Co je sodno-iontová automobilová baterie pro systém start-stop?

Co je sodíko-iontová automobilová baterie start-Stop Baterie?

Většina moderních osobních automobilů prodávaných dnes je vybavena nějakou formou systému start-stop. Když vozidlo zastaví u semaforu, motor se vypne místo toho, aby běžel naprázdno. Po uvolnění brzdy se motor znovu spustí. Úspora paliva a snížení emisí, které tento systém přináší, jsou na jednu cyklickou operaci malé, avšak v průběhu životnosti automobilu se tyto úspory kumulují do významných hodnot.

Baterie pod kapotou musí tento systém zajišťovat. Během své životnosti musí spouštět motor stotisíckrát, přijímat vysoký nárazový nabíjecí proud od alternátoru pokaždé, když se vozidlo pohybuje, a současně napájet elektroniku kabiny, světlomety, informačně-zábavní systém a desítky řídících jednotek (ECU), i když je motor vypnut.

Standardní olověná baterie s kapalným elektrolytem, navržená pro provozní cyklus jednoho startu na jízdu, se může při použití ve vozidlech se systémem start-stop rychle degradovat. Proto výrobci automobilů nejprve přešli na baterie EFB (zlepšené baterie s kapalným elektrolytem) a AGM (baterie s absorpční skleněnou maticí) pro vozidla se systémem start-stop. Nyní se jako třetí chemická varianta pro tento účel hodnotí sodno-iontová technologie. Tento článek poskytuje základní přehled: co je systém start-stop, jaké požadavky kladou na baterii, jaké výhody nabízí sodno-iontová chemie pro tento provozní režim, jak se porovnává s olověnými bateriemi, EFB a AGM a co by měli zakupující B2B ověřit před zakoupením.

_______________________________________________________________________

Co je automobilový systém start-stop?

Systém start-stop —někdy označovaný jako stop-start, idle stop nebo mikrohybrid —automaticky vypne spalovací motor, když vozidlo zastaví, a znovu jej spustí, jakmile řidič chce pokračovat v jízdě. Tento systém je aktivní většinou během městské jízdy: na semaforech, v provozu s častým zastavováním a rozjížděním, na železničních přejezdech nebo při čekání ve frontě u otevřených okének.

Účel je jednoduchý. Motor běžící naprázdno spotřebuje palivo, aniž by poskytoval užitečný pohyb. Odstranění tohoto nečinného režimu snižuje spotřebu paliva i emise z výfukového systému. Velikost úspor závisí na konkrétním vozidle, jízdním režimu a četnosti aktivace systému; většina publikovaných odhadů uvádí úsporu paliva v rozmezí 5–10 % při typické městské jízdě.

Existuje několik úrovní sofistikace systému start-stop. Nejjednodušší verze vypíná motor při úplném zastavení vozidla a znovu jej spouští po uvolnění brzdy. Pokročilejší systémy vypínají motor již během zpomalování vozidla před zastavením nebo dokonce krátce i při stále probíhající jízdě. Regenerativní brzdění —kde je alternátor obrácen tak, aby působil jako generátor při zpomalení – často se používá spolu se systémem start-stop a baterie musí přijmout tuto regenerovanou energii pokaždé, když vozidlo zpomaluje. Všechno to klade na baterii neobvyklé požadavky, které v starším provozním cyklu pro startovací baterie neexistovaly: vysoký proud mnohokrát za jízdu, nepravidelné přijímání vysokého proudu při nabíjení, dlouhé období částečného nabití a stejný rozsah teplot v motorovém prostoru jako u olověné baterie, jejíž náhradou je.

_______________________________________________________________________

Co musí dělat baterie pro systém start-stop?

Baterie pro systém start-stop má tři základní úkoly, které se během každé jízdy překrývají.

Musí roztáčet motor. Proud pro roztáčení je nejvyšší proud, který baterie dodává v provozu. —je to krátký výkon trvající zlomek sekundy až několik sekund, při němž baterie dodává do startéru několik set ampérů. Napětí musí po celou dobu tohoto výkonu zůstat nad prahovou hodnotou, kterou startér vyžaduje.

Musí zásobovat elektrický systém, i když je motor vypnutý. Světlomety, ventilátor klimatizace, informačně-zábavní systém, přístrojová deska, moduly řízení karosérie a dlouhý seznam menších elektronických řídicích jednotek (ECU) nadále odebírají proud, i když je motor zastaven. Tento jev se někdy označuje jako klidové zatížení nebo příslušenství zatížení a u moderního vozidla může snadno přesáhnout několik ampérů.

Musí přijímat náboj od alternátoru (a také z rekuperace brzdění), když motor běží. Vozidla se start-stop funkcí generují mnoho nepravidelných nabíjecích událostí. Alternátor vrací proud do baterie pokaždé, když se motor znovu spustí, a také pokaždé, když je uvolněno brzdění – tyto vzory se výrazně liší od pomalého, stálého doplňovacího nabíjecího profilu vozidel bez funkce start-stop.

Tyto tři úkoly dohromady vytvářejí provozní cyklus mnohem náročnější, než je navržen pro běžnou automobilovou baterii. Běžná automobilová baterie má za úkol nastartovat motor pouze několik setkrát během své životnosti a většinu doby zůstává téměř plně nabita. Start-stop baterie musí nastartovat motor tisíckrát nebo desetitisíckrát, pracovat při částečném stavu nabití a bez poškození absorbovat nepravidelné pulzy vysokého nabíjecího proudu. Moderní start-stop systémy také neustále sledují stav nabití, stav zdraví a teplotu baterie. —zakázání funkce start-stop pod hranicí určitého stavu nabití a předehřívání baterie v zimním období —aby se zabránilo tomu, aby byla baterie požadována k nastartování motoru v případě, kdy to spolehlivě nemůže zvládnout.

_______________________________________________________________________

Co je sodno-iontová automobilová baterie pro systém start-stop?

Sodno-iontová automobilová start-stop baterie je v podstatě 12voltová (nebo u některých platforem 24voltová) automobilová pomocná baterie, jejíž články využívají sodno-iontovou chemii místo olověně-kyselinové, AGM, EFB, lithiově-iontové nebo jakékoli jiné chemie. Zvenku má stejný účel jako jakákoli jiná start-stop baterie: roztáčení motoru, napájení elektrického systému při zastaveném motoru a příjem náboje od alternátoru.

Změnou je vnitřní chemie. Sodno-iontové články využívají pohybu sodných iontů mezi katodou a anodou prostřednictvím elektrolytu vedoucího sodné ionty, s hliníkovými proudovými sběrači na obou stranách. U automobilové start-stop součásti je rozhodující to, co tato chemie poskytuje v rámci daného provozního cyklu: hojná surovina sodíku, hliníkové proudové sběrače na obou stranách (což je mezi komerčními chemiemi neobvyklé) a prokázané chování při vybíjení za nízkých teplot. —všechny tyto vlastnosti se rozumně shodují s požadavky start-stop provozního cyklu.

To, co chemie sodíku-ionů v současné době nedosahuje, je rovnost energetické hustoty s vysokoenergetickými lithiovými články. Energetická hustota článků se sodíkem-iony je nižší než u běžných lithiových článků, avšak pro pomocnou 12voltovou baterii, která nemusí ukládat energii trakčního balíčku, je zcela dostačující. Chemie sodíku-ionů je také v ranější fázi komerční zralosti než lithiová chemie pro automobilové aplikace, což má své vlastní důsledky pro pečlivost kupujících.

_______________________________________________________________________

Proč se chemie sodíku-ionů dostává do aplikací start-stop

Několik praktických faktorů tlačí chemii sodíku-ionů do programů hodnocení pro aplikace start-stop.

•Dostupnost surovin. Sodík patří mezi nejrozšířenější prvky v zemské kůře i v průmyslových slaných vodách. Dodávky surovin sodíku nevykazují stejná rizika koncentrace jako dodávky lithia, kobaltu nebo niklu v dlouhodobém horizontu.

• Chladné počasí spouštění motoru. Chemie sodík-ion ukázala užitečné vybíjecí chování za nízkých teplot. Spouštění motoru při podnulových teplotách je právě to místo, kde nejvíce záleží na vnitřním odporu baterie, a chemie, která udržuje nižší vnitřní odpor za nízkých teplot, má skutečnou výhodu.

• Vývoj nákladů na suroviny. Buňky sodík-ion používají hliník na obou stranách a ve většině rodin katod vyhýbají kobaltu a niklu. Zda se tyto volby v praxi projeví nižšími náklady na buňky, závisí na výrobci, formátu buňky, výrobním objemu a rodině katod —ale strukturální nákladový případ je příznivější než u chemií založených na vzácnějších a cenově nestabilnějších materiálech.

• Diverzifikace dodavatelského řetězce. Mnoho Výrobců OEM a dodavatelů úrovně Tier-1 snižuje závislost na jediné chemii. Sodík-ion nabízí programu start-stop, který byl dříve omezen na AGM nebo EFB, třetí možnost chemie.

• Shoda stupně zralosti s cyklus zatížení. Chemie sodík-ion je na správné úrovni zralosti pro cyklus zatížení pomocné baterie. Nemusí odpovídat energetické hustotě trakčního balíčku, aby poskytovala užitečný výkon v pomocné baterii 12 V nebo 24 V.

Tyto faktory neznamenají, že chemie sodík-ion je správnou volbou pro každý systém start-stop. Znamenají však, že sodík-ion je důvěryhodnou alternativou, kterou stále více automobilových zakupujících vážně zvažuje.

_______________________________________________________________________

Porovnání start-stop baterie se sodík-ionovou chemií s olověnou kyselinou, AGM a EFB

Olověná kyselina, AGM a EFB jsou dosavadní chemie používané v automobilových systémech start-stop. Sodík-ion se zařadil mezi ně jako čtvrtá možnost s jinou sadou kompromisů.

Zatopené olověno-kyselinové baterie jsou zavedenou volbou —levné, široce dostupné a dobře známé, ale rychle se degradují při cyklickém spínání a vypínání motoru při částečném stavu nabití. Baterie EFB jsou otevřené baterie s posílením (obvykle polyesterní síťka, zlepšený aktivní materiál, vyšší dynamická schopnost přijímat nabíjení), navržené pro základní vozidla se systémem start-stop. Baterie AGM patří mezi prémiové stávající řešení: elektrolyt je uchycen v separátoru z E-skla, vnitřní odpor je nižší, životnost při cyklickém provozu i dynamická schopnost přijímat nabíjení jsou vyšší —standardní výbava mnoha středně cenově zařazených a prémiových vozidel se systémem start-stop, avšak dražší než otevřené baterie nebo baterie EFB.

Sodíko-iontové akumulátory se v publikovaných údajích nacházejí mezi EFB a AGM z hlediska většiny parametrů výkonu. Prokázaly vynikající chování při vybíjení za nízkých teplot, plošší křivku životnosti při provozu s částečným stavem nabití u některých chemických složení a nepotřebují doplňování vody. Na druhé straně je sodíko-iontová technologie pro automobilové aplikace méně zralá, má méně ověřených provozních programů a menší dodavatelskou základnu.

Správný přístup spočívá v posouzení vhodnosti pro konkrétní program, nikoli v obecné preferenci jedné technologie. Flotila pohybující se v chladných klimatických podmínkách, která cení diverzifikaci dodavatelského řetězce a je schopna zavázat se k dlouhodobému zásobování, může sodíko-iontové akumulátory považovat za vhodnější než AGM. Flotila, která dává přednost nejnižší jednotkové ceně v současnosti, pohybuje se v mírném klimatu a požaduje co nejširší servisní síť, může za vhodnější považovat AGM. Volba chemického složení patří programu, nikoli technologii.

_______________________________________________________________________

Kde mají smysl sodíko-iontové start-stop akumulátory – a kde nemají

Natrium-ionové akumulátory jsou vhodné pro několik automobilových aplikací, ale pro jiné méně vhodné.

• Osobní vozidla v chladných oblastech s funkcí start-stop. osobní vozidla v chladných oblastech s funkcí start-stop. Nízkoteplotní vybíjecí chování natrium-ionové chemie je strukturálně vhodné pro trhy, kde je zimní spouštění slabým místem stávajících chemických systémů.

• Pomocné baterie 12 V a 24 V. pomocné baterie 12 V a 24 V. Požadavek na ukládání energie je skromný, požadavek na proud pro spouštění je dobře v rámci možností natrium-ionových akumulátorů a výhoda při vybíjení za studena je užitečná na mnoha trzích.

•Strategie zakoupení, které preferují diverzifikaci chemického složení. Fleety a programy výrobců automobilů, které chtějí snížit závislost na jediné chemii a odstranit se od dodavatelských řetězců zaměřených na kobalt, nikl a lithiu, mohou použít natrium-ionové akumulátory jako důvěryhodnou třetí možnost vedle AGM a EFB.

• Programy, které může podporovat závazek k objemu po dobu několika let. Chemické složení v rané fázi rozšiřuje kapacitu rychleji, pokud kupující zavážou objem na několik let. Natrium-iontové baterie odpovídají programům založeným na skutečném partnerství při získávání zdrojů, nikoli programům zaměřeným na jednorázový nákup za nejnižší cenu.

Je méně vhodné pro programy, které potřebují nejširší pokrytí servisní sítě již dnes, kde je infrastruktura olověných a AGM baterií lépe zavedená, a také pro programy, které vyžadují hluboce ověřený provozní záznam po několik let v konkrétní architektuře vozidla. Automobilové programy s natrium-iontovými bateriemi byly nasazeny, ale jejich provozní historie není zatím tak rozsáhlá jako historie AGM baterií. Tyto hranice natrium-iontové baterie pro start-stop služby nevylučují. Definují spíše oblasti, kde je tato chemická složení dnes nejvíce důvěryhodným kandidátem pro zakoupení.

_______________________________________________________________________

Co musí kupující ověřit před zakoupením

Pro tým B2B zakoupení hodnotící natrium-iontové automobilové start-stop baterie patří několik kontrol do procesu ověřování dodavatele.

• Potvrďte chemie a formát článků. Různé rodiny katod pro sodíkové ionty, různé anodové materiály, různé formáty článků a různé návrhy balení vedou k odlišnému výkonu. Kupující by měl vědět, která rodina katod je dodávána, který formát článků se používá a který výrobce články vyrobil. Stejný označení „sodíkový iont“ může skrývat významně odlišné produkty.

•Ověřte startovací výkon při teplotách nasazení. Startovací proud (CA), studený startovací proud (CCA) a průběh napětí během startovacího impulsu by měly být testovány při teplotách, kterým budou vozidla ve skutečnosti vystavena v provozu. Marketingová čísla z testovacího stolu při 25 °C °C nejsou náhradou za ověření za podmínek nízkých teplot.

• Ověřte životnost v cyklu za skutečného provozního režimu. Čísla životnosti baterií od výrobce je třeba upřesnit podle hloubky vybití, teploty, rychlosti nabíjení a kritéria pro konec životnosti. Stejná chemie od dvou různých dodavatelů může v rámci stejného polního testu vykazovat odlišné výsledky a stejný dodavatel může uvádět odlišná čísla v marketingových materiálech a ve třetích nezávislých testech.

•Ověřte stav certifikace pro automobilové aplikace. Všechny tyto položky mají význam: homologace podle předpisu ECE R100 nebo ekvivalentní regionální předpis, přepravní test podle normy UN 38.3, systém řízení kvality IATF 16949 pro dodavatele článků a balení a zákaznické specifické programy ověřování. Chemie sodík-ion je v porovnání s chemií lithiu-ion v ranější fázi získávání certifikací; kupující by měl před uzavřením zakázky mapovat, které certifikace má konkrétní produkt a které má dodavatel.

•Ověřte obchodní stabilitu a infrastrukturu podpory. Chemie v rané fázi vývoje vyžadují důkladnější dodavatelskou kontrolu než zralé chemie. Součástí hodnocení by měla být finanční stabilita, závazky k výrobním kapacitám na několik let dopředu, procesy poskytování záruk, týmy technické podpory a dokumentační stopy.

• Posoudit možnost dodávek od druhého dodavatele. Standardizace formátu sodno-iontových článků je stále v průběhu, takže uzavření smlouvy s jediným dodavatelem článků představuje vyšší riziko dodávek než v případě zralé chemie. Kupující by měl zvážit záložní dodávky, jaké záložní plány jsou prakticky realizovatelné a jaké náklady tyto záložní opatření přinášejí.

Kupující, který se do procesu nákupu sodno-iontových článků vstupuje s vědomím těchto kontrolních bodů – a který navrhuje vztah se svým dodavatelem tak, aby tyto body řešil —je ve výrazně silnější pozici než kupující, který přichází s očekáváním, že sodno-iontové akumulátory budou fungovat přesně stejně jako zralé AGM zdroje. Jako dodavatel baterií a systémů pro ukládání energie, který slouží dovozcům automobilových baterií, distributorům, velkoobchodníkům, prodejcům a zakoupením OEM a ODM, spolupracuje PITTAR se sodno-iontovými článkovými programy vhodnými pro start-stop a pomocné funkce. Pokud tato chemie odpovídá konkrétní strategii nákupu —spolehlivost v chladném podnebí, diverzifikace dodavatelského řetězce, závazky k objemu po několik let —stojí za to vést rozhovor. Pokud tato chemie ještě neodpovídá požadavkům, je správným krokem zůstat u stávajícího řešení, dokud se podmínky nezmění.

_______________________________________________________________________

Často kladené otázky

Co je rozdíl mezi běžnou autobaterií a a start-Stop baterie?

Běžná autobaterie je navržena pro jednoduchý provozní cyklus: nastartování motoru, pomalé doplňování náboje a zásobování příslušenství, když je motor vypnutý. Baterie pro systém start-stop je navržena pro mnohem náročnější provozní cyklus: tisíce startů, dlouhé období při částečném stavu nabití, nepravidelné pulzy vysokého nabíjecího proudu a zásobování příslušenství při vypnutém motoru. Baterie pro systém start-stop používají posílenou chemii —EFB, AGM nebo sodík-iontové baterie —pro zvládnutí těchto požadavků.

Může běžná autobaterie be použité i v vozidle se systémem start-stop?

V některých základních systémech start-stop může krátce fungovat, avšak při daném provozním cyklu rychle degraduje. Většina výrobců automobilů stanovuje EFB, AGM nebo (v novějších modelech) sodík-iontové baterie, protože standardní olověné baterie nejsou navrženy pro náročnější cyklování.