото пускане. Токът от акумулатора преминава от алтернатора към електрическата система на превозното средство.

• Прозорец на изключване на двигателя. Фаровете, вентилаторът на климатичната инсталация, информационно-забавителната система, уредната табла, паркинг-сензорите, модулите за управление на кузова и дълъг списък по-малки ЕСУ продължават да консумират ток. Това е основната или аксесоарна консумация и при съвременно превозно средство лесно може да достигне няколко ампера.

• Водачът освобождава педала на спирачката (или натиска газта). Стартерът се включва и стартира двигателя. Консумацията на ток рязко се увеличава до няколкостотин ампера за част от секундата до няколко секунди. Напрежението на акумулатора намалява по време на този импулс.

• Рестарт на двигателя. Възобновява се горенето, алтернаторът отново влизат в действие и токът за зареждане потича обратно към батерията. Напрежението се възстановява, след което цикълът се повтаря при следващата спирка.

Тези пет събития се повтарят десетки или стотици пъти по време на градския преход. Освен това те се различават по времетраене, консумация на ток, температура и степен на зареденост през деня и през различните сезони. Тази променливост е най-напрегнатата част от работния цикъл.

_______________________________________________________________________

Защо Батерия Намира се в центъра на системата за стартиране и спиране

В автомобил без функция за стартиране и спиране батерията изпълнява предимно резервна роля. Алтернаторът захранва електрическата система, когато двигателят работи, а батерията служи за стартиране на двигателя и за покриване на краткотрайни електрически нужди, когато двигателят е изключен. Степента на зареденост обикновено е близо до максималната, а батерията рядко се използва за нещо друго освен за кратък, високотоков импулс няколкостотин пъти през целия ѝ живот.

Старт-спирът обръща този приоритет. Сега се изисква от батерията да е активна част от системата, а не резервна. Тя захранва кабината, докато двигателят е изключен, приема неравномерен заряд от рекуперативното спиране и стартира двигателя отново десетки или стотици пъти на пътуване. Останалата част от електрическата архитектура на превозното средство е проектирана въз основа на това, което батерията може да направи, а не обратното. Затова изборът на батерия за програма със старт-спир е по-изискващ от избора на батерия за програма без старт-спир.

По-специфично за програма с натрий-йонни батерии въпросът не е дали натрий-йонната химия може да стартира двигател (може), а дали тази химия може да издържи неравномерното приемане на заряд, работата при частичен заряд и температурното въздействие в моторния отсек през хиляди такива цикли. Останалата част от тази статия подробно разглежда тези изисквания.

_______________________________________________________________________

Три функции на старт-спир Батерия Трябва Да. в една Син gLE Цикъл

Една батерия за старт-спира трябва да изпълнява три задачи, които се припокриват през цялото време на пътуването. Всяка задача оказва различно напрежение върху батерията и химическият състав, който се справя добре с една от тях, може да има затруднения с друга.

• Доставя високотоков импулс за стартиране. Когато двигателят се рестартира, стартерът консумира няколкостотин ампера в продължение на част от секундата до няколко секунди. Напрежението на батерията трябва да остане над прага, необходим за стартера, през целия импулс, дори при температури под нулата. Вътрешното съпротивление и поведението при разреждане на студено определят дали батерията може да достави този импулс, когато това е най-важно.

•Електрическата система, докато двигателят е изключен. Съвременният товар от аксесоари на превозното средство —вентилатор за климатична инсталация, информационно-забавителна система, фарове, сензори, управление на кузова —може да достигне няколко ампера непрекъснато. Батерията за старт-спира трябва да покрива този товар по време на всяко изключване на двигателя, често без помощта на алтернатора. Дългите периоди на изключване на двигателя в задръствания са най-тежкият случай за тази задача.

• Приема зареждане от алтернатора и от рекуперативното спиране. Приемането на заряд е най-чувствителната към химическия състав част от работния цикъл. Алтернаторът подава високотокови импулси обратно към батерията всеки път, когато двигателят се стартира отново и по време на забавяне; рекуперативното спиране добавя нерегулярни високотокови импулси в много съвременни системи за старт-спирине. Батерията трябва да абсорбира тези импулси без газообразуване, без прегряване и без дългосрочни повреди на клетките.

Тези три задачи се припокриват в един и същи курс. От батерията се изисква да стартира двигателя, да остане в частично заредено състояние, да приема заряд, отново да стартира двигателя и да приема допълнителен заряд – често десетки пъти, преди автомобилът да бъде изключен. Химическият състав, който работи добре при една задача, но бързо се деградира при другите, не е подходящ за този работен цикъл.

_______________________________________________________________________

Стартиране, стабилност на напрежението и Резерви за студено време

Работоспособността при стартиране се оценява в ампери за студено стартиране (CCA) и ампери за стартиране (CA). И двете числа описват количеството ток, което батерията може да достави при определена температура и за определен период от време, като поддържа напрежението над определена граница. CCA, измерено при −18 °C (или 0 °F), е стандартното число за студено време, посочено на повечето етикети на автомобилни батерии.

За превозно средство с функция старт-спирка релевантният CCA не е само CCA при първоначалния старт. Това е CCA, който батерията все още може да осигури след хиляди частични цикли и след месеци излагане на температурите в моторния отсек. Вътрешното съпротивление нараства с възрастта на батерията и с намаляването на нивото на заряд, поради което маржът за стартиране при студено време, с който разполага батерията в първия ден, не е същият марж, който ще има през третата година от експлоатацията. Химията на натриевите йони е показала полезно поведение при разреждане при ниски температури в публикувани изпитания, което е една от причините тази химия да привлича внимание в автомобилни проекти за студени климатични зони.

Стабилността на напрежението по време на стартиране е толкова важна, колкото и пиковият ток. Стартерът изисква напрежението да остава над работния си праг през цялото време на стартиране; химическият състав, при който напрежението спада под натоварване, принуждава стартера да работи по-усилено, забавя стартирането и увеличава риска от неуспешно стартиране. Плоският профил на напрежението при повечето натриево-йонни и литиево-йонни клетки по време на високотоков импулс е истинско инженерно предимство пред оловно-киселинната технология, при която напрежението забележимо спада под стартерно натоварване.

_______________________________________________________________________

Приемане на заряд и алтернаторно поведение алтернаторно поведение

Приемането на заряд е частта от работния цикъл, при която автомобилните батерийни програми най-вероятно ще се провалят. Алтернаторът и системата за рекуперативно спиране подават ток към батерията в нерегулярни импулси, а батерията трябва да абсорбира тези импулси, без да бъде повредена. Напълнената оловно-кисела батерия се деградира бързо при този режим: импулси с висок ток при частичен заряд ускоряват корозията на решетката, сулфатацията на пластините и загубата на вода. Батериите EFB и AGM са разработени специално за справяне с този режим, което е причината производителите на автомобили да преминат към тези химически съставки за старт-спирин услуга от самото начало.

Химията на натриевите йони обработва импулсите за високотоково зареждане по различен начин. Елементите с химия на натриеви йони обикновено могат да приемат висока скорост на зареждане, без да се сблъскват със същите проблеми като корозия на решетката или сулфатация на пластините, които характеризират оловно-киселинните батерии. Това прави химията на натриевите йони структурно подходяща за рекуперативно спиране и импулсно зареждане от алтернатора, характерни за режима на движение „старт-спиране“. Дали това предимство се проявява в реални условия, зависи от конкретната химия на елемента, семейството на катода, формата на елемента, стратегията за управление на BMS и интеграцията в превозното средство — това не е автоматично и купувачът трябва да търси валидационни данни, които отговарят на същия модел на импулсно зареждане, генериран от конкретното превозно средство.

Динамичната способност за зареждане — количеството ток, което батерията може да приеме при частичен степен на зареждане, при ниски температури и в края на продължителен период с изключено двигателя — е по-изискващата версия на същия въпрос. Батериите EFB са проектирани така, че да подобряват динамичната способност за зареждане спрямо обикновените оловно-кисели батерии с течна електролитна течност; AGM я подобрява още повече. Натриево-йонната химия е показала полезна динамична способност за зареждане в публикувани изпитания, но реалните стойности се различават значително в зависимост от конструкцията на клетките, а цикълът на работа, на който клетките са изложени в експлоатация, има по-голямо значение от каквито и да било лабораторни резултати.

_______________________________________________________________________

Частичен степен на зареждане, SOC, е d SOH Наблюдение

Акумулаторите за системи за стартиране и спиране рядко работят при 100% степен на зареждане. Алтернаторът и рекуперативното спиране поддържат заряда по време на пътуването, но периодите с изключен двигател, товарът от аксесоарите и кратките стартирания поддържат акумулатора в диапазона 70–80% степен на зареждане през повечето време на експлоатацията му. Това е най-неблагоприятната работна зона за оловно-киселинен акумулатор с течна електролитна течност: сулфатацията се ускорява при частична степен на зареждане, капацитетът намалява по-бързо, а резервът за стартиране при ниски температури се свива.

Современните системи за стартиране и спиране следят състоянието на акумулатора чрез система за управление на акумулатора (BMS) — понякога наричана модул за сензор на акумулатора или интелигентен сензор на акумулатора в документацията на производителите на оригинални части (OEM). BMS отчита степента на зареждане (SOC), степента на здраве (SOH), температурата и тока. Тя използва тези данни, за да реши дали двигателят трябва да се изключи при следващата спирка, дали алтернаторът трябва да зарежда при по-високо или по-ниско напрежение и кога да се предупреди шофьорът, че акумулаторът трябва да бъде заменен.

За програма за стартиране и спиране с натриево-йонни батерии системата за управление на батерията (BMS) не е по избор. Натриево-йонните клетки изискват балансиране на клетките, ограничения за напрежение и ток при високи и ниски температури, както и защита срещу прекомерно разреждане по време на продължителни периоди на изключено двигателя. BMS също трябва да комуникира с електрическата система на превозното средство, за да може алтернаторът и контролерът на рекуперативното спиране да формират импулсите за зареждане според действителното състояние на батерията, а не според обобщен профил за оловно-киселинни батерии с течна електролитна течност. Купувачите, които оценяват натриево-йонните батерии за системи за стартиране и спиране, трябва да обърнат особено внимание на начина, по който BMS е интегрирана в превозното средство, а не само на химичния състав на клетките.

_______________________________________________________________________

Температура, моторно отделение и термичен стрес

Повечето автомобилни допълнителни батерии се намират в моторното отделение или непосредствено извън него. Те са изложени на широк температурен диапазон: студени зимни нощи при минус десетки градуса Целзий, летни температури в моторното отделение, които могат да надхвърлят 60 °C, и средни условия, които бързо се променят между двете. Акумулаторът за старт-спирин система трябва да работи в целия диапазон, а изискванията във всеки край са различни.

При ниски температури акумулаторът трябва да завърта двигателя, когато вътрешното му съпротивление е най-високо. Това е моментът, когато публикуваното поведение при разреждане при ниски температури на натриево-йонната химия става структурно предимство. При високи температури акумулаторът трябва да приема импулси за зареждане, да остава при частичен заряд и да издържа дълги периоди с изключен двигател, без ускорено календарно остаряване. Календарното остаряване е бавната загуба на капацитет, която протича независимо от това дали акумулаторът се използва или не, и се ускорява при по-високи температури за повечето химически съставки.

Покупателят трябва да търси данни за натриево-йонните клетки, които охващат и двете крайни стойности на този диапазон: валидация на стартиране при ниски температури в условията, при които превозните средства ще бъдат използвани на практика, и данни за календарно остаряване при високи температури, които подкрепят многогодишната гаранция, която програмата желае да предложи. Стойностите от лабораторни измервания при 25 °C не могат да заменят нито една от тези две изисквания.

_______________________________________________________________________

Какво изисква това от химията на батерията

Като съберем отново цикъла на работа, химията на батерията за старт-спирт система трябва да осигурява пет неща по време на експлоатация, а не само при изпитания на тестови стендове.

• Надеждно стартиране при ниски температури след хиляди частични цикли и през години на излагане в моторния отсек.

• Високо приемане на заряд при нерегулярния импулсен режим на алтернатора и рекуперативното спиране, при частично заредено състояние и в широк температурен диапазон.

• Стабилна подаване на енергия към аксесоарите по време на продължителни периоди с изключен двигател, без да се допусне батерията да достигне дълбочина на разряд, която я поврежда.

• Дълъг календарен живот при в температури на гине-бей, а не само при стайна температура.

• Координация от БМС така че електрическата система на превозното средство може да формира импулси от алтернатора и регенеративното спиране около реалното състояние на батерията.

Тези пет изисквания са причината защо наводнените оловно-кисели батерии вече не са подходящ отговор за повечето програми за стартиране-спиране, защо ЕФБ и АГМ са станали доминиращи опции и защо натриево-йонните батерии сега сериозно се оценяват. Дали натриево-йонната технология е подходящ отговор за конкретна програма, зависи от начина, по който химията е интегрирана в превозното средство, от настройката на БМС и от валидацията на работния цикъл — а не само от химичната класификация.

_______________________________________________________________________

Защо натриево-йонната химия е подходяща за употреба в програми за стартиране-спиране

Натриево-йонната химия има значима структурна пригодност за работния цикъл на стартиране-спиране поради три причини, които директно съответстват на горепосочените пет изисквания.

• Разреждане при ниски температури. Публикувани изследвания върху няколко семейства катоди за натриево-йонни батерии показват, че натриево-йонната химия запазва полезна капацитетност и по-ниско вътрешно съпротивление при температури под нулата, което е точно там, където е най-важна способността за стартиране при студено време. Това отговаря на изискването за стартиране при студено време.

• Толерантност към импулсно зареждане. Натриево-йонните клетки толерират високи скорости на зареждане, без да претърпяват същия вид корозия на решетката или сулфатизация, на които е подложена оловно-киселата химия. При правилно настроен BMS това отговаря на изискването за високо приемане на заряд.

• Зрялост, подходяща за помощни батерии. Пазарът режимът на работа „старт-спира“ не изисква енергийна плътност на тяговия пакет. Натриево-йонната химия не трябва да достига енергийната плътност на NMC или LFP, за да осигури полезна производителност на помощни батерии с напрежение 12 V или 24 V, а кривата на зрялост за натриево-йонните клетки е добре съгласувана с този режим на работа. Това отговаря на изискванията за календарен живот и координация с BMS, които програма за натриево-йонни клетки може да задоволи на ниво химия и доставка.

Купувач, който влезе в програма за стартиране-спиране с натриево-йонни батерии, осведомен за тези три структурни предимства —и осведомен за внимателността на доставчика, която изисква химията на по-ранен етап —се намира в много по-силна позиция в сравнение с купувач, който влезе, очаквайки натриево-йонните батерии да се държат точно като зрели AGM доставки. Като доставчик на батерии и системи за съхранение на енергия за импортьори, дистрибутори, търговци на едро, търговци на дребно, както и за купувачи от OEM и ODM сектора, PITTAR работи с натриево-йонни клетки

и програми, които са интегрирани с оглед на циклите на стартиране-спиране. Там, където химията отговаря на изискванията на програмата — надеждност при ниски температури, диверсификация на веригата за доставки, ангажименти за многогодишни обеми и интеграция, настроена чрез BMS с електрическата система на превозното средство, — разговорът заслужава внимание. Там, където химията все още не отговаря на изискванията, правилният ход е да се запази текущата опция до промяна на съответствието.

_______________________________________________________________________

Често задавани въпроси

Как функционира батерията за стартиране-спиране ?

Старт-стоп батерията се намира в електрическата система на превозно средство, която автоматично изключва двигателя при режим на празен ход и го стартира отново, когато шофьорът е готов да потегли. При всеки цикъл батерията доставя високотоков импулс за стартиране на двигателя, захранва електрониката в салона и управляващите модули по време на периодите, когато двигателят е изключен, и приема заряд от алтернатора и системата за рекуперативно спиране, след като двигателят отново започне да работи. БМС (системата за управление на батерията) координира степента на зареждане, температурата и ограниченията за ток, така че батерията да може да повтаря този цикъл хиляди пъти през целия си експлоатационен живот.

Какво прави една старт-стоп батерия различна от a обикновен картон батерия?

Обикновената автомобилна батерия е проектирана за прост цикъл на работа: едно пускане на двигателя за всяко пътуване, бавно допълнително зареждане и краткотрайно натоварване от аксесоарите. Батерията за старт-спира е проектирана за хиляди пускания на двигателя за всяко пътуване, нерегулярни високотокови импулси за зареждане от рекуперативното спиране, продължителни периоди с изключен двигател при частично заредено състояние и излагане на температурите в моторния отсек в продължение на много години. EFB, AGM и натриево-йонните батерии са химически състави, проектирани за този по-тежък режим; батериите с наводнени оловно-киселини не са.

Колко пъти една батерия за старт-спира пуска двигателя двигател в неговия живота?

Броят варира значително в зависимост от циклите на движение, климата, интеграцията в превозното средство и химическия състав. Публикуваните от производителите на оборудване (OEM) и от трети страни оценки за системите за старт-спир typically обхващат от десетки до стотици хиляди стартирания през целия експлоатационен живот, но точният брой зависи от конкретния дизайн на клетката, настройката на системата за управление на батерията (BMS) и действителния режим на работа по време на експлоатация. Покупателите трябва да търсят валидационни данни, които отговарят на същия тип режим на работа, на който ще бъдат изложени превозните средства, а не на обобщено лабораторно число.

Батерия за старт-спир ли нужда от специален зарядно устройство?

Понякога. Натриево-йонните, AGM и EFB батерии имат различни профили на зарядно напрежение в сравнение с незатворените оловно-кисели батерии, а използването на неподходящ профил за зареждане може да намали експлоатационния срок или да попречи на пълното презареждане на силно разредена батерия. За програма за старт-спирин с натриево-йонни батерии електрическата система на превозното средство трябва да бъде нагласена според работния диапазон на зарядно напрежение на клетките, а системата за управление на батерията (BMS) трябва да координира действията си с контролера на алтернатора; външен заряден агрегат, използван в складова или сервизна среда, трябва да следва същия профил.

ЗАЩО оценява ли се натриево-йонната технология за старт-спирин употреба?

Химията на натриевите йони е показала полезно разреждане при ниски температури, понася нерегулярни импулси на висок ток при зареждане и не изисква висока плътност на енергия за тяговите батерийни пакети, за да осигури работата на 12-волтови или 24-волтови помощни батерии. Тези структурни предимства отговарят на изискванията за стартиране при студено време, приемане на заряд и зрялост, подходяща за помощни батерии, които определят цикъла на работа „старт-спир“; затова натриево-йонните батерии се оценяват сериозно заедно с EFB и AGM в автомобилните програми.