Каква е натриево-йонната автомобилна батерия за старт-спира?

Какво е натриево-йонно автомобилно стартиране-спиране Батерия?

Повечето съвременни леки автомобили, които се продават днес, са оборудвани с някаква форма на система за стартиране-спиране. Когато автомобилът спре на светофар, двигателят се изключва вместо да работи на празен ход. Когато се отпусне спирачката, двигателят се стартира отново. Спестяването на гориво и намаляването на емисиите, които това осигурява, са малки при всеки цикъл, но се натрупват в значими стойности през целия срок на експлоатация на автомобила.

Акумулаторът под капака на мотора трябва да осигурява работата на тази система. Той трябва да стартира двигателя стотици хиляди пъти през своя експлоатационен живот, да приема високи пикови зарядни токове от алтернатора всеки път, когато автомобилът се движи, и да продължава да захранва електрониката в салона, фаровете, информационно-забавителната система и десетки ЕСУ, докато двигателят е изключен.

Стандартната наводнена оловно-кисела батерия, проектирана за едно пускане на двигателя на път, може бързо да се деградира при работа с функция старт-спир. Затова производителите на автомобили първо преминаха към батерии EFB (улучшени наводнени батерии) и AGM (с абсорбираща стъклена мрежа), предназначени за автомобили с функция старт-спир. Сега се извършва оценка на натриево-йонните батерии като трети химически вариант за тази употреба. Тази статия е основен преглед: какво представлява системата старт-спир, какви изисквания има батерията за старт-спир, какво предлага натриево-йонната химия за този режим на работа, как се сравнява с оловно-киселите, EFB и AGM батерии и какви параметри трябва да проверят B2B купувачите преди закупуване.

_______________________________________________________________________

Какво е автомобилна система старт-спир?

Система старт-спир —понякога наричана стоп-старт, спиране на празен ход или микросмесител —автоматично изключва вътрешногоривния двигател, когато превозното средство спре, и го стартира отново, когато шофьорът пожелае да продължи движение. Системата се активира повечето време по време на градско шофиране: на светофари, в задръствания с често спиране и тръгване, на железопътни пресечки, при чакане в драйв-инове.

Целта е проста. Двигател, който работи на празен ход, изразходва гориво, без да осигурява полезно движение. Елиминирането на това време на празен ход намалява разхода на гориво и емисиите от изпускателната тръба. Степента на намаляване зависи от превозното средство, цикъла на шофиране и честотата на активиране на системата, но повечето публикувани оценки сочат икономия на гориво между 5 % и 10 % при типично градско шофиране.

Съществуват няколко нива на сложност на системите за старт-спирне. Най-простите системи изключват двигателя при пълно спиране и го стартират отново при отпускане на спирачката. По-напредналите системи изключват двигателя, докато превозното средство се движи по инерция към спиране, или за кратко време, докато все още се движи. Регенеративно спиране —където алтернаторът се обръща, за да действа като генератор по време на забавяне — често се комбинира с функцията старт-спир, а батерията трябва да приема тази регенерирана енергия всеки път, когато превозното средство намали скоростта си. Всичко това поставя необичайни изисквания към батерията, които не са съществували при по-стария режим на работа на стартерните батерии: висок ток много пъти на пътуване, нерегулярен прием на висок ток при зареждане, продължителни периоди на частично зареждане и същия температурен диапазон в моторния отсек като оловно-киселинната батерия, която е заместила.

_______________________________________________________________________

Каква е ролята на една батерия за старт-спир?

Една батерия за старт-спир има три основни задачи, които се преплитат през цялото пътуване.

Тя трябва да стартира двигателя. Токът за стартиране е най-високият ток, който батерията доставя по време на експлоатация. —кратък импулс, който продължава от част от секундата до няколко секунди и изтегля няколко стотици ампера от батерията, за да завърти стартерния двигател. Напрежението трябва да остане над прага, необходим за стартерния двигател, през целия импулс.

Той трябва да захранва електрическата система, докато двигателят е изключен. Фаровете, вентилаторът на климатичната инсталация, информационно-забавителната система, приборната табла, модулите за управление на кузова и дълъг списък от по-малки ЕСУ продължават да консумират ток, когато двигателят е спрян. Това понякога се нарича покойна натовареност или натовареност от аксесоари и лесно може да надвиши няколко ампера в съвременно превозно средство.

Той трябва да приема заряд от алтернатора (и от рекуперативното спиране), когато двигателят работи. Превозните средства с функция старт-спира генерират много нерегулярни зарядни събития. Алтернаторът подава ток обратно към батерията всеки път, когато двигателят се рестартира, и всеки път, когато спирачката се освобождава, в шаблони, които се различават значително от бавния, постоянен заряден профил на превозно средство без функция старт-спира.

Тези три задачи създават работен цикъл, който е значително по-тежък от този, за който е проектирана обикновената автомобилна батерия. Очаква се обикновената автомобилна батерия да стартира двигателя няколко стотици пъти през целия си живот и да остава почти напълно заредена по-голямата част от времето. Очаква се батерията за система за автоматично изключване и включване на двигателя да стартира двигателя хиляди или десетки хиляди пъти, да работи при частичен заряд и да поема нерегулярни високотокови зарядни импулси, без да се повреди. Съвременните системи за автоматично изключване и включване на двигателя също непрекъснато следят степента на заряд, състоянието на здравето и температурата. —изключване на функцията за автоматично изключване и включване на двигателя под определен праг на заряд и предварително загряване на батерията през зимата —за да се предпази батерията от задължението да стартира двигателя, когато не може да го направи надеждно.

_______________________________________________________________________

Каква е натриево-йонната автомобилна батерия за старт-спира?

Акумулаторът за автомобилни старт-стоп системи с натриеви йони е по същество 12-волтов (или в някои платформи 24-волтов) автомобилен помощен акумулатор, чиито клетки използват натриево-йонна химия вместо оловно-кисела, AGM, EFB, литиево-йонна или друга химия. Отвън той има същата функция като всеки друг старт-стоп акумулатор: стартира двигателя, захранва електрическата система, когато двигателят е изключен, и приема заряд от алтернатора.

Променя се вътрешната химия. Клетките с натриеви йони използват преминаването на натриеви йони между катод и анод през електролит, провеждащ натриеви йони, с алуминиеви тоководи от двете страни. За автомобилна старт-стоп компонента ключовото е какво предлага тази химия в рамките на този цикъл на работа: изобилни суровини с натрий, тоководи от алуминий от двете страни (необичайно сред комерсиалните химии) и демонстрирано поведение при разряд при ниски температури. —всичко това съответства добре на цикъла на работа на старт-стоп системите.

Това, което натриево-йонната химия в момента не предлага, е енергийна плътност, равностойна на тази на високоенергийните литиево-йонни клетки. Енергийната плътност на натриево-йонните клетки е по-ниска от тази на масовите литиево-йонни клетки, макар да е напълно достатъчна за допълнителна 12-волтова батерия, която не трябва да съхранява енергия за тяговия пакет. Натриево-йонната технология също е на по-ранен етап на търговска зрелост в сравнение с литиево-йонната за автомобилни приложения, което има свои последици за внимателността на купувачите.

_______________________________________________________________________

Защо натриево-йонната химия влиза в приложения със старт-спир

Няколко практически фактора насочват натриево-йонната химия към програми за оценка в приложения със старт-спир.

•Достъпност на ресурси. Натрият е един от най-изобилните елементи в земната кора и в промишлените разсоли. Доставките на суров натрий нямат същия риск от концентрация, който имат дългосрочните доставки на литий, кобалт или никел.

• При ниски температури пускане на двигател. Натриево-йонната химия е показала полезно разреждане при ниски температури. Пускането на двигател при температури под нулата е точно тогава, когато вътрешното съпротивление на батерията има най-голямо значение, а химическият състав, който запазва по-ниско вътрешно съпротивление при ниски температури, има реално предимство.

• Траектория на суровинните разходи. Натриево-йонните клетки използват алуминий от двете страни и избягват кобалт и никел в повечето катодни семейства. Дали тези избори водят до по-ниски разходи за клетките в практиката, зависи от производителя, формата на клетката, обема на производството и катодното семейство —но структурният разходен аргумент е по-благоприятен в сравнение с химии, базирани на по-рядко срещани и по-волатилни материали.

• Диверсификация на веригата за доставки. Много Производители на автомобили и доставчици от първи ешелон намаляват зависимостта си от един-единствен химически състав. Натриево-йонната технология дава на програмите за старт-стоп, които исторически са били ограничени до AGM или EFB, трета възможност за химически състав.

• Съответствие на зрелостта с циклът на работа. Натриево-йонната химия е на подходящо ниво на зрелост за цикъла на работа на помощната батерия. Тя не трябва да съвпада с енергийната плътност на тяговия пакет, за да осигури полезна производителност в помощна батерия от 12 V или 24 V.

Тези фактори не правят натриево-йонната технология подходящ избор за всеки старт-стоп проект. Те обаче я правят убедителен кандидат, който все повече автомобилни покупатели оценяват сериозно.

_______________________________________________________________________

Сравнение на натриево-йонна старт-стоп батерия с оловно-кисели, AGM и EFB батерии

Оловно-киселите, AGM и EFB батерии са установените химически съставки за старт-стоп приложения в автомобилната индустрия. Натриево-йонната технология се позиционира до тях като четвърта опция с различен набор от компромиси.

Оловно-киселите незатворени батерии са традиционният вариант —евтини, широко достъпни и добре разбрани, но бързо се деградират при цикъл на стартиране-спиране при частичен заряд. Батериите EFB са наводнени батерии с подсилване (обикновено от полиестерна мрежа, подобрено активно вещество и по-високо динамично приемане на заряд), проектирани за влизане в автомобили с функция стартиране-спиране от входно ниво. Батериите AGM са премиум вариант: електролитът се задържа в стъклена матична разделителна плоча, вътрешното съпротивление е по-ниско, а животът при цикли и динамичното приемане на заряд са по-високи —стандартно оборудване на много средно класови и премиум автомобили с функция стартиране-спиране, но са по-скъпи от наводнените или EFB батерии.

Натриево-йонните батерии заемат позиция между EFB и AGM по повечето показатели за производителност в публикуваните данни. Те са показали силно разреждане при ниски температури, по-равна крива на цикълния живот при частичен заряд в някои химически състава и не изискват поддържане чрез добавяне на вода. От друга страна, натриево-йонната технология е по-малко зрела за автомобилни приложения, с по-малко валидирани полеви програми и по-ограничена доставна база.

Правилният подход е да се оцени пригодността за конкретната програма, а не да се проявява безусловно предпочитание към дадена технология. Флот от превозни средства в студени климатични зони, който цени диверсификация на веригата за доставки и може да осигури многогодишно задължение за набавяне, може да намери натриево-йонните батерии по-подходящи от AGM. Флот, който поставя най-ниската единична цена като приоритет днес, работи в умерени климатични условия и желае най-широката мрежа за обслужване, може да намери AGM по-подходящи. Решението за химическия състав се взема от програмата, а не от технологията.

_______________________________________________________________________

Къде натриево-йонните стартерни батерии имат смисъл — и къде нямат

Натриево-йонните батерии са добре подходящи за няколко автомобилни приложения и по-малко подходящи за други.

• Пътнически превозни средства в студени климатични зони с функция старт-спир. ане. Нискотемпературното разреждане на натриево-йонните батерии е структурно подходящо за пазари, където зимното стартиране е слабата страна на съществуващите химически съставки.

• Вторични батерии с напрежение 12 V и 24 V. сервиз. Изискването за съхранение на енергия е скромно, изискването за стартерен ток е напълно в рамките на възможностите на натриево-йонните батерии, а предимството при разреждане на студено време е полезно на много пазари.

•Стратегии за набавяне, които ценят диверсификация на химическите съставки. Флоти и програми на производители на автомобили (OEM), които искат да намалят зависимостта от единична химическа съставка и да се отдалечат от вериги за доставка, концентрирани в кобалт, никел и литий, могат да използват натриево-йонните батерии като убедителна трета алтернатива до AGM и EFB.

• Програми, които може да поддържа ангажимент за обеми в продължение на няколко години. Химическите съставки от по-ранен етап увеличават капацитета си по-бързо, когато купувачите се ангажират с обеми за няколко години. Натриево-йонните батерии отговарят на програми, структурирани около истинско партньорство за доставки, а не на програми, които търсят еднократна покупка по най-ниска цена.

Те са по-малко подходящи за програми, които имат нужда от най-широкото възможно покритие от сервизна мрежа в момента, където инфраструктурата за оловно-кисели и AGM батерии е по-добре развита, както и за програми, които изискват дълбоко валидирана, многогодишна практика в реални условия за тяхната специфична конструкция на превозно средство. Автомобилни програми с натриево-йонни батерии вече са внедрени, но досегашната им история в експлоатация все още не е толкова обширна, колкото тази на AGM батериите. Тези ограничения не изключват натриево-йонните батерии от употреба в системи за стартиране-спиране. Те просто определят областите, в които тази химическа технология е най-убедителен кандидат за набавяне в настоящия момент.

_______________________________________________________________________

Какво трябва да проверят купувачите преди набавянето

За екип за B2B набавяне, който оценява натриево-йонни автомобилни батерии за системи за стартиране-спиране, в процеса на проучване на доставчиците трябва да се извършат няколко проверки.

• Потвърдете химическият състав и форматът на клетките. Различните семейства катоди за натриево-йонни батерии, различните анодни материали, различните формати на клетки и различните конструкции на батерийните блокове водят до различни експлоатационни характеристики. Покупателят трябва да знае кое семейство катоди се доставя, кой формат на клетки се използва и кой производител е произвел клетките. Една и съща маркировка „натриево-йонна“ може да прикрива продукти със значими различия.

•Потвърдете пусковите характеристики при температурите на експлоатация. Пусковите ампери (CA), студените пускови ампери (CCA) и волт-амперната характеристика по време на пусковия импулс трябва да се тестват при температурите, на които превозните средства ще работят в реални условия. Маркетинговите стойности, получени при 25 °C °C на изпитателен стенд, не могат да заместят валидацията в студени климатични условия.

• Потвърдете броя цикли на живот при действителния режим на работа. Числата за цикловия живот от производител трябва да се уточняват спрямо дълбочината на разреждане, температурата, скоростта на зареждане и критерия за край на жизнения цикъл. Една и съща химия от двама различни доставчици може да показва различни резултати при едно и също полево изпитание, а един и същи доставчик може да публикува различни числа в маркетинговите си материали и в независими изпитания.

•Потвърдете статуса на автомобилната сертификация. Имат значение сертификацията ECE R100 или еквивалентна регионална хомологация, изпитанията за транспорт UN 38.3, системата за управление на качеството IATF 16949 за доставчиците на клетки и батерийни блокове, както и клиент-специфичните програми за валидация. Натрий-йонната химия е на по-ранен етап от гледна точка на обхвата на сертификацията в сравнение с литий-йонната; покупателят трябва да установи кои сертификати притежава конкретният продукт и кои притежава доставчикът, преди да вземе решение за закупуване.

•Потвърдете търговската стабилност и инфраструктурата за поддръжка. Химическите състави от по-ранен етап изискват по-голяма активност от доставчиците в сравнение с узрелите химически състави. При оценката трябва да се включат финансовата стабилност, ангажиментите за производствени мощности за няколко години, процесите за гаранции, техническите поддръжни екипи и документационните следи.

• Оценете алтернативния път за доставка. Стандартизацията на формата на натриево-йонните клетки все още е в процес на формиране, затова фиксирането на един-единствен доставчик на клетки създава по-голям риск за доставките в сравнение с фиксирането на един-единствен доставчик на клетки при узряла химия. Покупателят трябва да помисли за резервно доставяне, какви резервни планове са практически осъществими и каква допълнителна цена ще внесе това резервно доставяне.

Покупател, който встъпва в преривисто търсене на натриево-йонни клетки, като е осведомен за тези точки за верификация и който структурира отношенията с доставчика така, че да ги отчете —е в много по-силна позиция от купувач, който влиза с очакването натриево-йонните батерии да се държат точно като зрели AGM доставки. Като доставчик на батерии и системи за съхранение на енергия, обслужващ импортьори, дистрибутори, търговци на едро, търговци на дребно, както и купувачи от OEM и ODM сектора, PITTAR работи с програми за натриево-йонни клетки, подходящи за старт-стоп и допълнителни задачи. Където химичният състав отговаря на конкретна стратегия за набавяне —надеждност при студено време, диверсификация на веригата за доставки, ангажименти за обеми в продължение на няколко години —разговорът си заслужава провеждането. Където химичният състав още не отговаря, правилният ход е да се задържи текущата опция, докато съответствието не се промени.

_______________________________________________________________________

Често задавани въпроси

Какво е разликата между обикновена автомобилна батерия и a старт-Стоп батерия?

Обикновената автомобилна батерия е проектирана за прост цикъл на работа: стартиране на двигателя, приемане на бавно допълнително зареждане и захранване на аксесоарите, когато двигателят е изключен. Батерията за старт-спирин е проектирана за много по-тежък цикъл на работа: хиляди стартирания, продължителни периоди при частично заредено състояние, нерегулярни високотокови импулси за зареждане и захранване на аксесоарите, докато двигателят е изключен. Батериите за старт-спирин използват усилена химия —EFB, AGM или натриево-йонна —за удовлетворяване на тези изисквания.

Може ли един обикновена автомобилна батерия be използвано i в автомобил с функция старт-спирин?

Тя може да работи кратко време в базови системи за старт-спирин, но ще се деградира бързо при такъв цикъл на работа. Повечето производители на автомобили изискват EFB, AGM или (в по-нови програми) натриево-йонна батерия, тъй като стандартните незатворени батерии не са проектирани за по-тежкия цикъл на зареждане и разреждане.