Γιατί τα αυτοκίνητα με λειτουργία start-stop χρειάζονται ειδικές μπαταρίες

Βασική αρχή Λόγος: Λειτουργία Εκκίνησης-Διακοπής es Τι ένα Μπαταρία Πρέπει να ΔΕ

Μια παραδοσιακή μπαταρία αυτοκινήτου ζητείται να εκτελεί μία λειτουργία αποτελεσματικά: να παρέχει μια σύντομη, υψηλής έντασης ροή ρεύματος για την εκκίνηση του κινητήρα, και στη συνέχεια να παραμένει σε κατάσταση σχεδόν πλήρους φόρτισης ενώ ο εναλλακτήρας την επαναφορτίζει. Ολόκληρο το σύστημα έχει σχεδιαστεί γύρω από αυτό το μοναδικό γεγονός ανά διαδρομή. Τα οχήματα με λειτουργία εκκίνησης-διακοπής ανατρέπουν αυτό το νοητικό μοντέλο. Κάθε φορά που το όχημα σταματά, ο κινητήρας σβήνει· κάθε φορά που ο οδηγός αφήνει το φρένο ή πατάει τον συμπλέκτη, ο κινητήρας επαναλειτουργεί. Κατά τη διάρκεια μιας αστικής μετακίνησης, η μπαταρία μπορεί να εκκινεί τον κινητήρα δεκάδες ή ακόμη και εκατοντάδες φορές, αντί για μία. Πρέπει επίσης να διατηρεί ενεργά όλα τα ηλεκτρικά συστήματα μεταξύ αυτών των εκκινήσεων και να αποδέχεται ακανόνιστες παλμικές φορτίσεις από τον εναλλακτήρα και το σύστημα ανάκτησης ενέργειας από την πέδηση. Η χημική σύνθεση, η κατασκευή των πλακών, η ικανότητα αποδοχής φόρτισης και η ανοχή στη θερμότητα μιας συνηθισμένης μπαταρίας εκκίνησης δεν είχαν ποτέ σχεδιαστεί για αυτό το είδος φόρτου εργασίας.

Αυτός είναι ο μοναδικά σημαντικότερος λόγος για τον οποίο τα αυτοκίνητα με σύστημα start-stop χρειάζονται ειδική μπαταρία. Δεν πρόκειται για διαφημιστικό ισχυρισμό. Ο κύκλος λειτουργίας που επιβάλλει το σύστημα στη μπαταρία διαφέρει ουσιαστικά ως προς τρεις πτυχές: πόσο συχνά πρέπει να παρέχει ισχύ εκκίνησης, πόσο συχνά υφίσταται μερική εκφόρτιση μεταξύ διαδοχικών εκκινήσεων και πόσο μεγάλο ηλεκτρικό φορτίο πρέπει να καλύψει ενώ ο κινητήρας είναι σβηστός. Μια συνηθισμένη μπαταρία μολύβδου-οξέος με υγρό ηλεκτρολύτη μπορεί να αντέξει αυτές τις συνθήκες για κάποιο διάστημα, αλλά θα υποστεί σουλφατώσεις, θα χάσει χωρητικότητα και θα αποτύχει πολύ νωρίτερα απ’ ό,τι σε ένα αυτοκίνητο χωρίς σύστημα start-stop.

Τη Κρυφό φορτίο εργασίας μιας τυπικής Μπαταρίας ήταν Όχι Σχεδιασμένο Για

Από τη σκοπιά μιας μπαταρίας, τρεις αλλαγές στο φορτίο εργασίας συμβαίνουν αμέσως μόλις ένας κατασκευαστής εγκαταστήσει ένα σύστημα start-stop σε ένα όχημα. Καθεμία από αυτές μόνη της θα μείωνε τη διάρκεια ζωής μιας συμβατικής μπαταρίας· σε συνδυασμό, απαιτούν μια διαφορετική σχεδιαστική προσέγγιση για τη μπαταρία.

Πιο συχνές επανεκκινήσεις του κινητήρα

Σε πυκνή αστική κυκλοφορία, ένα όχημα με σύστημα start-stop μπορεί να εκκινεί επανειλημμένα τον κινητήρα του πολλές φορές ανά χιλιόμετρο. Οι συμβατικές μπαταρίες είναι σχεδιασμένες για ένα μόνο γεγονός υψηλής έντασης ρεύματος, ακολουθούμενο από μακρά περίοδο επαναφόρτισης. Οι επαναλαμβανόμενες εκκινήσεις σε σύντομο χρονικό διάστημα παράγουν θερμότητα, επιταχύνουν τη διάβρωση των πλακών και μειώνουν σημαντικά την αποτελεσματική ικανότητα εκκίνησης της μπαταρίας πολύ πριν από την ηλικία της που υποδηλώνει η καληνδαριακή της ζωή.

Συνεχής λειτουργία βοηθητικών συσκευών φορτίο με τον κινητήρα σβηστό

Όταν ο κινητήρας σταματά σε κόκκινο φανάρι, η μπαταρία γίνεται η μοναδική πηγή ενέργειας για τον ανεμιστήρα του συστήματος κλιματισμού, το σύστημα ψυχαγωγίας και πληροφόρησης, τον πίνακα οργάνων, τον φωτισμό, τους αισθητήρες και οποιαδήποτε ενεργά συστήματα ασφαλείας. Ανάλογα με το όχημα, αυτή η κατανάλωση με τον κινητήρα σβηστό μπορεί να διαρκεί από μερικά δευτερόλεπτα έως αρκετά λεπτά κάθε φορά και συσσωρεύεται κατά τη διάρκεια μιας διαδρομής. Μια συνηθισμένη μπαταρία μπορεί να υποστηρίξει αυτήν την κατανάλωση για σύντομο χρονικό διάστημα, αλλά δεν σχεδιάστηκε ποτέ για να λειτουργεί μεγάλο μέρος της ημέρας της σε μερική φόρτιση ενώ τροφοδοτεί βοηθητικές συσκευές.

Ακανόνιστη φόρτιση παλμοί από τον εναλλακτήρα και το αναγεννητικό φρένο

Τα οχήματα με λειτουργία εκκίνησης-στάσης συνήθως συνδυάζουν τη λειτουργία εκκίνησης-στάσης με την αναγεννητική πέδηση. Ο εναλλακτήρας και το σύστημα ανάκτησης ενέργειας από την πέδηση επαναφέρουν φόρτιση στη μπαταρία με σύντομες, μεταβλητές διαδικασίες αντί για τη μακρά, σταθερή φόρτιση που παρέχουν τα συμβατικά οχήματα κατά την κίνηση με σταθερή ταχύτητα. Μια μπαταρία μολύβδου-οξέος με υγρό ηλεκτρολύτη απορροφά αυτές τις διαδικασίες ανεπαρκώς, σχηματίζει επιφανειακό θειικό μόλυβδο και χάνει χρήσιμη χωρητικότητα με τον καιρό.

Γιατί μια Συνηθισμένη με υγρό ηλεκτρολύτη Οξύ μολύβδου Μπαταρία Δεν Επαρκεί

Η μπαταρία μολύβδου-οξέος με υγρό ηλεκτρολύτη παραμένει η φθηνότερη τεχνολογία μπαταρίας 12 V για αυτοκίνητα στην αγορά, γι’ αυτό και εξακολουθεί να αποτελεί το προεπιλεγμένο σημείο αναφοράς όταν οι αγοραστές ρωτούν «γιατί τα αυτοκίνητα με λειτουργία εκκίνησης-στάσης χρειάζονται ειδικές μπαταρίες;». Η ειλικρινής απάντηση είναι ότι το πρόβλημα δεν είναι η μάρκα, αλλά η χημική σύνθεση. Τρεις δομικές ιδιότητες της μπαταρίας μολύβδου-οξέος με υγρό ηλεκτρολύτη αντιτίθενται άμεσα στις απαιτήσεις της λειτουργίας εκκίνησης-στάσης:

•Περιορισμένη διάρκεια ζωής σε μερική κατάσταση φόρτισης. Οι υγρές μπαταρίες μολύβδου-οξέος σχεδιάστηκαν για να λειτουργούν κοντά στο 100% της κατάστασης φόρτισης. Επαναλαμβανόμενοι επιφανειακοί κύκλοι εκφόρτισης χωρίς πλήρη επαναφόρτιση προκαλούν προοδευτική θειϊκοποίηση, η οποία είναι μόνο εν μέρει αναστρέψιμη.

•Πιο αργή αποδοχή φόρτισης. Η υψηλή εσωτερική αντίσταση των υγρών πλακών σημαίνει ότι η μπαταρία δεν μπορεί να απορροφήσει αποτελεσματικά τις σύντομες, υψηλής τάσης διακυμάνσεις από την ανακτητική πέδηση.

•Στρωμάτωση οξέος και απώλεια νερού λόγω θερμότητας στον χώρο του κινητήρα. Οι επαναλαμβανόμενοι επιφανειακοί κύκλοι διαταράσσουν το ηλεκτρολύτη, ενώ η υψηλότερη μέση κατάσταση φόρτισης που χρησιμοποιείται σε οχήματα start-stop επιταχύνει την απώλεια νερού σε μη ερμητικά κελιά.

Το αποτέλεσμα δεν είναι μια αιφνίδια αποτυχία την πρώτη μέρα. Είναι μια σταδιακή μείωση της διάρκειας ζωής, συχνά συνδυασμένη με παρέκκλιση της κατάστασης φόρτισης και, τελικά, με γεγονός μη εκκίνησης. Για ένα όχημα που ενδέχεται να εκκινεί τον κινητήρα του χιλιάδες φορές τον χρόνο αντί για εκατοντάδες, οι μαθηματικοί υπολογισμοί δεν είναι πλέον ευνοϊκοί για τις υγρές μπαταρίες μολύβδου-οξέος.

Τι Σημαίνει Πραγματικά «Ειδικό» Σημαίνει i n Start-Stop Μπαταρία Σχεδίαση

Οι αγοραστές και οι ομάδες προμηθειών ακούν συχνά τη λέξη «ειδικό» χωρίς σαφή ορισμό. Στην πράξη, μια μπαταρία start-stop πρέπει να παρέχει τέσσερις μηχανικές ιδιότητες που μια συμβατική μπαταρία εκκίνησης παρέχει μόνο σε περιορισμένο βαθμό:

Υψηλότερος κύκλος διάρκεια ζωής σε μερική κατάσταση φόρτισης

Οι μπαταρίες start-stop σχεδιάζονται και δοκιμάζονται για πολύ περισσότερους επιφανειακούς κύκλους σε μερική κατάσταση φόρτισης από τις μπαταρίες εκκίνησης. Σε μηχανικούς όρους, αυτό εκφράζεται με αξιολογήσεις διάρκειας ζωής κύκλου που μετρώνται σε βάθος εκφόρτισης πολύ κάτω του 100%, συχνά καθορισμένες σε σχέση με ένα αναφορικό προφίλ λειτουργίας, όπως η ακολουθία micro-hybrid EN 50342-1.

Ισχυρότερη δυναμική φόρτιση α)

Η ικανότητα απορρόφησης φόρτισης περιγράφει το πόσο ρεύμα μπορεί να απορροφήσει μια μπαταρία κατά το δεδομένο χρονικό παράθυρο φόρτισης. Οι μπαταρίες start-stop χρειάζονται υψηλότερη ικανότητα απορρόφησης φόρτισης από τις συμβατικές μπαταρίες εκκίνησης, ώστε οι σύντομες διαδικασίες φόρτισης από την ανακτώμενη πέδηση και τον εναλλακτήρα να απορροφώνται πραγματικά, αντί να μετατρέπονται σε θερμότητα και αέρια.

Ανθεκτική λειτουργία σε ευρύ εύρος σταθερής παράθυρο φόρτισης

Ενώ μία μπαταρία που υπερφορτώνεται είναι πιο ευτυχισμένη όταν βρίσκεται σε κατάσταση φόρτισης πάνω από το 80%, μία μπαταρία start-stop πρέπει να διατηρεί την υγεία της ενώ περνά το μεγαλύτερο μέρος της ζωής της σε κατάσταση φόρτισης μεταξύ περίπου 60% και 90%. Αυτό απαιτεί μεγαλύτερη συνέπεια μεταξύ των κελιών, πιο σταθερά ενεργά υλικά και, στην πλειοψηφία των χημικών συνθέσεων, ένα σύστημα διαχείρισης μπαταρίας που παρακολουθεί την τάση, το ρεύμα και τη θερμοκρασία.

Βελτιωμένη θερμική και ανοχή σε δονήσεις

Οι συχνές επανεκκινήσεις και το φορτίο των πρόσθετων συσκευών ενώ ο κινητήρας είναι σβηστός παράγουν επιπλέον θερμότητα εντός των κελιών. Το περίβλημα της μπαταρίας, η αγκύρωση των πλακών και το σύστημα εξαερισμού πρέπει να αντέχουν αυτήν την επιπλέον θερμική κύκλωση, καθώς και τις δονήσεις ενός κινητήρα που επανεκκινείται πολλές φορές κατά τη διάρκεια κάθε διαδρομής.

Τα Τρία Μπαταρία Οικογένειες Σχεδιασμένη για λειτουργία Start-Stop Φόρος

Όταν οι αγοραστές εξετάζουν σήμερα την αγορά μεταπώλησης, τρεις οικογένειες μπαταριών προωθούνται ειδικά για χρήση start-stop. Καθεμία αντιμετωπίζει τον κύκλο λειτουργίας με διαφορετικό τρόπο, γι’ αυτό και η απάντηση στο «γιατί οι συστάσεις start-stop» τα αυτοκίνητα χρειάζονται ειδικές μπαταρίες» είναι το ίδιο, ενώ η κατάλληλη μπαταρία για ένα δεδομένο όχημα εξαρτάται από το σύστημα που πρέπει να υποστηρίζει.

Ενισχυμένο Γεμάτος Μπαταρία (EFB)

Η EFB είναι μια εξέλιξη των υγρών μπαταριών μολύβδου-οξέος. Χρησιμοποιεί ενισχυμένη δομή πλακών, πρόσθετο άνθρακα στο αρνητικό ενεργό υλικό και πολυεστερικό πλέγμα που κρατά την ενεργή μάζα σε θέση. Το αποτέλεσμα είναι περίπου διπλάσια διάρκεια ζωής σε κύκλους σε μερική φόρτιση σε σύγκριση με μια τυπική υγρή μπαταρία, με μέτρια βελτίωση της αποδοχής φόρτισης. Η EFB καθορίζεται συνήθως για οχήματα εισόδου με λειτουργία start-stop χωρίς ανάκτηση ενέργειας μέσω φρεναρίσματος ή με ήπια ανάκτηση ενέργειας.

Απορροφητικό γυαλί Μανδύας (AGM)

Το AGM είναι η καθιερωμένη προνομιούχα επιλογή για συστήματα εκκίνησης-στάσης. Το ηλεκτρολύτης συγκρατείται σε μανδύα από γυάλινες ίνες, γεγονός που προσδίδει στην μπαταρία υψηλότερη συμπίεση, χαμηλότερη εσωτερική αντίσταση, ταχύτερη αναφόρτιση και σημαντικά καλύτερη διάρκεια ζωής σε μερική κατάσταση φόρτισης σε σύγκριση με τις υδρόβιες μπαταρίες. Το AGM αποτελεί την τυποποιημένη λύση για οχήματα με ενεργό ανακτώμενη πέδηση, υψηλό φορτίο πρόσθετων συσκευών και τις αυξημένες ηλεκτρικές απαιτήσεις των σύγχρονων συστημάτων βοήθειας οδήγησης.

Νατριο-ϊονικές αυτοκινητικές μπαταρίες

Οι νατριο-ϊονικές μπαταρίες είναι μια νεότερη τεχνολογία που έχει αρχίσει να εμφανίζεται στον τομέα των 12 V βοηθητικών αυτοκινητικών μπαταριών και των συστημάτων εκκίνησης-στάσης. Η χημική τους σύνθεση διαφέρει δομικά από τις μπαταρίες μολύβδου-οξέος: οι ιόντες νατρίου μετακινούνται μεταξύ της καθόδου και μιας ανόδου από σκληρόν άνθρακα μέσω ηλεκτρολύτη με βάση το νάτριο, ενώ χρησιμοποιούνται συλλέκτες ρεύματος αλουμινίου και στις δύο πλευρές. Οι νατριο-ϊονικές μπαταρίες που προορίζονται για βοηθητική αυτοκινητική χρήση διαθέτουν συνήθως ενσωματωμένο σύστημα διαχείρισης μπαταρίας (BMS) και προσφέρονται ως 12 V μονάδες που ταιριάζουν στις υπάρχουσες θήκες μπαταριών.

Το μπαταρία ιόντων νατρίου δεν αποτελεί απλή αντικατάσταση για κάθε όχημα start-stop που κυκλοφορεί σήμερα, και ο αγοραστής πρέπει πάντα να επαληθεύει ότι η μπαταρία συμβατή με την ηλεκτρική αρχιτεκτονική του οχήματος και με τις προδιαγραφές του αρχικού εξοπλισμού. Ωστόσο, όπου προσφέρεται ως μπαταρία start-stop με άμεση εγκατάσταση, αποτελεί μία αξιόπιστη απάντηση στο ερώτημα «Γιατί τα οχήματα start-stop χρειάζονται ειδικές μπαταρίες;» για στόλους και αγοραστές που αναζητούν λύσεις πέραν των μπαταριών μολύβδου-οξέος.

Όπου η χημεία ιόντων νατρίου Πασσά Iεισέρχεται στην Εικόνα

Η χημεία ιόντων νατρίου περιγράφεται μερικές φορές ως «απλώς μία ακόμη μπαταρία start-stop». Η ειλικρινής περιγραφή είναι ότι πρόκειται για μία χημεία με διαφορετικό σύνολο δομικών πλεονεκτημάτων και περιορισμών σε σύγκριση με τις μπαταρίες AGM και EFB. Τρεις ιδιότητες έχουν τη μεγαλύτερη σημασία για τους αγοραστές που ερωτώνται εάν ανταποκρίνεται στον κύκλο λειτουργίας start-stop:

• Σταθερή συμπεριφορά εκφόρτισης σε κρύο καιρό. Η χημεία ιόντων νατρίου ανέχεται θερμοκρασίες κάτω του μηδενός κατά την εκφόρτιση, χωρίς την απότομη μείωση χωρητικότητας που παρουσιάζουν ορισμένες άλλες χημείες, γεγονός που έχει σημασία για την εκκίνηση σε ψυχρές συνθήκες.

•Ανοχή σε ακανόνιστες φόρτισης παλμούς. Η χημεία του στοιχείου απορροφά το ακανόνιστο προφίλ φόρτισης με χαρακτηριστικά ανάκτησης ενέργειας κατά την πέδηση, όπως αυτό που παρέχει ένα σύστημα εκκίνησης-στάσης, γεγονός που αποτελεί ένα από τα μηχανικά κενά που οι μπαταρίες μολύβδου-οξέος με υγρό ηλεκτρολύτη δεν μπορούν να καλύψουν.

•Προφίλ πόρων και αλυσίδας εφοδιασμού. Το νάτριο είναι ευρέως διαθέσιμο, το στοιχείο μπορεί να χρησιμοποιεί συλλέκτες ρεύματος αλουμινίου σε και τους δύο ηλεκτροδίους, και η αλυσίδα εφοδιασμού είναι γεωγραφικά πιο διαφοροποιημένη σε σύγκριση με εκείνη άλλων χημειών. Για προγράμματα εφοδιασμού πολυετούς διάρκειας, αυτό το προφίλ αποτελεί μέρος της «Γιατί «ειδικής μπαταρίας» υπολογισμού.

Αυτές οι δομικές ιδιότητες δεν μετατρέπουν μια μπαταρία νατρίου-ιόντων στην καθολική λύση. Η πυκνότητα ενέργειας σε επίπεδο στοιχείου είναι χαμηλότερη από κάποιες χημείες λιθίου, και η αυτοκινητοβιομηχανική παραγωγή μπαταριών νατρίου-ιόντων βρίσκεται σε νωρίτερο εμπορικό στάδιο ωριμότητας από τις μπαταρίες AGM. Για τους αγοραστές και τα εργαστήρια, το πρακτικό ερώτημα δεν είναι «νατρίου-ιόντων» ή όχι, αλλά «είναι» η μπαταρία αντιστοιχεί στις προδιαγραφές του οχήματος, του κλίματος και του κύκλου λειτουργίας;" Αυτό είναι το ίδιο ερώτημα που η αυτοκινητοβιομηχανία έχει θέσει για κάθε μπαταρία start-stop από τη στιγμή που το σύστημα εμφανίστηκε για πρώτη φορά.

Αυτό που Μέσα για Αγοραστές και Εργαστήρια

Για ομάδες προμηθειών, διανομείς και εργαστήρια, η πρακτική συνέπεια της απάντησης στο «Γιατί "Χρειάζονται τα αυτοκίνητα start-stop ειδικές μπαταρίες;" είναι μια σύντομη λίστα προσεκτικής εξέτασης που πρέπει να εφαρμόζεται κάθε φορά που καθορίζεται μια αντικαταστατική μπαταρία:

•Αντιστοιχίστε τη χημική σύνθεση με τις προδιαγραφές του αρχικού εξοπλισμού. Ένα όχημα που σχεδιάστηκε για AGM δεν πρέπει να υποβαθμίζεται σιωπηλά σε EFB ή flooded, και μια μπαταρία που εγκρίνεται για μια συγκεκριμένη αρχιτεκτονική start-stop δεν πρέπει να αντικαθίσταται με τυχαία εναλλακτική λύση χωρίς επαλήθευση συμβατότητας.

• Ελέγξτε τη διάρκεια ζωής σε κύκλους και τα δεδομένα απορρόφησης φόρτισης, όχι μόνο τα CCA. Τα αμπέρ κρύου εκκίνησης (Cold-cranking amps) έχουν σημασία, αλλά δεν αποτελούν τον περιοριστικό παράγοντα στη λειτουργία start-stop. Ζητήστε από τον προμηθευτή δεδομένα κύκλου σε μερική κατάσταση φόρτισης (partial state of charge) και τιμές δυναμικής απορρόφησης φόρτισης.

• Επιβεβαιώστε τη σύστημα διαχείρισης μπαταρίας. Οι σύγχρονες μπαταρίες start-stop, συμπεριλαμβανομένων των περισσότερων σχεδιασμών με νάτριο-ιόν, διαθέτουν ενσωματωμένο BMS που επικοινωνεί με το όχημα. Η συμβατότητα με την ηλεκτρική αρχιτεκτονική του οχήματος και το προφίλ φόρτισης πρέπει να επιβεβαιωθεί πριν από την προμήθεια.

•Σχεδιάστε για εγγύηση και εναλλακτική πηγή προμηθειών. Δεδομένου ότι οι μπαταρίες start-stop λειτουργούν σε πιο απαιτητικό περιβάλλον, οι όροι εγγύησης και οι διατάξεις για εναλλακτική πηγή προμηθειών έχουν μεγαλύτερη σημασία από ό,τι για τις συνηθισμένες μπαταρίες εκκίνησης.

Τα συστήματα start-stop είναι πλέον τυποποιημένα στο σύνολο σχεδόν όλων των νέων βενζινοκίνητων και πετρελαιοκίνητων οχημάτων που διατίθενται παγκοσμίως. Η μπαταρία που βρίσκεται κάτω από αυτό το σύστημα δεν είναι πλέον δευτερεύουσας σημασίας. Είναι το στοιχείο που καθορίζει εάν η λειτουργία start-stop πράγματι εξοικονομεί καύσιμο για όλη τη διάρκεια ζωής του οχήματος ή εάν τελικά απενεργοποιείται από το ενσωματωμένο σύστημα για να προστατεύσει μια μπαταρία που δεν είναι πλέον κατάλληλη για την εργασία. Αυτή είναι η βαθύτερη απάντηση στο ερώτημα που πραγματικά θέτουν οι αγοραστές, οι εργαστηριακοί σταθμοί και οι διαχειριστές στόλων.

Συχνές Ερωτήσεις

Ε. Μπορεί I να τοποθετήσει κανείς μια συνηθισμένη μπαταρία αυτοκινήτου σε σε όχημα start-stop; μπαταρία

Σε περίπτωση έκτακτης ανάγκης μπορείτε να ξεκινήσετε τον κινητήρα μία φορά με μία συνηθισμένη μπαταρία υγρού τύπου, αλλά δεν αποτελεί βιώσιμη εναλλακτική λύση. Η μπαταρία θα υφίσταται σουλφατώσεις ταχύτερα από ό,τι σε ένα συμβατικό όχημα λόγω της μερικής φόρτισης και των ακανόνιστων παλμών φόρτισης, και τα περισσότερα οχήματα θα απενεργοποιήσουν τη λειτουργία start-stop για να προστατεύσουν μία μπαταρία με χαμηλότερες προδιαγραφές.