מהי סוללת הפעלה עצמאית לרכב המבוססת על טכנולוגיית נתרן-יון?

מהו סוללה מסוג נתרן-יון לאוטומובילים הפעלה והשהיה אוטומטית סוללה?

לרוב האוטומובילים האישיים המודרניים שנמכרים היום יש מערכת הפעלה והשהיה אוטומטית. כאשר הרכב עוצר באור אדום, המנוע ננעל במקום לרוץ במנוחה. כאשר שוחררים את הבלם, המנוע מופעל מחדש. החיסכון בדלק והפחתת הפליטות שמערכת זו מספקת קטנים בכל מחזור, אך מצטברים למספרים משמעותיים לאורך תקופת השימוש של הרכב.

הסוללה שממוקמת מתחת לכיסא המנוע חייבת להפעיל את המערכת הזו. היא חייבת להפעיל את המנוע מאות אלפי פעמים במהלך תקופת השירות שלה, לקבל זרמים גבוהים של טעינה מהאלטרנטור בכל פעם שהרכב בתנועה, ולשמור על האספקה החשמלית לרכיבי הקבינת, לאורות הראש, למערכת הבידור והבקרה, ולעשרות יחידות בקרת אלקטרוניות (ECU) גם כאשר המנוע כבוי.

סוללה סטנדרטית מסוג חומצה-עופרת רטובה, שנועדה לפעול במחזור עבודה של הפעלה אחת לנסיעה, עלולה להידרדר במהירות תחת שירות של הפעלה והשהיה. מסיבה זו יצרני רכב עברו תחילה לסוללות EFB (סוללות רטובות משופרות) ו-AGM (סוללות עם מצע זכוכית סופג), לסוגי רכב עם מערכת הפעלה והשהיה. סוללות נתרן-יון נמצאות כרגע באומדן כנתיב כימי שלישי ליישום זה. מאמר זה מהווה סקירה יסודית: מהי מערכת הפעלה והשהיה, מהי התפקוד המבוקש מסוללת הפעלה והשהיה, אילו יתרונות מציעה הכימיה של נתרן-יון למחזור העבודה הזה, כיצד היא נבדלת מסוללות חומצה-עופרת, EFB ו-AGM, ומה על קונים B2B לבדוק לפני רכישת הסוללות.

_______________________________________________________________________

מהי מערכת הפעלה והשהיה ברכב?

מערכת הפעלה והשהיה —לפעמים נקראת גם מערכת עצירה והפעלה, עצירת דלק או מיקרו-היבריד —מפסיק אוטומטית את מנוע הבעירה הפנימית כאשר הרכבת עוצרת, ומעיר אותו מחדש כאשר הנהג רוצה לנוע שוב. המערכת פעילה ברוב הזמן במהלך נהיגה בעיר: באורות רחוב, בתנועה של עצירה והפעלה, במעברות ברזל, בתורים בדרכים לנסיעה דרך חלון.

המטרה פשוטה. מנוע שפועם ללא תנועה מבזבז דלק מבלי לייצר תנועה מועילה. הסרת זמן הפיעום הזה מפחיתה את צריכת הדלק והפליטות דרך צינור הפליטה. ההפחתות תלויות ברכב, במחזור הנהיגה ובתדירות בה המערכת מופעלת, אך רוב ההערכות המפורסמות מציבות את חיסכון הדלק בטווח של 5–10% לנהיגה עירונית טיפוסית.

ישנם כמה רבדים של מורכבות במערכות התחל-עצירה. המערכות הבסיסיות ביותר מפסיקות את המנוע לעצירה מוחלטת ומעירות אותו מחדש כאשר משחררים את הבלם. מערכות מתקדמות יותר מפסיקות את המנוע בזמן שהרכב מתנענע לעצירה, או לזמן קצר גם בעודו עדיין נע. בלימה רגנרטיבית —שם האלטרנטור מתהפך כדי לפעול כמחולל במהלך замניעת הרכבת — לרוב מותקן יחד עם מערכת ההפעלה-העצירה, והסוללה חייבת לקלוט את האנרגיה המוחזרת בכל פעם שהרכב מאט. כל זה יוצר דרישות חריגות על הסוללה שלא היו קיימות במחזור העבודה של סוללות ההפעלה הישנות: זרמים גבוהים מספר פעמים בכל נסיעה, קיבולת טעינה גבוהה לא סדירה, תקופות ארוכות בהן הסוללה נמצאת במצב טעינה חלקי, וטווח הטמפרטורות באותו מ compartment כמו סוללת עופרת-חמצן שהחליפה.

_______________________________________________________________________

מהי המשימה של סוללת הפעלה-עצירה?

לסוללת הפעלה-עצירה יש שלוש משימות בסיסיות שמתפקדות באופן מחזורי לאורך כל נסיעה.

היא חייבת להפעיל את המנוע. זרם ההפעלה הוא הזרם הגבוה ביותר שמספקת הסוללה בשימוש. —זרם חדף שארךו שבריר שנייה עד כמה שניות, שמשתמש במאות אמפר מהסוללה כדי לסובב את מנוע ההפעלה. המתח חייב להישאר מעל הסף הנדרש על ידי מנוע ההפעלה לאורך כל זמן הפעולה.

היא חייבת לספק חשמל למערכת החשמלית בזמן שהמנוע כבוי. פנסי הראשה, מזגן, מערכת הבידור והמידע, לוח המחוונים, מודולי בקרת הגוף ורשימה ארוכה של יחידות בקרה אלקטרוניות קטנות ממשיכות למשוך זרם גם כשנעלם המנוע. תופעה זו נקראת לעיתים קרובות עומס מנוחה או עומס אביזרים, והיא עלולה בקלות לעלות על מספר אמפרים ברכב מודרני.

היא חייבת לקבל טעינה מאלטרנטור (וגם מבלימת רגנרטיבית) בזמן שהמנוע פועל. רכבים עם פונקציית הפעלה-עצירה יוצרים כמות גדולה של אירועים לא סדירים של טעינה. האלטרנטור דוחף זרם בחזרה לסוללה בכל פעם שהמנוע מופעל מחדש ובכל פעם שמשחררים את הבלם, בתבניות שמתחלקות באופן ברור מהטיפוס האיטי והיציב של טעינה מתמדת ברכבים ללא פונקציית הפעלה-עצירה.

המשימות الثلاث האלה יוצרות מחזור עבודה קשה בהרבה ממה שסוללת רכב רגילה מעוצבת עבורו. סוללת רכב רגילה אמורה להפעיל את המנוע כמה מאות פעמים לאורך תקופת חייה ולשמור על מטען קרוב למקסימום ברוב הזמן. לעומת זאת, סוללת הפעלה-עצירה אמורה להפעיל את המנוע אלפי או עשרות אלפים של פעמים, לשהות במצב מטען חלקי, ולבלוע פולסי טעינה חזקים לא סדירים ללא נזק. מערכות הפעלה-עצירה מודרניות גם עוקבות אחר מצב המטען, מצב הבריאות והטמפרטורה באופן מתמיד. —מבטלות את פונקציית ההפעלה-עצירה מתחת לסף מטען מסוים ומחממות מראש את הסוללה בחורף. —כדי להגן על הסוללה מפני דרישה להפעלת המנוע כאשר היא אינה יכולה לעשות זאת באופן מהימן.

_______________________________________________________________________

מהי סוללת הפעלה עצמאית לרכב המבוססת על טכנולוגיית נתרן-יון?

סוללת הפעלה-עצירה לרכב מבוססת יוני נתרן היא, בלבבה, סוללת עזר לרכב של 12 וולט (או בפלטפורמות מסוימות של 24 וולט), שבה התאים משתמשים בכימיה של יוני נתרן במקום בכימיה של עופרת-חמצן, AGM, EFB, לייטיום-יון או כל כימיה אחרת. מבחוץ, תפקידה זהה לזה של כל סוללת הפעלה-עצירה אחרת: להניע את המנוע, לספק חשמל למערכת החשמל כאשר המנוע כבוי, ולקלוט טעינה מאלטרנטור.

מה שמשתנה הוא הכימיה הפנימית. בתאי יוני נתרן מתרחשת תנועת יוני נתרן בין הקתודה לאנודה דרך אלקטרוליט שמעביר יוני נתרן, עם קולטני זרם מאלומיניום משני הצדדים. עבור מוצר לרכב עם פונקציית הפעלה-עצירה, מה שחשוב הוא מה שהכימיה מספקת במחזור העבודה הזה: חומר גלם נתרן בשפע, קולטני זרם מאלומיניום משני הצדדים (תכונה בלתי רגילה בין כימיות מסחריות), והתנהגות מוכחת של פריקה בטמפרטורות נמוכות. —כל אלה מתאימים באופן סביר למחזור העבודה של הפעלה-עצירה.

מה ששיטת הנתרן-יון אינה מביאה כרגע הוא שוויון בצפיפות האנרגיה של תאי ליתיום-יון בעלי אנרגיה גבוהה. צפיפות האנרגיה ברמת התא של נתרן-יון נמוכה יותר מליתיום-יון נפוץ, אך היא מספקת בהחלט לסוללת עזר של 12 וולט שאינה צריכה לאגור אנרגיה של חבילת הינע. נתרן-יון נמצא גם בשלב מוקדם יותר של פיתוח מסחרי מליתיום-יון לשירות אוטומוטיבי, מה שיש לו השלכות משלו על זהירות הקונה.

_______________________________________________________________________

למה שיטת הנתרן-יון נכנסת ליישומים של סטארט-סטופ

מספר גורמים מעשיים דוחפים את שיטת הנתרן-יון לתכניות הערכה של סטארט-סטופ.

•זמינות משאבים. נתרן הוא אחד מהיסודות הנפוצים ביותר בקרום כדור הארץ ובמحلولות מלחים תעשייתיים. אספקת חומר הגלם של נתרן אינה נושאת את אותה סיכון ריכוזי שאספקת ליתיום, קובלט או ניקל נושאת לטווח הארוך.

• תנאי קור הפעלת המנוע. כימיה של יוני נתרן הפגינה התנהגות מוצאת שימוש בפריקה בטמפרטורות נמוכות. הפעלת מנוע בטמפרטורות מתחת לאפס היא בדיוק התחום שבו ההתנגדות הפנימית של הסוללה חשובה ביותר, וכימיה שמשמרת התנגדות פנימית נמוכה בטמפרטורות נמוכות נותנת יתרון ממשי.

• מסלול עלות החומרים הגלמיים. תאי יוני נתרן משתמשים באלומיניום בשני הצדדים ומביאים לשליטה על קובאלט וניקל ברוב משפחות הקתודות. האם הבחירות האלה מתורגמות לעלות נמוכה יותר של התא בפועל תלוי בייצר, בתבנית התא, בכמות הייצור ובמשפחת הקתודה —אבל הבסיס המבני לעלות הוא נוח יותר מאשר כימיות שנבנות סביב חומרים נדירים יותר ונדיפים יותר.

• הגיוון של שרשרת האספקה. רבים מהיצרנים המקוריים (OEMs) וספקי הדרגה הראשונה (Tier-1) מקטינים את התלות בכימיה אחת בלבד. יוני נתרן נותנים לתוכנית הפעלה והשהיה (start-stop), שהייתה בעבר מוגבלת לסוללות מסוג AGM או EFB, אפשרות שלישית בכימיה.

• התאמה של רמת הבגרות עם מחזור העבודה. כימיה של נתרן-יון נמצאת ברמת зрינות טכנולוגית המתאימה למחזור העבודה של סוללת העזר. אין צורך שתתאים את צפיפות האנרגיה של חבילת התנופה כדי לספק ביצועים שימושיים בסוללת עזר של 12V או 24V.

הגורמים האלה אינם הופכים את נתרן-יון לתשובה הנכונה עבור כל תוכנית עצירה-הפעלה. הם כן הופכים את נתרן-יון למועמד אמין שיותר קונים בתעשיית הרכב מעריכים ברצינות.

_______________________________________________________________________

איך סוללת עצירה-הפעלה של נתרן-יון משווה לעופרת-חומצה, AGM, ו-EFB

עופרת-חומצה, AGM, ו-EFB הן הכימיות הקיימות בשירות עצירה-הפעלה בתעשיית הרכב. נתרן-יון נמצאת לצדן כאפשרות רביעית עם סט שונה של פשרות.

סוללות עופרת-חומצה שטופפות הן האפשרות המסורתית —זולים, זמינים ברוב המקומות ומבינים אותם היטב, אך הם מדרדרים במהרה במחזור הפעלה-השהיה בתנאי טעינה חלקית. סוללות EFB הן סוללות נוזליות עם חיזוק (לרוב רשת פוליאסטר, חומר פעיל משופר וקיבולת טעינה דינמית גבוהה יותר) שנועדו לרכב עם מערכת הפעלה-השהיה ברמה בסיסית. —ציוד סטנדרטי ברוב רכבים מדרגה בינונית ומרגישה עם מערכת הפעלה-השהיה, אך יקרות יותר מסוללות נוזליות או EFB.

יון הנתרן נמצא בין טכנולוגיות EFB ו-AGM ברוב פרמטרי הביצועים בנתונים שפורסמו. הוא הפגין התנהגות חזקה של פריקה בטמפרטורות נמוכות, עקומה שטוחה יותר של חיי מחזור בתנאי שימוש בחלקית מהטעינה (partial state-of-charge) בכמה כימיות, ואינו דורש שירות של מילוי מים. מצד שני, טכנולוגיית יון הנתרן היא טכנולוגיה אוטומוביליסטית פחות בשלמה, עם פחות תוכניות שדה מאושרות ובסיס אספקה קטן יותר.

המסגרת הנכונה היא התאמה לתוכנית הספציפית, ולא העדפה טכנולוגית כללית. צוות רכבים באקלים קריר שמעדיף מגוון שרשרת האספקה ויכול לתמוך בהתחייבות רכישה למספר שנים עלול למצוא את טכנולוגיית יון הנתרן מתאימה יותר מאשר AGM. צוות רכבים שמעדיף את עלות היחיד הנמוכה ביותר כרגע, פועל באקלים מתון ומחפש את רשת השירות הרחבה ביותר עלול למצוא את AGM מתאימה יותר. ההחלטה על הכימיה שייכת לתוכנית, לא לטכנולוגיה.

_______________________________________________________________________

היכן שסוללות הפעלה-עצירה ליון נתרן מתאימות — והיכן שלא

יון הנתרן מתאים היטב למגוון מקרי שימוש רכבתיים, ואינו מתאים במידה פחותה למקרים אחרים.

• כלי רכב לנוסעים באקלים קריר עם פונקציית הפעלה-עצירה .התנהגות פריקת יון הנתרן בטמפרטורות נמוכות היא התאמה מבנית לשוק שבו הפעלת המנוע בחורף מהווה את הנקודה החולשה של סוגי הסוללות הקיימים.

• סוללות עזר ב-12 וולט וב-24 וולט .דרישת אחסון האנרגיה היא מודרנית, דרישת זרם ההפעלה נמצאת בתוך טווח היכולת של יון הנתרן, והיתרון בפריקה באקלים קריר הוא שימושי ברוב השווקים.

•אסטרטגיות רכש שמעדיפות חילופיות כימית. רשויות רכב ותוכניות יצרני רכב שמעוניינות להפחית את התלות בכימיה אחת בלבד, הרחוקה מסלילים אספקתיים שמתמקדים בקובלט, ניקל וליתיום, יכולות להשתמש ביון הנתרן כאפשרות שלישית אמינה לצידם של סוללות AGM ו- EFB.

• תכניות ש יכול לתמוך בהתחייבות נפח רב-שנתית. כימיות בשלב מוקדם יותר מרחיבות את הקיבולת שלהן מהר יותר כאשר קונים מתחייבים לנפחים רב-שנתיים. יוניום הנתרן מתאים לתוכניות המבוססות על שותפות אספקה אמיתית, ולא לתוכניות שמחפשות רכישה חד-פעמית במחיר הנמוך ביותר.

הוא פחות מתאים לתוכניות שצריכות כיסוי רשת שירות רחב ביותר כבר היום, שם תשתית הסוללות חומצה-עופרת ו-AGM מפותחת יותר, וכן לתוכניות שצריכות היסטוריה שדה מאומתת לעומק רב-שנתית בארכיטקטורת הרכב הספציפית שלהן. תכניות רכב אוטומטיות ביוניום הנתרן הושקו, אך עומק ההיסטוריה בשטח עדיין לא כה גדול כמו היסטוריית השטח של AGM. גבולות אלו אינם פוסלים את יוניום הנתרן משירות start-stop. הם מגדירים את התחומים שבהם הכימיה אמינה ביותר כמועמד לרכישה ברגע זה.

_______________________________________________________________________

מה הקונים צריכים לבדוק לפני האספקה

לצוות רכש B2B העוסק באבחון סוללות יוניום הנתרן לרכב אוטומטי מסוג start-stop, יש לכלול מספר בדיקות בתהליך בירור הספק.

• לאשר הכימיה והפורמט התאי. משפחות קטודות שונות של יוני נתרן, חומרים אנודיים שונים, פורמטים תאיים שונים ועיצובי אריזה שונים מובילים לביצועים שונים. הקונה צריך לדעת איזו משפחת קטודות מסופקת, איזה פורמט תא נמצא בשימוש ואיזו חברה ייצרה את התאים. תוית יוני נתרן זהה עלולה להסתיר מוצרים שמתחלקים במאפיינים משמעותיים.

•לאשר את ביצועי ההפעלה בטמפרטורות בהן יותקנו התאים. אמפרים להפעלה (CA), אמפרים להפעלה קרה (CCA) ופרופיל המתח במהלך הפולס להפעלה חייבים לעבור בדיקה בטמפרטורות שבהן הרכבים ייפגעו בפועל בשירות. מספרי שיווק ממדידת ספסל בדיקות בטמפרטורת 25 °C מעלות צלזיוס אינם תחליף לאימות בביצועים בתקופת הקור.

• לאשר אורך חיים מחזורי בהתאם למחזור השימוש האמיתי. מספר מחזורי החיים שסופק על ידי היצרן חייב להיות מלווה בהבהרה לגבי עומק הפריקה, הטמפרטורה, קצב הטעינה ובקריטריון לסיום תקופת השימוש. אותה כימיה משני ספקים שונים עשויה להראות תוצאות שונות באותו בדיקת שדה, ואותו ספק עשויה להציג נתונים שונים בפרסום שלו לעומת בדיקה של צד שלישי.

•לאמת את סטטוס האישור לאוטומובילים. אימות אישור ECE R100 או אישור אזורי שקול, בדיקות תחבורה לפי UN 38.3, ניהול איכות IATF 16949 עבור ספק התאים והחבילה, ותוכניות אימות ייחודיות ללקוח – כל אלה חשובים. לכימיה נתרן-יון יש דרגת אישור נמוכה יותר מאשר לכימיה ליתיום-יון; הקונה צריך למפות אילו אישורים מחזיק המוצר הספציפי, ואילו אישורים מחזיק הספק, לפני קבלת החלטה.

•לאמת את היציבות המסחרית ואת תשתית התמיכה. כימיות בשלב מוקדם יותר דורשות עיון פעיל רב יותר של הספקים מאשר כימיות בשלבי בגרות. יציבות פיננסית, התחייבויות קיבולת למספר שנים, תהליכי אחריות, צוותי תמיכה טכנית ונתיבי מסמכים צריכים להיות חלק מההערכה.

• להעריך את נתיב המקור השני. תאום סטנדרטיזציה של תאוני נתרן עדיין מתגבש, ולכן הקפאת ספק תא יחיד יוצרת סיכון אספקתי גדול יותר מאשר הקפאת ספק תא יחיד בכימיה בשלבי בגרות. הקונה צריך לחשוב על אספקה חלופית, אילו תוכניות חלופיות הן מעשיות, וכמה עלות מוסיפה האספקה החלופית.

קונה שמתכנן לאספקה מנותקת של תאוני נתרן תוך הכרה בנקודות אימות אלו — ושמבנה את מערכת היחסים עם הספק כדי להתמודד איתם —נמצא בעמדת עוצמה רבה יותר מאשר קונה שמביא את ה attendances שלו שסodium-ion יתנהג בדיוק כמו אספקת AGM מבוגרת. כספק סוללות ואחסון אנרגיה ליבואני סוללות לאוטומובילים, מפיצים, סוחרים Groß, דילרים וקונים של OEM ו-ODM, PITTAR עובד עם תוכניות תאים מסוג sodium-ion המתאימות לשימוש במערכות start-stop ולמשימות עזר. —אמינות באקלים קריר, התערבות במגוון שרשרת האספקה, התחייבויות נפח למספר שנים —השיחה שווה את המאמץ. כאשר הכימיה עדיין לא מתאימה, הצעד הנכון הוא להישאר באופציה הקיימת עד שההתאמה תשתנה.

_______________________________________________________________________

שאלה נפוצות

מה ההבדל בין סוללת רכב רגילה ו a start-stop סוללה?

סוללת רכב רגילה נבנית למחזור עבודה פשוט: הפעלת המנוע, קבלת טעינה איטית להשלמה, ותפעול ציוד עזר כשמנוע מכובה. סוללת Start-Stop נבנית למחזור עבודה קשה בהרבה: אלפי הפעלות, תקופות ארוכות בחלקית מטעינה, פולסים לא סדירים של טעינה בעוצמה גבוהה, ותפעול ציוד עזר כשמנוע מכובה. סוללות Start-Stop משתמשות בכימיה מחוזקת —EFB, AGM או סודיום-יון —כדי לעמוד בדרישות האלה.

האם סוללת רכב רגילה be משתמשים בו i ברכב Start-Stop?

ייתכן שתפעל לתקופה קצרה במערכות Start-Stop ברמה בסיסית, אך תתפוגן במהרה תחת מחזור העבודה הזה. רוב יצרני הרכב מגדירים EFB, AGM או (בתוכניות חדשות יותר) סודיום-יון, משום שסוללות מסורתיות לא מתוכננות עבור דפוס המחזור הקשה יותר.