Hvad er et natrium-ion-automobil-start-stop-batteri?

Hvad er en natrium-ion-bil start-stopp Batteriet?

De fleste moderne personbiler, der sælges i dag, er udstyret med en form for start-stopp-system. Når køretøjet holder stille ved et trafiklys, slukkes motoren i stedet for at køre på tomgang. Når bremsen frigives, starter motoren igen. Brændstofbesparelsen og reduktionen af udledninger er lille pr. cyklus, men tilføjer sig til betydelige tal over bilens levetid.

Batteriet under motorhjelmen skal gøre dette system funktionsdygtigt. Det skal kunne starte motoren hundrede tusinder af gange gennem sin levetid, modtage høj indstrømningsladestrøm fra dynamoen hver gang køretøjet kører, og fortsat føde kabineelektronikken, forlygterne, underholdningssystemet og dusinvis af ECUs, mens motoren er slukket.

En standardfyldest støbte bly-syre-batteri, der er designet til én start pr. tur, kan degradere hurtigt under start-stopservice. Derfor skiftede bilproducenter først til EFB-batterier (forbedrede fyldest batterier) og AGM-batterier (absorberende glasmattræsbatterier) til start-stop-køretøjer. Natrium-ion undersøges nu som en tredje kemisk løsning til denne anvendelse. Denne artikel giver et grundlæggende overblik: hvad et start-stop-system er, hvad et start-stop-batteri skal kunne, hvad natrium-ion-kemi tilbyder for denne driftscyklus, hvordan det sammenlignes med bly-syre-, EFB- og AGM-batterier samt hvad B2B-købere bør verificere, inden de indkøber.

_______________________________________________________________________

Hvad er et bilstart-stop-system?

Et start-stop-system —kaldes undertiden stop-start, idle-stop eller mikro-hybrid —slukker automatisk forbrændingsmotoren, når køretøjet standser, og starter den igen, når føreren ønsker at køre videre. Systemet aktiveres i de fleste tilfælde under bykørsel: ved trafiklys, i stop-and-go-trafik, ved jernbanekrydsninger og mens man står i kø ved drive-throughs.

Formålet er enkelt. En motor, der kører på tomgang, brænder brændstof uden at levere nyttig bevægelse. Ved at eliminere denne tomgangsperiode reduceres brændstofforbruget og udstødningsgasemissionerne fra udstødningsrøret. Reduktionerne afhænger af køretøjet, kørcyklussen og hvor ofte systemet aktiveres, men de fleste offentliggjorte estimater placerer brændstofbesparelsen i intervallet 5–10 % for typisk bykørsel.

Der findes flere niveauer af sofistikation inden for start-stop-systemer. De mest grundlæggende systemer slukker motoren ved en fuldstændig standse og genstarter, når bremsen frigives. Mere avancerede systemer slukker motoren, mens køretøjet glider hen mod en standse, eller kortvarigt, mens det stadig kører. Regenerativ bremsning —hvor alternatoren vendes om til at fungere som en generator under deceleration — kombineres ofte med start-stop-funktionen, og batteriet skal kunne modtage den regenererede energi hver gang køretøjet sænker farten. Alt dette stiller usædvanlige krav til batteriet, som ikke eksisterede i den ældre krydsbatteridriftscyklus: høj strøm flere gange pr. tur, uregelmæssig højstrøms-opladningsaccept, lange perioder ved delvis ladetilstand samt samme motorrumstemperaturområde som det bly-syre-batteri, det afløste.

_______________________________________________________________________

Hvad skal et start-stop-batteri kunne?

Et start-stop-batteri har tre kerneopgaver, der overlapper hinanden under hver enkelt tur.

Det skal kunne starte motoren. Startstrømmen er den højeste strøm, som batteriet leverer i brug —en kortvarig puls, der varer fra en brøkdel af et sekund til få sekunder og trækker flere hundrede ampere fra batteriet for at dreje startmotoren. Spændingen skal forblive over den tærskel, som startmotoren kræver, gennem hele pulsen.

Den skal levere strøm til det elektriske system, mens motoren er slukket. Køretøjets forlygter, klimaanlæggets ventilator, infotainmentsystemet, instrumentpanelet, karosseristyringsmodulerne samt en lang række mindre elektroniske styringsenheder (ECU’er) fortsætter med at trække strøm, selv når motoren er slukket. Dette kaldes nogle gange hvilebelastningen eller tilbehørsbelastningen, og den kan nemt overstige flere ampere i et moderne køretøj.

Den skal kunne modtage opladning fra dynamoen (og fra regenerativ bremsning), mens motoren kører. Køretøjer med start-stopsystem genererer mange uregelmæssige opladningshændelser. Dynamoen leverer strøm til batteriet hver gang motoren genstarter og hver gang bremsen frigives – i mønstre, der ser meget anderledes ud end den langsomme, jævne top-up-opladning, som karakteriserer køretøjer uden start-stopsystem.

Disse tre opgaver udgør tilsammen en brugsprofil, der er langt hårdere end det, som et almindeligt bilbatteri er designet til. Et almindeligt bilbatteri forventes at starte motoren et par hundrede gange i løbet af sin levetid og holde sig tæt på fuld opladning de fleste gange. Et start-stops-batteri forventes at starte motoren tusindvis eller titusindvis af gange, holde sig ved en delvis ladning og absorbere uregelmæssige, kraftige opladningspulser uden skade. Moderne start-stops-systemer overvåger også kontinuerligt ladningstilstanden, batteriets helbredstilstand og temperaturen —ved at deaktivere start-stops-funktionen under en bestemt ladningstærskel og forvarme batteriet om vinteren —for at beskytte batteriet mod at blive pålagt at starte motoren, når det ikke kan gøre dette pålideligt.

_______________________________________________________________________

Hvad er et natrium-ion-automobil-start-stop-batteri?

En natrium-ion-bilbatteri til start-stopsystemer er i sin kerne et 12-volts (eller på nogle platforme et 24-volts) bilhjælpebatteri, hvor cellerne bruger natrium-ion-kemi i stedet for bly-syre-, AGM-, EFB-, lithium-ion- eller anden kemi. Udefra har det den samme funktion som ethvert andet start-stop-batteri: at starte motoren, levere strøm til det elektriske system, når motoren er slukket, og modtage opladning fra dynamoen.

Det, der ændrer sig, er den indre kemi. Natrium-ion-celler bruger bevægelse af natrium-ioner mellem en katode og en anode gennem en natrium-ion-ledende elektrolyt samt aluminiumsstrømforsyningsledere på begge sider. For et bilstart-stop-produkt er det afgørende, hvad denne kemi leverer i denne driftscyklus: rigelige råmaterialer af natrium, strømforsyningsledere af aluminium på begge sider (noget usædvanligt blandt kommercielle kemier) samt dokumenteret afladningsadfærd ved lave temperaturer. —alle disse egenskaber passer rimeligt godt til start-stop-driftscyklen.

Det, som natrium-ion-kemi i dag ikke leverer, er energitæthedsparitet med højenergi-lithium-ion-celler. Natrium-ion-cellers energitæthed er lavere end den almindelige lithium-ion-celle, men den er mere end tilstrækkelig til en hjælpebatteri på 12 volt, der ikke skal lagre traktionsbatteri-energi. Natrium-ion-kemi er også i en tidligere fase af kommerciel modenhed end lithium-ion-kemi til brug i køretøjer, hvilket har sine egne konsekvenser for køberens omhu.

_______________________________________________________________________

Hvorfor natrium-ion-kemi træder ind i start-stopp-anvendelser

Flere praktiske faktorer driver natrium-ion-kemi ind i evaluering af start-stopp-systemer.

•Ressourceavailability. Natrium er ét af de mest almindelige grundstoffer i jordkroppen og i industrielle saltvandsløsninger. Råmaterialetilførslen af natrium indebærer ikke den samme koncentrationsrisiko som tilførslen af lithium, kobalt eller nikkel på lang sigt.

• Kuldevejr start af motoren. Natrium-ion-kemi har vist nyttig afladningsadfærd ved lave temperaturer. At starte en motor ved under-nulfagradstemperaturer er præcis det sted, hvor en batteris indre modstand er afgørende, og en kemi, der opretholder en lavere indre modstand ved lave temperaturer, har et reelt forspring.

• Udvikling af råmaterialeomkostninger. Natrium-ion-celler bruger aluminium på begge sider og undgår kobalt og nikkel i de fleste katodefamilier. Om disse valg rent faktisk resulterer i lavere celleomkostninger i praksis, afhænger af producenten, celleformatet, produktionsvolumen og katodefamilien —men den strukturelle omkostningsanalyse er mere gunstig end for kemier, der bygger på sjældnere og mere volatile materialer.

• Diversificering af leveringskæden. Mange OEM’er og tier-1-leverandører reducerer deres afhængighed af én enkelt kemi. Natrium-ion giver et start-stop-program, der historisk har været låst til AGM eller EFB, en tredje kemivalgmulighed.

• Modenhedsjustering med duty-cycle. Natrium-ion-kemi er på det rigtige modningsniveau til brugen af hjælpebatterier. Den behøver ikke at matche trækbatteriets energitæthed for at levere nyttig ydelse i et 12 V eller 24 V hjælpebatteri.

Disse faktorer gør ikke natrium-ion til det rigtige svar for alle start-stopsystemer. De gør dog natrium-ion til en troværdig kandidat, som flere bilkøbere nu vurderer alvorligt.

_______________________________________________________________________

Sådan sammenlignes et natrium-ion-start-stop-batteri med bly-syre-, AGM- og EFB-batterier

Bly-syre-, AGM- og EFB-batterier er de nuværende kemier inden for bilers start-stop-funktion. Natrium-ion står side om side med dem som en fjerde mulighed med en anden række handelsafgørelser.

Bly-syre-fyldte batterier er den traditionelle løsning —billige, bredt tilgængelige og velkendte, men de forringes hurtigt under start-stops-driftscykler ved delvis ladning. EFB-batterier er oversvømmede batterier med forstærkning (typisk et polyester-gitter, forbedret aktivt materiale og højere dynamisk ladningsmodtagelse), der er designet til indgangs-niveau-start-stop-køretøjer. AGM-batterier er den præmiebaserede, eksisterende løsning: elektrolytten holdes i en glasmat-separator, den indre modstand er lavere, og både cyklusliv og dynamisk ladningsmodtagelse er højere —standardudstyr på mange mellemklasse- og premium-start-stop-køretøjer, men dyrere end oversvømmede eller EFB-batterier.

Natrium-ion ligger mellem EFB og AGM på de fleste ydeevneparametre i offentliggjorte data. Det har vist stærk afladning ved lave temperaturer, en fladere cykluslivskurve ved delvis ladningstilstand i nogle kemiske sammensætninger og kræver ikke tilførsel af vand. På den anden side er natrium-ion en mindre moden bilteknologi med færre validerede feltprogrammer og en mindre leverandørbase.

Den rigtige fremstilling er at vægte passende teknologi til programmet, ikke at have en generel præference for en bestemt teknologi. En flåde i kolde klimaer, der vægter diversificering af leveringskæden og kan støtte en fleraårig indkøbsforpligtelse, kan finde, at natrium-ion passer bedre end AGM. En flåde, der prioriterer laveste stykpris i dag, opererer i milde klimaer og ønsker det bredeste servicenetværk, kan finde, at AGM passer bedre. Valget af kemisk sammensætning tilhører programmet, ikke teknologien.

_______________________________________________________________________

Hvor natrium-ion-start-stop-batterier giver mening – og hvor de ikke gør det

Natrium-ion passerer godt til flere automobilrelaterede anvendelsesområder og mindre godt til andre.

• Personbiler i koldt klima med start-stopsystem. sodium-ion er vel egnet til personbiler i koldt klima med start-stopsystem. Natrium-ion-kemiens afladningsadfærd ved lave temperaturer er strukturelt passende til markeder, hvor koldstart i vinter er den svage side af de nuværende kemier.

• 12 V og 24 V hjælpebatteri-service. kravet til energilagring er beskedent, kravet til koldstartstrøm ligger inden for natrium-ions kapacitet, og fordelene ved koldvejrsafladning er nyttige på mange markeder. Energilagringskravet er beskedent, kravet til koldstartstrøm ligger inden for natrium-ions kapacitet, og fordelene ved koldvejrsafladning er nyttige på mange markeder.

•Indkøbsstrategier, der vægter kemisk diversificering. Flåder og OEM-programmer, der ønsker at reducere afhængigheden af én enkelt kemitype fra kobalt-, nikkel- og litiumkoncentrerede forsyningskæder, kan bruge natrium-ion som en troværdig tredje mulighed ud over AGM og EFB.

• Programmer, der kan understøtte en flerårig volumenforpligtelse. Kemikalier i tidligere udviklingsfase udvider kapaciteten hurtigere, når købere forpligter sig til flerårige volumener. Natrium-ion passer til programmer, der bygger på en reel sourcingpartnerskab, og ikke til programmer, der søger en engangs-køb til laveste pris.

Det er mindre velegnet til programmer, der kræver den bredeste service-netværksdækning i dag, hvor bly-syre- og AGM-infrastrukturen er mere etableret, samt til programmer, der kræver en grundigt valideret flerårig feltregistrering i deres specifikke køretøjsarkitektur. Natrium-ion-bilprogrammer er blevet implementeret, men felt-historien er endnu ikke lige så omfattende som AGM-felt-historien. Disse grænser udelukker ikke natrium-ion fra start-stop-service. De definerer, hvor kemien i dag er mest troværdig som indkøbskandidat.

_______________________________________________________________________

Hvad købere bør verificere før indkøb

For et B2B-indkøbsteam, der vurderer natrium-ion-batterier til bilers start-stop-funktion, hører flere kontroller til procesen for leverandørgrundig undersøgelse.

• Bekræft kemi og celleformat. Forskellige natrium-ion-katodefamilier, forskellige anodematerialer, forskellige celleformater og forskellige pakkekonstruktioner resulterer i forskellig ydeevne. En køber bør vide, hvilken katodefamilie der leveres, hvilket celleformat der anvendes, og hvilken producent der fremstillede cellerne. Samme natrium-ion-etiket kan skjule væsentligt forskellige produkter.

•Verificer startydelse ved de temperaturer, hvor installationen finder sted. Startamper (CA), kolde startamper (CCA) og spændingsprofilen under startudbruddet skal testes ved de temperaturer, som køretøjerne rent faktisk udsættes for i brug. Markedsføringsnumre fra en 25 °C -graders testbænk er ikke et erstatningsmiddel for validering i koldt vejr.

• Verificer cykluslivet under den faktiske driftscyklus. Cykluslivstal fra en producent bør specificeres ud fra afladningsdybde, temperatur, opladningshastighed og kriterier for levetidsslutning. Samme kemisk sammensætning fra to forskellige leverandører kan give forskellige resultater i samme felttest, og samme leverandør kan angive forskellige tal i markedsføringen sammenlignet med uafhængige tests.

•Bekræft status for bilcertificering. ECE R100 eller tilsvarende regionale godkendelser, UN 38.3-transporttests, IATF 16949-kvalitetsstyring for celle- og pakkeleverandører samt kundespecifikke valideringsprogrammer er alle afgørende. Natrium-ion-kemi er på et tidligere stadie af certificeringsdækning end litium-ion-kemi; køberen bør kortlægge, hvilke certificeringer det konkrete produkt har, og hvilke certificeringer leverandøren har, inden der træffes en forpligtelse.

•Bekræft kommerciel stabilitet og supportinfrastruktur. Kemi i tidlig fase kræver mere omfattende leverandørkontrol end modne kemier. Finansiel stabilitet, kapacitetsforpligtelser på flere år, garantiprocedurer, teknisk supportteam og dokumentationshistorik skal alle indgå i vurderingen.

• Vurder muligheden for en sekundær leverandør. Standardiseringen af natrium-ion-celleformater er stadig under udvikling, så at binde sig til én enkelt celleleverandør medfører større forsyningssikkerhedsrisiko end at binde sig til én enkelt celleleverandør inden for en moden kemiteknologi. En køber bør overveje reserveforsyning, hvilke reserveplaner der er praktiske, og hvor stor omkostning reserveforsyningen medfører.

En køber, der går ind i start-stop-indkøb af natrium-ion-celler med kendskab til disse verifikationspunkter – og som strukturerer leverandørforholdet, så de bliver behandlet —står i en langt stærkere position end en køber, der kommer ind og forventer, at natrium-ion vil opføre sig præcis som et modne AGM-forsyningssystem. Som leverandør af batterier og energilagring, der betjener importører, distributører, grossister, forhandlere samt OEM- og ODM-købere af bilbatterier, samarbejder PITTAR med natrium-ion-celleprogrammer, der er velegnede til start-stopp- og hjælpefunktioner. Hvor kemien passer til en specifik indkøbsstrategi —pålidelighed i koldt vejr, diversificering af leveringskæden, langsigtet volumenforpligtelser —er samtalen værd at føre. Hvor kemien endnu ikke passer, er den rigtige fremgangsmåde at blive ved med den eksisterende løsning, indtil passformen ændrer sig.

_______________________________________________________________________

Ofte stillede spørgsmål

Hvad er det? er forskellen mellem et almindeligt bilbatteri og a start-Stop batteriet?

En almindelig bilbatteri er bygget til en simpel driftscyklus: start motoren, modtag en langsom opfyldningsladning og lever tilbehørsbelastning, når motoren er slukket. Et start-stopp-batteri er bygget til en langt hårdere driftscyklus: tusindvis af starts, lange perioder ved delvis ladetilstand, uregelmæssige højstrømsladningspulser og tilbehørsbelastning, mens motoren er slukket. Start-stopp-batterier bruger forstærket kemisk sammensætning —EFB, AGM eller natrium-ion —for at klare disse krav.

Kan en almindelig bilbatteri be brugt jeg i et start-stopp-fordøjende køretøj?

Det kan muligvis fungere kortvarigt i indgangsniveauets start-stopp-systemer, men vil degradere hurtigt under den pågældende driftscyklus. De fleste bilproducenter specificerer EFB, AGM eller (i nyere programmer) natrium-ion, fordi standardfloodede batterier ikke er designet til den hårdere cyklingsmønster.