Wat is een natrium-ion-automobiel start-stop-accu?

Wat is een natrium-ion-automobiel start-stop Batterij is vervangen?

De meeste moderne personenauto's die vandaag de dag worden verkocht, zijn uitgerust met een of andere vorm van een start-stop-systeem. Wanneer het voertuig stilstaat bij een verkeerslicht, gaat de motor uit in plaats van te draaien op stationair toerental. Zodra het rempedaal wordt losgelaten, start de motor opnieuw. De brandstofbesparing en emissiereductie per cyclus zijn klein, maar tellen op tot aanzienlijke bedragen over de levensduur van een auto.

De accu onder de motorkap moet dat systeem mogelijk maken. Deze accu moet de motor honderdduizenden keren opstarten gedurende zijn levensduur, elke keer dat het voertuig rijdt hoge laadstromen van de dynamo opnemen en tegelijkertijd de elektronica in de cabine, koplampen, infotainment en tientallen ECUs blijven voeden terwijl de motor uitstaat.

Een standaard overlooploodzuuraccu, ontworpen voor een bedrijfscyclus van één start per rit, kan snel achteruitgaan bij gebruik in start-stop-systemen. Daarom zijn autofabrikanten eerst overgestapt op EFB-accu’s (verbeterde overloopaccu’s) en AGM-accu’s (absorberend glasmat-accu’s) voor voertuigen met start-stop-systemen. Natrium-ion wordt nu geëvalueerd als een derde chemische route voor deze toepassing. Dit artikel biedt een basisoverzicht: wat een start-stop-systeem is, welke eisen een start-stop-accu moet voldoen, welke voordelen natrium-ion-chemie biedt voor deze bedrijfscyclus, hoe het zich verhoudt tot loodzuur-, EFB- en AGM-accu’s, en welke punten B2B-kopers moeten controleren voordat zij inkopen.

_______________________________________________________________________

Wat is een automobiel start-stop-systeem?

Een start-stop-systeem —ook wel stop-start, leegloopstop of microhybride genoemd —schakelt de verbrandingsmotor automatisch uit wanneer het voertuig tot stilstand komt en start deze opnieuw wanneer de bestuurder weer wil vertrekken. Het systeem is meestal actief tijdens stadsverkeer: bij verkeerslichten, in stop-and-go-verkeer, bij spoorovergangen en bij wachtrijen bij drive-throughs.

Het doel is eenvoudig. Een stationaire motor verbruikt brandstof zonder nuttige beweging te leveren. Door die stationaire tijd te elimineren, wordt het brandstofverbruik en de uitlaatgasemissie verminderd. De mate van vermindering hangt af van het voertuig, de rijcyclus en de frequentie waarmee het systeem activeert, maar de meeste gepubliceerde schattingen plaatsen de brandstofbesparing tussen de 5 en 10 procent voor typisch stadsverkeer.

Er zijn verschillende niveaus van start-stop-geavanceerdheid. De meest basale systemen schakelen de motor uit bij volledige stilstand en starten deze opnieuw zodra het rempedaal wordt losgelaten. Geavanceerdere systemen schakelen de motor uit tijdens het uitrollen naar een stilstand of zelfs kort terwijl het voertuig nog in beweging is. Regeneratief remmen —waarbij de dynamo in omgekeerde richting draait om tijdens vertraging als generator te functioneren — wordt vaak gecombineerd met start-stop, en de accu moet elke keer dat het voertuig vertraagt die geregenereerde energie opnemen. Al ditmaal stelt ongebruikelijke eisen aan de accu die niet bestonden in de oudere bedrijfsomstandigheden voor startaccu’s: hoge stroomsterkte meerdere malen per rit, onregelmatige opname van hoge-stroomlading, langdurige periodes bij gedeeltelijke ladingstoestand en hetzelfde temperatuurbereik in de motorruimte als de lood-zuuraccu die het vervangt.

_______________________________________________________________________

Wat moet een start-stopaccu doen?

Een start-stopaccu heeft drie kernfuncties die zich tijdens elke rit overlappen.

Hij moet de motor starten. De startstroom is de hoogste stroomsterkte die de accu tijdens gebruik levert. —een korte piek die een fractie van een seconde tot enkele seconden duurt, waarbij er honderden ampère uit de accu worden getrokken om de startmotor te laten draaien. De spanning moet gedurende deze piek boven de drempel blijven die de startmotor nodig heeft.

Het moet het elektrische systeem van stroom voorzien terwijl de motor uitstaat. Koplampen, klimaatregeling, infotainment, instrumentencluster, body control modules en een lange lijst kleinere ECUs blijven stroom trekken wanneer de motor is uitgeschakeld. Dit wordt soms de ruststroom of accessoirestroom genoemd en kan bij moderne voertuigen gemakkelijk meerdere ampère overschrijden.

Het moet opladen via de dynamo (en via regeneratief remmen) wanneer de motor draait. Start-stopvoertuigen genereren veel onregelmatige laadmomenten. De dynamo leidt telkens weer stroom terug naar de accu wanneer de motor opnieuw start en telkens wanneer het rempedaal wordt losgelaten, in patronen die sterk afwijken van het langzame, gestage naslaglaadprofiel van een voertuig zonder start-stopfunctie.

Deze drie functies vormen samen een belastingscyclus die veel zwaarder is dan waarvoor een gewoon auto-accu is ontworpen. Een gewoon auto-accu moet slechts enkele honderden keren de motor opstarten gedurende zijn levensduur en blijft meestal bijna volgeladen. Een start-stop-accu moet duizenden of tienduizenden keren de motor opstarten, vaak op een gedeeltelijk laadniveau staan en onregelmatige, hoge-stroom-laadpulsen opnemen zonder schade op te lopen. Moderne start-stop-systemen monitoren ook voortdurend de laadtoestand, de gezondheidstoestand en de temperatuur. —waarbij de start-stop-functie wordt uitgeschakeld onder een bepaald laadniveau en de accu in de winter voorverwarmd wordt —om de accu te beschermen tegen het opstarten van de motor wanneer dit niet betrouwbaar mogelijk is.

_______________________________________________________________________

Wat is een natrium-ion-automobiel start-stop-accu?

Een natrium-ion-automobiel start-stop-accu is in wezen een 12-volt- (of op sommige platforms 24-volt-) automobielhulpaccu waarbij de cellen natrium-ion-chemie gebruiken in plaats van lood-zuur, AGM, EFB, lithium-ion of een andere chemie. Van buitenaf heeft deze dezelfde functie als elke andere start-stop-accu: de motor opstarten, het elektrisch systeem van stroom voorzien wanneer de motor uitstaat en opladen via de dynamo.

Wat verandert, is de interne chemie. Natrium-ion-cellen gebruiken de beweging van natrium-ionen tussen een kathode en een anode via een natrium-ion-geleidend elektrolyt, met aluminium-stroomverzamelaars aan beide zijden. Voor een automobiel start-stop-toepassing is van belang wat deze chemie levert binnen deze bedrijfscyclus: overvloedig beschikbaar natrium als grondstof, stroomverzamelaars aan beide zijden van aluminium (ongewoon bij commerciële chemieën) en aangetoond laagtemperatuur-ontlaadgedrag. —al deze kenmerken passen redelijk goed bij de start-stop-bedrijfscyclus.

Wat natrium-ionchemie momenteel nog niet biedt, is gelijkwaardigheid op het gebied van energiedichtheid met hoog-energie lithium-ioncellen. De energiedichtheid op celniveau van natrium-ioncellen is lager dan die van gangbare lithium-ioncellen, hoewel deze ruimschoots voldoende is voor een hulpaccu van 12 volt die geen tractie-energie hoeft op te slaan. Natrium-ionchemie bevindt zich ook in een eerder stadium van commerciële rijpheid dan lithium-ionchemie voor automotive-toepassingen, wat op zich weer gevolgen heeft voor de zorgvuldigheid die kopers in acht moeten nemen.

_______________________________________________________________________

Waarom natrium-ionchemie ingang vindt in start-stoptoepassingen

Verschillende praktische factoren drijven natrium-ionchemie naar evaluatieprogramma’s voor start-stoptoepassingen.

•Beschikbaarheid van grondstoffen. Natrium behoort tot de meest voorkomende elementen in de aardkorst en in industriële pekeloplossingen. De aanvoer van natriumgrondstoffen loopt niet hetzelfde concentratierisico als de lange-termijnlevering van lithium, kobalt of nikkel.

• Koud weer starten. Natrium-ion-chemie heeft nuttig ontladingsgedrag bij lage temperaturen aangetoond. Het starten van een motor bij onder-nultemperaturen is precies het moment waarop de interne weerstand van een accu het meest van belang is, en een chemie die een lagere interne weerstand behoudt bij lage temperaturen heeft een duidelijk voordeel.

• Traject van grondstofkosten. Natrium-ioncellen gebruiken aluminium aan beide zijden en vermijden kobalt en nikkel in de meeste kathodematerialen. Of deze keuzes in de praktijk leiden tot lagere celkosten, hangt af van de fabrikant, het celformaat, het productievolume en de kathodematerialfamilie —maar het structurele kostenargument is gunstiger dan bij chemieën die gebaseerd zijn op schaarsere en meer volatiele materialen.

• Diversificatie van de toeleveringsketen. Veel OEM’s en tier-1-leveranciers verminderen hun afhankelijkheid van één enkele chemie. Natrium-ion biedt een start-stopprogramma dat historisch gezien was afgestemd op AGM of EFB een derde chemie-optie.

• Afstemming van rijpheid met de bedrijfscyclus. Natrium-ion-technologie bevindt zich op het juiste volwassenheidsniveau voor de bedrijfscyclus van een hulpaccu. Het hoeft de energiedichtheid van de tractieaccu niet te evenaren om nuttige prestaties te leveren in een 12 V- of 24 V-hulpaccu.

Deze factoren maken natrium-ion niet automatisch de juiste keuze voor elk start-stopprogramma. Wel maken ze natrium-ion tot een geloofwaardige kandidaat die steeds meer automobielinkopers serieus onderzoeken.

_______________________________________________________________________

Vergelijking van een natrium-ion start-stopaccu met lood-zuur-, AGM- en EFB-accu’s

Lood-zuur-, AGM- en EFB-accu’s zijn de bestaande chemieën voor automotive start-stoptoepassingen. Natrium-ion vormt naast hen een vierde optie, met een ander stel afwegingen.

Gevulde lood-zuuraccu’s zijn de traditionele optie —goedkoop, wijdverspreid beschikbaar en goed begrepen, maar ze verslijten snel bij start-stop-gebruik bij gedeeltelijke lading. EFB-batterijen zijn gevulde batterijen met versterking (meestal een polyesterweefsel, verbeterd actief materiaal en hogere dynamische laadacceptatie), ontworpen voor instapniveau start-stop-voertuigen. AGM-batterijen zijn de premium bestaande oplossing: de elektrolyt is opgenomen in een glasmatseparator, de interne weerstand is lager en de cyclustijd en dynamische laadacceptatie zijn hoger —standaarduitrusting op veel middenklasse- en premium start-stop-voertuigen, maar duurder dan gevulde of EFB-batterijen.

Natrium-ion ligt op de meeste prestatieparameters tussen EFB en AGM volgens gepubliceerde gegevens. Het heeft sterke ontladingsprestaties bij lage temperaturen aangetoond, een vlakkere levensduurcurve bij gedeeltelijke laadtoestand in sommige chemieën en vereist geen wateraanvulling. Aan de andere kant is natrium-ion een minder volwassen automobieltechnologie met minder gevalideerde praktijkprogramma’s en een kleinere leveranciersbasis.

De juiste benadering is geschiktheid voor het programma, niet een algemene voorkeur voor een bepaalde technologie. Een vloot in koude klimaten die waarde hecht aan diversificatie van de toeleveringsketen en een meerjarige inkoopverbintenis kan ondersteunen, kan natrium-ion beter geschikt vinden dan AGM. Een vloot die momenteel de laagste stukprijs prioriteert, in gematigde klimaten werkt en over het breedste service-netwerk wil beschikken, kan AGM beter geschikt vinden. De keuze van chemie behoort bij het programma, niet bij de technologie.

_______________________________________________________________________

Waar natrium-ion start-stopbatterijen zinvol zijn — en waar niet

Natrium-ion is goed geschikt voor verschillende automobieltoepassingen en minder geschikt voor andere.

• Personenwagens in koudere klimaten met start-stopfunctie. sodium-ion chemistry's low-temperature discharge behavior is a structural fit for markets where winter cranking is the weak point of the incumbent chemistry set. Het ontladingsgedrag van natrium-ionchemie bij lage temperaturen is structureel geschikt voor markten waar winterstartproblemen het zwakste punt vormen van de bestaande chemieën.

• 12 V en 24 V hulpbatterijonderhoud. the energy storage requirement is modest, the cranking current requirement is well within sodium-ion's capability, and the cold-weather discharge advantage is useful in many markets. De energieopslagvereiste is bescheiden, de vereiste startstroom valt goed binnen het bereik van natrium-ion, en het voordeel bij ontlading bij koud weer is nuttig in vele markten.

•Inkoopstrategieën die chemiediversificatie waarderen. Vlootprogramma’s en OEM-programma’s die afhankelijkheid van één enkele chemie willen verminderen — weg van cobalt-, nikkel- en lithiumgebaseerde toeleveringsketens — kunnen natrium-ion gebruiken als een geloofwaardige derde optie naast AGM en EFB.

• Programma’s die kan een meerjarige volumecommitment ondersteunen. Chemieën in een vroeg stadium vergroten hun capaciteit sneller wanneer kopers zich verplichten tot meerjarige volumes. Natrium-ion past bij programma’s die zijn opgebouwd rond een echte sourcingpartnership, niet bij programma’s die slechts een eenmalige aankoop willen tegen de laagste prijs.

Het is minder geschikt voor programma’s die vandaag de dag de breedste service-netwerkdekking nodig hebben, waar de lood-zuur- en AGM-infrastructuur sterker gevestigd is, en voor programma’s die een grondig gevalideerde, meerjarige fieldtrackrecord nodig hebben binnen hun specifieke voertuigarchitectuur. Natrium-ion-automotiveprogramma’s zijn wel ingezet, maar de diepte van de fieldgeschiedenis is nog niet even groot als die van AGM. Deze grenzen sluiten natrium-ion niet uit voor start-stop-toepassingen. Ze bepalen waar de chemie vandaag het meest geloofwaardig is als inkoopkandidaat.

_______________________________________________________________________

Wat kopers moeten verifiëren vóór inkoop

Voor een B2B-inkoopteam dat natrium-ion-automotive start-stop-batterijen evalueert, behoren diverse controles tot het leveranciersdue-diligenceproces.

• Bevestig de chemie en het celformaat. Verschillende natrium-ion-kathodematerialen, verschillende anodematerialen, verschillende celformaten en verschillende moduleontwerpen leiden tot verschillende prestaties. Een koper moet weten welke kathodemateriaalfamilie wordt geleverd, welk celformaat wordt gebruikt en welke fabrikant de cellen heeft vervaardigd. Hetzelfde natrium-ion-label kan aanzienlijk verschillende producten verbergen.

•Controleer het startvermogen bij de temperatuur waarbij de accu in gebruik zal zijn. Startstroom (CA), koud-startstroom (CCA) en het spanningsprofiel tijdens de startstroompiek moeten worden getest bij de temperaturen die de voertuigen daadwerkelijk tegenkomen tijdens gebruik. Marketingcijfers van een 25 °C -graden-testbank zijn geen vervanging voor validatie bij koud weer.

• Controleer de cyclustijd onder de werkelijke belastingcyclus. De cyclustijdgetallen van een fabrikant moeten worden gekwalificeerd op basis van diepte van ontlading, temperatuur, laadsnelheid en eind-leven-criterium. Dezelfde chemie van twee leveranciers kan verschillende resultaten opleveren bij dezelfde veldtest, en dezelfde leverancier kan verschillende cijfers rapporteren in marketingmateriaal vergeleken met een onafhankelijke derdepartijtest.

•Controleer de automobielcertificeringsstatus. ECE R100 of gelijkwaardige regionale homologatie, UN 38.3 vervoerstests, IATF 16949 kwaliteitsbeheer voor de cel- en packleverancier, en klantspecifieke validatieprogramma’s zijn allemaal van belang. Natrium-ionchemie bevindt zich in een eerder stadium van certificering dan lithium-ionchemie; de koper dient in kaart te brengen welke certificeringen het specifieke product bezit en welke certificeringen de leverancier heeft, voordat er een verbintenis wordt aangegaan.

•Controleer de commerciële stabiliteit en de ondersteunende infrastructuur. Chemieën in een vroeg stadium vereisen meer actieve leveranciersdue diligence dan volwassen chemieën. Financiële stabiliteit, capaciteitsverbintenissen voor meerdere jaren, garantieprocessen, technische ondersteuningsteams en documentatietrajecten moeten allemaal deel uitmaken van de evaluatie.

• Evalueer het alternatieve-leverancierspad. De standaardisering van natrium-ioncelformaten is nog in ontwikkeling; daarom brengt het vastleggen van één celleverancier meer aanvoerrisico met zich mee dan het vastleggen van één celleverancier bij een volwassen chemie. Een koper dient na te denken over reservevoorzieningen, welke noodplannen haalbaar zijn en hoeveel extra kosten deze reservevoorzieningen met zich meebrengen.

Een koper die bewust instapt in start-stop-aanvoer van natrium-ioncellen — met kennis van deze verificatiepunten en met een leveranciersrelatie die specifiek is ingericht om ze aan te pakken —staat in een veel sterker positie dan een koper die binnenstapt met de verwachting dat natrium-ion zich precies hetzelfde gedraagt als een volwassen AGM-levering. Als leverancier van batterijen en energieopslagsystemen voor importeurs, distributeurs, groothandels, dealers en OEM- en ODM-kopers van autoaccu’s werkt PITTAR met natrium-ioncelprogramma’s die geschikt zijn voor start-stop- en hulpfuncties. Waar de chemie past bij een specifieke inkoopstrategie —betrouwbaarheid bij koud weer, diversificatie van de toeleveringsketen, meerjarige volumecommitments —is het gesprek zeker de moeite waard. Waar de chemie nog niet past, is de juiste stap om vast te houden aan de bestaande optie totdat de passendheid verandert.

_______________________________________________________________________

Veelgestelde vragen

Wat is er? is het verschil tussen een gewone autoaccu en a start-Stop batterij is vervangen?

Een gewoon autobatterij is ontworpen voor een eenvoudige bedrijfscyclus: de motor opstarten, een langzame aanvullende lading ontvangen en accessoireverbruik leveren wanneer de motor uitstaat. Een start-stopbatterij is ontworpen voor een veel zwaardere bedrijfscyclus: duizenden keren opstarten, lange perioden bij gedeeltelijke laadtoestand, onregelmatige ladingpulsen met hoge stroom en accessoireverbruik terwijl de motor uitstaat. Start-stopbatterijen gebruiken versterkte chemie —EFB, AGM of natrium-ion —om aan die eisen te voldoen.

Kan een gewone autobatterij be gebruikt i in een start-stopvoertuig?

Deze kan eventueel kortstondig werken in instapniveau start-stop-systemen, maar zal snel verslijten onder die bedrijfscyclus. De meeste autofabrikanten specificeren EFB, AGM of (in nieuwere programma’s) natrium-ion, omdat standaard gevulde batterijen niet zijn ontworpen voor het zwaardere cyclingspatroon.