Mikä on natriumioniakku automaattisen start-stop -järjestelmän käyttöön?

Mikä on natrium-ioniautomaatti käynnistä ja pysäytä Akku?

Useimmat nykyaikaiset henkilöautot, jotka myydään tänä päivänä, ovat varustettu jollakin muodolla käynnistä-ja-pysäytä-järjestelmällä. Kun ajoneuvo pysähtyy liikennevaloissa, moottori sammuu sen sijaan, että se työskentelisi tyhjäkäynnillä. Kun jarrua vapautetaan, moottori käynnistyy uudelleen. Tämä tuottaa pieniä polttoaineen säästöjä ja päästövähennyksiä kussakin käyttökerrassa, mutta nämä kertyvät merkittäviksi luvuiksi auton koko käyttöiän aikana.

Moottorin alle asennettu akku pitää saada tämä järjestelmä toimimaan. Akun on kyettävä käynnistämään moottori sadoille tuhansille kertoja sen käyttöiän aikana, otettava vastaan korkea alkuvarausvirta vaihtogeneraatorilta joka kerta, kun ajoneuvo liikkuu, ja ylläpidettävä kabinan elektroniikkaa, etupäässä valoja, viihdejärjestelmiä ja kymmeniä ECU:ita, kun moottori on pois päältä.

Tavallinen nestemäinen lyijy-happoakku, joka on suunniteltu yhden käynnistyskerran matkaa kohden, voi rappeutua nopeasti start-stop-toiminnossa. Siksi autonvalmistajat siirtyivät ensin EFB-akkuun (enhanced flooded battery) ja AGM-akkuun (absorbent glass mat) start-stop-ajoneuvoihin. Natrium-ionitekniikkaa arvioidaan nyt kolmantena kemiallisena ratkaisuna tähän käyttötarkoitukseen. Tässä artikkelissa esitetään perustava yleiskatsaus: mitä start-stop-järjestelmä on, mitä start-stop-akun tulee tehdä, mitä natrium-ionikemia tuo tähän käyttösyklille, kuinka se vertautuu lyijy-happo-, EFB- ja AGM-akkuun sekä mitä B2B-ostajien tulisi varmistaa ennen hankintaa.

_______________________________________________________________________

Mitä on automaattinen start-stop-järjestelmä?

Start-stop-järjestelmä —jota kutsutaan joskus myös stop-start-, tyhjäkäynti- tai mikrohybridijärjestelmäksi —sammuttaa automaattisesti sisäpolttomoottorin, kun ajoneuvo pysähtyy, ja käynnistää sen uudelleen, kun kuljettaja haluaa jatkaa liikettä. Järjestelmä on aktiivinen suurimman osan ajan kaupunkiajossa: liikennevaloissa, tukkoisessa liikenteessä, rautatien tasoristeyskohdissa ja ajopisteiden jonossa.

Tarkoitus on yksinkertainen. Tyhjäkäynnillä oleva moottori kuluttaa polttoainetta ilman, että se tuottaisi hyödyllistä liikettä. Tyhjäkäynnin poistaminen vähentää polttoaineenkulutusta ja pakokaasupäästöjä. Vähennykset riippuvat ajoneuvosta, ajosyklistä ja siitä, kuinka usein järjestelmä aktivoituu, mutta useimmat julkaistut arviot sijoittavat polttoaineensäästöt tyypillisessä kaupunkiajossa 5–10 prosentin alueelle.

Start-stop -järjestelmissä on useita eri tasoja kehittyneisyyttä. Yksinkertaisimmat järjestelmät sammuttavat moottorin täydellisen pysähtymisen yhteydessä ja käynnistävät sen uudelleen, kun jarrua vapautetaan. Edistyneemmät järjestelmät sammuttavat moottorin, kun ajoneuvo hidastaa pysähtymiseen, tai lyhyeksi aikaa, kun se on vielä liikkeessä. Energian talteenottojarrutus —jossa vaihtovirtageneraattori kääntyy toimimaan generaattorina jarrutuksen aikana — yhdistetään usein start-stop -järjestelmän kanssa, ja akun on otettava vastaan tuolloin tuotettu sähköenergia joka kerta, kun ajoneuvo hidastaa. Kaikki tämä asettaa akulle erityisiä vaatimuksia, joita ei esiintynyt vanhoissa käynnistysakun käyttösykleissä: korkea virta useita kertoja matkalla, epäsäännöllinen korkeavirtainen latauskyky, pitkiä aikoja osittaisessa lataustilassa sekä sama moottoritilan lämpötila-alue kuin sen edeltäjänä ollut lyijy-happoakku.

_______________________________________________________________________

Mitä start-stop -akulla on tehtävä?

Start-stop -akulla on kolme perustehtävää, jotka päällekkäistyvät jokaisen matkan aikana.

Sen on käynnistettävä moottori. Käynnistysvirta on korkein virta, jonka akku toimittaa käytössä —lyhyt puhkeama, joka kestää murto-osan sekunnista muutamaan sekuntiin ja jossa akusta otetaan useita satoja ampeereja käynnistysmoottorin pyörittämiseen. Jännitteen on pysyttävä koko puhkeaman ajan yllä käynnistysmoottorin vaatimalla kynnysarvolla.

Sen on kyettävä toimittamaan sähköä sähköjärjestelmälle, kun moottori on pois päältä. Päävalot, ilmastointijärjestelmän tuuletin, infotainment-järjestelmä, mittaristo, rungon ohjausmoduulit ja pitkä luettelo pienemmistä elektronisista ohjausyksiköistä (ECU) kuluttavat virtaa edelleen moottorin ollessa sammutettuna. Tätä kutsutaan joskus lepokuormaksi tai lisävarusteiden kuormaksi, ja se voi helposti ylittää useita ampeereja modernissa ajoneuvossa.

Sen on kyettävä ottamaan vastaan varausvirtaa alternaattorilta (sekä regeneratiivisesta jarrutuksesta) moottorin ollessa käynnissä. Start-stop-ajoneuvot tuottavat paljon epäsäännöllisiä varaus tapahtumia. Alternaattori syöttää virtaa takaisin akkuun joka kerta, kun moottori käynnistetään uudelleen ja joka kerta, kun jarrua vapautetaan, mikä muodostaa erilaisen kuormituskuvion verrattuna ei-start-stop-ajoneuvon hitaaseen ja tasaiseen täytytysvaraukseen.

Nämä kolme tehtävää muodostavat käyttösyklin, joka on paljon raskaampi kuin tavallisen auton akun suunnittelukriteerit. Tavallisen auton akun odotetaan käynnistävän moottorin muutamia satoja kertoja sen elinkaaren aikana ja pysyvän suurimmaksi osaksi lähes täysilatauksessa. Start-stop -akun odotetaan käynnistävän moottorin tuhansia tai kymmeniä tuhansia kertoja, pysyvän osittaisessa lataustilassa ja ottavan vastaan epäsäännöllisiä korkeavirtaisia latauspulsseja vahingoittumatta. Nykyaikaiset start-stop -järjestelmät seuraavat myös jatkuvasti lataustilaa, terveydentilaa ja lämpötilaa —poistamalla start-stop -toiminnon käytöstä latausrajan alapuolella ja esilämmittämällä akkua talvella —suojellakseen akkua tilanteelta, jossa sitä pyydettäisiin käynnistämään moottoria silloin, kun se ei pysty luotettavasti tekemään sitä.

_______________________________________________________________________

Mikä on natriumioniakku automaattisen start-stop -järjestelmän käyttöön?

Natrium-ioniautomaalialkukatkoakku on periaatteessa 12 volttia (tai joissakin alustoissa 24 volttia) oleva auton apuakku, jonka soluissa käytetään natrium-ionikemiaa sen sijaan, että käytettäisiin lyijy-happo-, AGM-, EFB- tai litium-ionikemiaa tai mitään muuta kemiaa. Ulkopuolelta katsoen sen tehtävä on sama kuin muidenkin alkukatkoakkujen: käynnistää moottori, tarjota sähköä sähköjärjestelmälle, kun moottori on pois päältä, ja ottaa vastaan varauksen vaihtovirtageneraatorilta.

Muuttuva tekijä on sisäinen kemia. Natrium-ionisoluissa natrium-ionit liikkuvat katodin ja anodin välillä natrium-ionijohtavan elektrolyytin läpi, ja molemmin puolin käytetään alumiinisia virtajohtimia. Automaalialkukatkoakun tapauksessa ratkaisevaa on se, mitä kemia tarjoaa tällaisessa käyttösyklissä: runsaasti saatavilla oleva natriumraaka-aine, alumiiniset virtajohtimet molemmin puolin (harvinainen ominaisuus kaupallisissa kemioissa) ja todettu hyvä alhaisen lämpötilan purkautumiskäyttäytyminen. —kaikki nämä ominaisuudet sopivat hyvin alkukatkoakun käyttösykliin.

Natrium-ionikemian nykyisellä tasolla ei saavuteta energiatiukkuutta, joka vastaisi korkean energiatiukkuuden liitium-ionisoluja. Natrium-ionisoluissa energiatiukkuus on alhaisempi kuin yleisissä liitium-ionisoluissa, vaikka se riittää hyvin apu-12-voltin akulle, joka ei tarvitse varastoida vetovoimajärjestelmän energiaa. Natrium-ionitekniikka on myös autoalan käytössä kaupallisesti vähemmän kypsä kuin liitium-ionitekniikka, mikä vaatii ostajilta lisähuolellisuutta.

_______________________________________________________________________

Miksi natrium-ionikemia pääsee käyttöön start-stop-sovelluksissa

Useat käytännölliset tekijät edistävät natrium-ionikemian käyttöönottoa start-stop-arviointiohjelmissa.

•Raaka-aineiden saatavuus. Natrium on yksi maankuoren ja teollisuuden suolaliuosten runsaimmista alkuaineista. Natriumin raaka-aineiden toimitus ei aiheuta pitkällä aikavälillä samaa keskittymäriskeä kuin liitiumin, kobaltin tai nikkelin toimitukset.

• Kylmä sää käynnistys. Natrium-ionikemian on osoitettu toimivan hyvin alhaisissa lämpötiloissa purkautuessaan. Moottorin käynnistäminen pakkaslämpötiloissa on juuri se tilanne, jossa akun sisäinen vastus vaikuttaa eniten, ja kemiallinen koostumus, joka säilyttää alhaisemman sisäisen vastuksen kylmissä olosuhteissa, tarjoaa todellisen edun.

• Raaka-aineiden kustannuskehitys. Natrium-ionisolut käyttävät molemmin puolin alumiinia ja välttävät kobolttia ja nikkeliä useimmissa katodiperheissä. Siitä, muuttuvatko nämä valinnat käytännössä alhaisemmiksi solukustannuksiksi, riippuu valmistajasta, solumuodosta, tuotantomäärästä ja katodiperheestä —mutta rakenteellinen kustannusperusta on suotuisampi kuin niillä kemiallisilla koostumuksilla, jotka perustuvat harvinaisempiin ja epävakaammin hintansa kehittyviin materiaaleihin.

• Toimitusketjun monipuolistaminen. Monet OEM-tuottajat ja Tier-1-toimittajat vähentävät yhden kemian riippuvuuttaan. Natrium-ioniteknologia tarjoaa historiallisesti AGM- tai EFB-akkuja käyttäville start-stop -ohjelmille kolmannen kemiallisen vaihtoehdon.

• Kypsyyden soveltuvuus käyttöjakso. Natriumioniakkuun kemiallinen koostumus on riittävän kypsä tähän apuakun käyttöjaksoon. Sen ei tarvitse vastata vetovoima-akun energiatiukkuutta, jotta se toimisi hyvin 12 V:n tai 24 V:n apuakkuna.

Nämä tekijät eivät tee natriumioniakusta oikeaa ratkaisua kaikkiin käynnistys–sammutusohjelmiin. Ne tekevät siitä kuitenkin uskottavan vaihtoehdon, jota yhä useammat autoteollisuuden ostajat arvioivat vakavasti.

_______________________________________________________________________

Natriumioni-käynnistys–sammutusakun vertailu lyijy-happo-, AGM- ja EFB-akkuun

Lyijy-happo-, AGM- ja EFB-akut ovat nykyisiä kemiallisia ratkaisuja autoteollisuuden käynnistys–sammutuspalveluissa. Natriumioniakku sijoittuu niiden rinnalle neljäntenä vaihtoehtona, jolla on erilainen kompromissien joukko.

Lyijy-happo-täytettyjä akkuja käytetään perinteisesti —halpoja, laajalti saatavilla ja hyvin tunnettuja, mutta ne heikentyvät nopeasti käynnistys-pysäytys-käyttötilanteessa osittaisessa lataustilassa. EFB-akut ovat täyttöakkuja, joissa on vahvistus (yleensä polyesteeriverkko, parannettu aktiivimateriaali ja korkeampi dynaaminen lataushyväksyntä), ja ne on suunniteltu alaluokan käynnistys-pysäytysajoneuvoihin. AGM-akut ovat premium-luokan nykyisesti käytössä olevia akkuja: elektrolyytti on pidetty lasikangas-erottimessa, sisäinen vastus on pienempi ja syklielämä sekä dynaaminen lataushyväksyntä ovat korkeammat —vakiovaruste useissa keskitasoisissa ja premium-luokan käynnistys-pysäytysajoneuvoissa, mutta ne ovat kalliimpia kuin täyttöakut tai EFB-akut.

Natrium-ion-akut sijoittuvat useimmissa julkisissa suorituskykyparametreissä EFB- ja AGM-akujen väliin. Niillä on osoitettu vahva alhaisen lämpötilan purkautumiskäyttäytyminen, joissakin kemiallisissa muodoissa tasaisempi käyttöikäkäyrä osittaisessa lataustilassa ja niitä ei tarvitse täydentää vedellä. Toisaalta natrium-ion-akut ovat vähemmän kypsyt autoalan teknologiat, joilla on vähemmän todennettuja kenttäohjelmia ja pienempi toimitusperusta.

Oikea lähestymistapa on soveltuvuus ohjelmaan, ei yleinen teknologianmielisyys. Kylmässä ilmastossa toimiva ajoneuvoparkki, joka arvostaa hankintaketjun monipuolistamista ja pystyy tukemaan usean vuoden mittaisia hankintasitoumuksia, saattaa löytää natrium-ion-akut paremmin sopiviksi kuin AGM-akut. Toisaalta ajoneuvoparkki, joka pitää tärkeimpänä alhaisinta yksikköhintaa tällä hetkellä, toimii lievässä ilmastossa ja haluaa laajimman huoltopalveluverkon, saattaa löytää AGM-akut paremmin sopiviksi. Kemiallinen valinta kuuluu ohjelmalle, ei teknologialle.

_______________________________________________________________________

Missä natrium-ion-käynnistys- ja pysäytysakut ovat järkeviä – ja missä eivät

Natrium-ion-akut sopivat hyvin useisiin automaalisesti käytettäviin sovelluksiin, mutta huonommin muihin.

• Kylmässä ilmastossa toimivat henkilöautot, joissa on käynnistys-pysäytys-toiminto. Natrium-ion-akujen alhaisen lämpötilan purkautumiskäyttäytyminen on rakenteellisesti soveltuva markkinoille, joissa talvella tapahtuva moottorin käynnistäminen on nykyisten akukemiallisten ratkaisujen heikko kohta.

• 12 V ja 24 V apuakut palveluun. Energianvarastointivaatimus on vähäinen, käynnistysvirran vaatimus on hyvin natrium-ion-akujen kapasiteetin sisällä, ja kylmässä sävässä tapahtuva purkautuminen on hyödyllinen monilla markkinoilla.

•Hankintastrategiat, jotka arvostavat kemiallisen monipuolisuuden lisäämistä. Kuljetusyritysten ja valmistajien ohjelmat, jotka haluavat vähentää yhden kemiallisen ratkaisun riippuvuutta kobolttiin, nikkeliiin ja litiumiin perustuvista hankintaketjuista, voivat käyttää natrium-ion-akkuja uskottavana kolmantena vaihtoehtona AGM- ja EFB-akkujen rinnalla.

• Ohjelmat, jotka kykenee tukemaan usean vuoden mittaisia volyymisitoumuksia. Varhaisemmassa kehitysvaiheessa olevat kemialliset ratkaisut kasvattavat kapasiteettiaan nopeammin, kun ostajat sitoutuvat usean vuoden mittaisiin volyymeihin. Natrium-ion-akut sopivat ohjelmiin, jotka perustuvat todelliseen hankintakumppanuuteen eivätkä ohjelmiin, jotka haluavat yksinkertaisesti halvimman yksittäisen ostoksen.

Natrium-ion-akut sopivat huonommin ohjelmiin, joissa tarvitaan laajinta mahdollista palveluverkoston kattavuutta tällä hetkellä, jossa lyijy-happo- ja AGM-infrastruktuuri on vakiintuneempi, sekä ohjelmiin, joissa vaaditaan syvällistä, usean vuoden mittaisesta kenttäkäytöstä saatuja todisteita niiden tietyn ajoneuvon arkkitehtuurin osalta. Natrium-ion-automatiikkakäyttöohjelmia on käytössä, mutta kenttähistorian syvyys ei ole vielä yhtä suuri kuin AGM:n kenttähistorian syvyys. Nämä rajoitukset eivät poissulje natrium-ion-akkujen käyttöä start-stop-palveluissa. Ne määrittelevät sen, missä kohtaa kemiallinen ratkaisu on tällä hetkellä uskottavin hankintaehdokas.

_______________________________________________________________________

Mitä ostajien tulee tarkistaa ennen hankintaa

B2B-hankintatiimin, joka arvioi natrium-ion-automatiikkastart-stop-akkujen hankintaa, tulee suorittaa useita tarkistuksia toimittajan tarkastusprosessin aikana.

• Vahvista kemia ja kennojen muoto. Eri natriumioni-katodiperheet, eri anodimateriaalit, eri kennojen muodot ja eri akkupakkausten suunnittelut johtavat erilaiseen suorituskykyyn. Ostajan tulisi tietää, mikä katodiperhe toimitetaan, mitä kennojen muotoa käytetään ja mikä valmistaja on valmistanut kennot. Sama natriumioni-tunniste voi peittää merkityksellisesti erilaisia tuotteita.

•Tarkista käynnistysominaisuudet käyttölämpötiloissa. Käynnistysampeerit (CA), kylmät käynnistysampeerit (CCA) ja jänniteprofiili käynnistyspulssin aikana tulisi testata lämpötiloissa, joita ajoneuvot todella kohtaavat käytössä. Markkinointiluvut 25 °C asteikon testipenkistä eivät korvaa kylmäsäässä suoritettua validointia.

• Tarkista käyttöikä todellisessa käyttösyklissä. Valmistajan ilmoittamat kierroselämän numerot tulee varmistaa purkautumissyvyyden, lämpötilan, latausnopeuden ja käyttöiän päättymisen kriteerin perusteella. Kaksi eri toimittajaa voivat antaa erilaisia tuloksia samassa kenttätestissä vaikka käyttäisivät samaa kemiallista koostumusta, ja sama toimittaja voi esittää erilaisia lukuja markkinointimateriaaleissaan verrattuna kolmannen osapuolen testituloksiin.

•Varmista ajoneuvosertifiointitila. ECE R100 tai vastaava alueellinen hyväksyntä, YK 38.3 kuljetustestaus, IATF 16949 laadunhallintajärjestelmä kennojen ja akkupakkausten toimittajalle sekä asiakasspesifiset validointiohjelmat ovat kaikki merkityksellisiä. Natriumioni-kemiallinen teknologia on sertifiointikattauksessaan edistyneempi vaiheessa kuin litiumioni; ostaja tulee selvittää, mitkä sertifikaatit tietty tuote omistaa ja mitkä toimittaja omistaa, ennen kuin tekee sitoumuksen.

•Varmista kaupallinen vakaus ja tukirakenteet. Varhaisessa kehitysvaiheessa olevat kemialliset ratkaisut vaativat aktiivisempaa toimittajien tarkastelua kuin kypsyt kemialliset ratkaisut. Arvioinnin tulisi kattaa taloudellinen vakaus, monivuotiset kapasiteettisitoumukset, takuuprosessit, teknisen tuen tiimit ja asiakirjaseurat.

• Arvioi vaihtoehtoinen toimittajapolku. Natriumioniakkujen solmuformaatteja ei ole vielä standardoitu, joten yhden solmutoimittajan valitseminen aiheuttaa suurempaa toimitusriskejä kuin yhden solmutoimittajan valitseminen kypsyt kemialliset ratkaisut käyttävässä toimialassa. Ostaja tulisi harkita varatoimitusratkaisuja, mitkä varatoimet ovat käytännöllisiä ja kuinka paljon ne lisäävät kustannuksia.

Ostaja, joka aloittaa natriumioniakkujen epäsäännöllisen hankinnan tietoisena näistä tarkastuspisteistä – ja joka muotoilee toimittajasuhteen niiden huomioimiseksi —on paljon vahvemmassa asemassa kuin ostaja, joka tulee sisään odottaen, että natriumioniakkujen käyttäytyminen vastaa täysin kypsää AGM-akkujen tarjontaa. Akku- ja energiavarastotuotteiden toimittajana, joka palvelee automaaliakkujen tuojia, jakelijoita, wholeesaleria, jälleenmyyjiä sekä OEM- ja ODM-ostajia, PITTAR työskentelee natriumioniakkukennojen ohjelmien kanssa, jotka soveltuvat start-stop- ja apukäyttöön. Siellä, missä kemiallinen koostumus sopii tiettyyn hankintastrategiaan —kylmässä ilmastossa tapahtuva luotettavuus, toimitusketjun monipuolistaminen, usean vuoden mittaiset volyymisitoumukset —keskustelu on silti arvokas. Siellä, missä kemiallinen koostumus ei vielä sovi, oikea ratkaisu on pysyä nykyisessä vaihtoehdossa, kunnes soveltuvuus muuttuu.

_______________________________________________________________________

Usein kysytyt kysymykset

Mikä on ero tavallisessa auton akussa ja a käynnistys-Sammakko akku?

Tavallinen auton akku on suunniteltu yksinkertaiseen käyttösyklään: moottorin käynnistäminen, hitaan täytytyslatauksen vastaanottaminen ja apulaitteiden virran tarjoaminen, kun moottori on pois päältä. Start-stop -akku on suunniteltu paljon kovempaan käyttösyklään: tuhansia käynnistyksiä, pitkiä aikoja osittaisessa lataustilassa, epäsäännöllisiä korkeavirtaisia latauspulsseja ja apulaitteiden virran tarjoaminen, kun moottori on pois päältä. Start-stop -akut käyttävät vahvistettua kemiallista koostumusta —EFB, AGM tai natrium-ionisolu —näiden vaatimusten käsittelyyn.

Voisiko tavallinen auton akku be käytetty minä start-stop -ajoneuvoon?

Se saattaa toimia lyhyen aikaa alaluokan start-stop -järjestelmissä, mutta se rappeutuu nopeasti kyseisen käyttösyklin alla. Useimmat automerkit määrittelevät EFB:n, AGM:n tai (uudemmissa ohjelmissa) natrium-ionisolut, koska tavallisilla nestemäisillä akuilla ei ole suunniteltu kovempaa sykliä.