Czym jest sodowo-jonowy akumulator samochodowy start-stop?

Czym jest pojazd z napędem na sodowo-jonowy automatyczne uruchamianie i zatrzymywanie silnika Akumulator?

Większość nowoczesnych samochodów osobowych sprzedawanych obecnie wyposażona jest w pewną formę systemu automatycznego uruchamiania i zatrzymywania silnika. Gdy pojazd zatrzymuje się na sygnalizacji świetlnej, silnik wyłącza się zamiast pracować na biegu jałowym. Po zwolnieniu hamulca silnik ponownie się uruchamia. Oszczędności paliwa oraz redukcja emisji osiągane w ten sposób są niewielkie w każdym cyklu, ale w skali całego okresu użytkowania pojazdu sumują się do istotnych wartości.

Akumulator umieszczony pod maską musi zapewniać prawidłowe działanie tego systemu. Musi uruchamiać silnik setki tysięcy razy w całym okresie eksploatacji, przyjmować wysokie prądy ładowania od alternatora za każdym razem, gdy pojazd się porusza, oraz nadal zasilać elektronikę wnętrza, reflektory, system rozrywkowy oraz dziesiątki jednostek sterujących (ECU), gdy silnik jest wyłączony.

Standardowa akumulatorowa bateria ołowiowo-kwasowa z zalanej konstrukcji, zaprojektowana do jednego uruchomienia silnika na trasę, może szybko ulec degradacji w warunkach eksploatacji start-stop. Dlatego producenci samochodów najpierw przeszli na baterie EFB (enhanced flooded battery) oraz AGM (absorbent glass mat) w pojazdach z systemem start-stop. Obecnie oceniana jest także możliwość zastosowania chemii sodowo-jonowej jako trzeciej ścieżki technologicznej dla tego zastosowania. Niniejszy artykuł stanowi podstawowy przegląd: czym jest system start-stop, jakie funkcje musi spełniać bateria start-stop, jakie korzyści oferuje chemia sodowo-jonowa w tym cyklu pracy, jak porównuje się ona do baterii ołowiowo-kwasowych, EFB i AGM oraz co zakupujący B2B powinni zweryfikować przed zakupem.

_______________________________________________________________________

Czym jest motocyklowy system start-stop?

System start-stop —czasem nazywany stop-start, idle stop lub mikrohybrydą —automatycznie wyłącza silnik spalinowy, gdy pojazd zatrzymuje się, i ponownie go uruchamia, gdy kierowca chce ruszyć. System działa najczęściej podczas jazdy miejskiej: na sygnalizacjach świetlnych, w ruchu zatrzymywanym i uruchamianym, na przejazdach kolejowych oraz w kolejce przy okienkach serwisowych.

Cel jest prosty. Silnik pracujący na biegu jałowym spala paliwo, nie generując przy tym użytecznego ruchu. Eliminacja tego czasu postoju zmniejsza zużycie paliwa i emisję spalin z rury wydechowej. Wielkość oszczędności zależy od konkretnego pojazdu, cyklu jazdy oraz częstotliwości aktywacji systemu; jednak większość opublikowanych szacunków wskazuje na oszczędności paliwa w zakresie 5–10% podczas typowej jazdy miejskiej.

Istnieje kilka poziomów zaawansowania systemów start-stop. Najprostsze wersje wyłączają silnik całkowicie po zatrzymaniu się pojazdu i ponownie go uruchamiają po zwolnieniu hamulca. Bardziej zaawansowane systemy wyłączają silnik już podczas hamowania pojazdu do zatrzymania lub nawet na krótko, gdy pojazd nadal się porusza. Hamowanie rekuperacyjne —gdzie alternator działa odwrotnie, stając się generatorem podczas hamowania — jest często stosowany w połączeniu z systemem start-stop, a akumulator musi przyjmować tę odzyskaną energię za każdym razem, gdy pojazd zwalnia. Wszystko to stawia nietypowe wymagania wobec akumulatora, których nie było w starszym cyklu pracy akumulatorów rozruchowych: wysoki prąd wielokrotnie podczas każdej podróży, nieregularne pobieranie ładunku przy wysokim prądzie, długotrwałe pozostawanie w stanie częściowego naładowania oraz taki sam zakres temperatur w komorze silnika jak u zastąpionego akumulatora ołowiowo-kwasowego.

_______________________________________________________________________

Na czym polega zadanie akumulatora start-stop?

Akumulator start-stop ma trzy podstawowe zadania, które nakładają się na siebie w trakcie każdej podróży.

Musi uruchamiać silnik. Prąd rozruchowy to najwyższy prąd, jaki akumulator dostarcza w trakcie eksploatacji. —jest to krótkotrwała fala trwająca ułamek sekundy do kilku sekund, podczas której z akumulatora pobierane są setki amperów w celu napędu silnika rozruchowego. Napięcie musi utrzymywać się powyżej progu niezbędnego dla silnika rozruchowego przez cały czas trwania tej fali.

Muszą zasilać układ elektryczny, gdy silnik jest wyłączony. Reflektory, wentylator systemu klimatyzacji, system rozrywkowy i informacyjny, zestaw wskaźników, moduły sterujące nadwoziem oraz długa lista mniejszych jednostek sterujących elektronicznych (ECU) nadal pobierają prąd po wyłączeniu silnika. Nazywa się to czasem obciążeniem postoju lub obciążeniem urządzeń pomocniczych i w nowoczesnym pojeździe może łatwo przekraczać kilka amperów.

Muszą przyjmować ładunek od alternatora (oraz z hamowania rekuperacyjnego), gdy silnik pracuje. Pojazdy z funkcją start-stop generują wiele nieregularnych cykli ładowania. Alternator wprowadza prąd z powrotem do akumulatora za każdym razem, gdy silnik ponownie się uruchamia, oraz za każdym razem, gdy zwalniana jest klapa hamulca – w sposób zupełnie inny niż powolne, stałe ładowanie uzupełniające w pojeździe bez funkcji start-stop.

Te trzy zadania tworzą cykl pracy znacznie bardziej uciążliwy niż ten, dla którego zaprojektowano zwykłą akumulatorową baterię samochodową. Oczekuje się, że zwykła bateria samochodowa uruchomi silnik kilkaset razy w czasie swojej żywotności i przez większość czasu pozostanie w stanie bliskim pełnego naładowania. Bateria systemu start-stop musi uruchamiać silnik tysiące lub dziesiątki tysięcy razy, utrzymywać się w stanie częściowego naładowania oraz pochłaniać nieregularne impulsy wysokoprądowego ładowania bez uszkodzenia. Współczesne systemy start-stop stale monitorują również stan naładowania, stan zdrowia oraz temperaturę. —dezaktywując funkcję start-stop poniżej progu naładowania oraz podgrzewając baterię przed zimą —w celu ochrony baterii przed próbą uruchomienia silnika w sytuacji, gdy nie może ona tego zrobić w sposób niezawodny.

_______________________________________________________________________

Czym jest sodowo-jonowy akumulator samochodowy start-stop?

Bateria sodowo-jonowa do systemów start-stop w pojazdach to, w istocie, 12-woltowa (lub w niektórych platformach 24-woltowa) pomocnicza akumulatorowa bateria samochodowa, w której ogniwa wykorzystują chemię sodowo-jonową zamiast ołowiu-kwasu, AGM, EFB, litowo-jonowej lub jakiejkolwiek innej chemii. Z zewnątrz pełni tę samą funkcję co każda inna bateria start-stop: uruchamia silnik, zasila układ elektryczny, gdy silnik jest wyłączony, oraz pobiera ładunek od alternatora.

Zmienia się jedynie chemia wewnętrzna. Ogniwa sodowo-jonowe wykorzystują przemieszczanie się jonów sodu pomiędzy katodą a anodą przez elektrolit przewodzący jony sodu, przy jednoczesnym zastosowaniu aluminiowych kolektorów prądu po obu stronach. W przypadku artykułu samochodowego do systemów start-stop kluczowe znaczenie ma to, co dana chemia zapewnia w tym cyklu pracy: obfitość surowca sodu, kolektory prądu z aluminium po obu stronach (co jest nietypowe wśród komercyjnych chemii) oraz udokumentowane zachowanie przy rozładowywaniu w niskich temperaturach. —wszystkie te cechy dobrze odpowiadają wymogom cyklu pracy systemów start-stop.

To, czego obecnie nie zapewnia chemia sodowo-jonowa, to równowaga gęstości energii z wysokogęstymi ogniwami litowo-jonowymi. Gęstość energii na poziomie ogniwa sodowo-jonowego jest niższa niż w przypadku powszechnie stosowanych ogniw litowo-jonowych, choć jest ona zupełnie wystarczająca dla pomocniczego akumulatora 12 V, który nie musi magazynować energii przeznaczonej do napędu pojazdu. Chemia sodowo-jonowa znajduje się również na wcześniejszym etapie dojrzałości komercyjnej niż chemia litowo-jonowa w zastosowaniach motocyklowych i samochodowych, co samo w sobie ma konsekwencje dla staranności zakupowej.

_______________________________________________________________________

Dlaczego chemia sodowo-jonowa wchodzi do zastosowań start-stop

Kilka praktycznych czynników sprzyja wprowadzaniu chemii sodowo-jonowej do programów oceny w zastosowaniach start-stop.

•Dostępność surowców. Sód jest jednym z najbardziej obfitych pierwiastków w skorupie ziemskiej oraz w przemysłowych roztworach solankowych. Dostawa surowców sodowych nie wiąże się z takim ryzykiem koncentracji długoterminowej, jakie niesie za sobą dostawa litu, kobaltu lub niklu.

• Zimne warunki pogodowe uruchamianie silnika. Chemia sodowo-jonowa wykazała przydatne zachowanie podczas rozładowywania w niskich temperaturach. Uruchamianie silnika poniżej zera stopni Celsjusza to właśnie ten moment, w którym opór wewnętrzny akumulatora ma największe znaczenie, a chemia zapewniająca niższy opór wewnętrzny w niskich temperaturach oferuje rzeczywistą przewagę.

• Trend kosztów surowców. Komórki sodowo-jonowe wykorzystują aluminium po obu stronach i unikają kobaltu oraz niklu w większości rodzin katod. Czy te wybory przekładają się w praktyce na niższy koszt komórek, zależy od producenta, formatu komórki, objętości produkcji oraz rodziny katod —ale strukturalny argument kosztowy jest bardziej korzystny niż w przypadku chemii opartych na rzadszych i bardziej niestabilnych materiałach.

• Diversyfikacja łańcucha dostaw. Wiele Producentów samochodów (OEM) i dostawców pierwszego stopnia (Tier-1) ogranicza zależność od jednej chemii. Sodowo-jonowa oferuje programowi start-stop, który tradycyjnie opierał się wyłącznie na akumulatorach AGM lub EFB, trzecią opcję chemii.

• Zgodność dojrzałości z cyklem pracy. Chemia sodowo-jonowa osiągnęła odpowiedni poziom dojrzałości dla cyklu pracy akumulatora pomocniczego. Nie musi odpowiadać gęstości energii pakietu napędowego, aby zapewnić użyteczną wydajność w akumulatorze pomocniczym o napięciu 12 V lub 24 V.

Te czynniki nie czynią chemii sodowo-jonowej odpowiedzią na każdy program start-stop. Czynią ją jednak wiarygodnym kandydatem, którego coraz więcej zakupowych działów motocyklowych i samochodowych analizuje poważnie.

_______________________________________________________________________

Porównanie akumulatora sodowo-jonowego do systemu start-stop z akumulatorami ołowiowo-kwasowymi, AGM i EFB

Akumulatory ołowiowo-kwasowe, AGM i EFB to obecnie dominujące chemie stosowane w systemach start-stop w pojazdach samochodowych. Chemia sodowo-jonowa stanowi czwartą opcję, stojącą obok nich, ale charakteryzującą się innym zestawem kompromisów.

Zatopione akumulatory ołowiowo-kwasowe to rozwiązanie tradycyjne —tanię, powszechnie dostępne i dobrze znane, ale szybko się degradują w cyklu start-zatrzymanie przy częściowym stanie naładowania. Akumulatory EFB to akumulatory zalewane z wzmocnieniem (zwykle siatka poliestrowa, ulepszony materiał aktywny oraz wyższa dynamiczna akceptacja ładowania), zaprojektowane dla podstawowych pojazdów z funkcją start-zatrzymanie. Akumulatory AGM to premiumowe rozwiązanie obecnie stosowane na rynku: elektrolit jest utrzymywany w separatorze z maty szklanej, opór wewnętrzny jest niższy, a żywotność cyklowa oraz dynamiczna akceptacja ładowania są wyższe —standardowym wyposażeniem wielu pojazdów średniej klasy i premium z funkcją start-zatrzymanie, ale są droższe niż akumulatory zalewane lub EFB.

Sodowo-jonowe akumulatory zajmują pozycję pośrednią między akumulatorami EFB i AGM pod względem większości parametrów wydajnościowych w opublikowanych danych. Wykazały one silne zachowanie podczas rozładowywania w niskich temperaturach, bardziej płaską krzywą cyklu życia przy częściowym stanie naładowania w niektórych chemiach oraz nie wymagają uzupełniania wody. Z drugiej strony technologia sodowo-jonowa jest mniej dojrzałą technologią motocyklową, charakteryzującą się mniejszą liczbą zweryfikowanych programów terenowych oraz mniejszą bazą dostawców.

Poprawnym podejściem jest dobór technologii odpowiedniej dla konkretnego programu, a nie bezwzględne preferowanie jednej technologii. Flota działająca w zimnych klimatach, która ceni dywersyfikację łańcucha dostaw i może zapewnić wieloletnie zobowiązanie zakupowe, może uznać akumulatory sodowo-jonowe za lepszy wybór niż AGM. Flota, której priorytetem jest obecnie najniższy koszt jednostkowy, która działa w umiarkowanych klimatach i potrzebuje jak najszerszej sieci serwisowej, może uznać AGM za lepszy wybór. Decyzja dotycząca chemii należy do programu, a nie do technologii.

_______________________________________________________________________

Gdzie akumulatory sodowo-jonowe do systemów start-stop są uzasadnione — a gdzie nie

Sodowo-jonowe akumulatory dobrze nadają się do wielu zastosowań motocyklowych, ale gorzej do innych.

• Samochody osobowe w klimatach zimowych z funkcją start-stop. samochody osobowe w klimatach zimowych z funkcją start-stop. Niskotemperaturowe właściwości rozładowania chemii sodowo-jonowej idealnie odpowiadają rynkom, w których uruchamianie silnika zimą stanowi słabe ogniwo obecnie stosowanych chemii.

• Zasilanie pomocnicze 12 V i 24 V. usługi związane z akumulatorami pomocniczymi. Wymagania dotyczące pojemności magazynowania energii są umiarkowane, wymagania dotyczące prądu rozruchowego mieszczą się w zakresie możliwości chemii sodowo-jonowej, a korzyść wynikająca z lepszej wydajności w niskich temperaturach jest przydatna na wielu rynkach.

•Strategie pozyskiwania surowców, które podkreślają dywersyfikację chemii. Floty i programy producentów samochodów (OEM), które chcą ograniczyć zależność od jednej chemii i zmniejszyć uzależnienie od łańcuchów dostaw skupionych wokół kobaltu, niklu i litu, mogą wykorzystać chemię sodowo-jonową jako wiarygodną trzecią opcję obok technologii AGM i EFB.

• Programy, które może zapewnić zobowiązanie do zakupu wolumenów na kilka lat. Chemiczne technologie na wczesnym etapie rozwoju szybciej zwiększają moc produkcyjną, gdy nabywcy zobowiązują się do zakupu wolumenów na kilka lat. Technologia sodowo-jonowa pasuje do programów opartych na rzeczywistej współpracy zakupowej, a nie do programów poszukujących jednorazowego zakupu po najniższej cenie.

Jest mniej odpowiednia dla programów wymagających obecnie najszerszego zasięgu sieci serwisowej, gdzie infrastruktura akumulatorów ołowiowo-kwasowych i AGM jest bardziej rozbudowana, oraz dla programów potrzebujących głęboko zweryfikowanego, wieloletniego doświadczenia polowego w ich konkretnej architekturze pojazdu. Programy motocyklowe wykorzystujące akumulatory sodowo-jonowe zostały już wdrożone, ale doświadczenie polowe nie jest jeszcze tak obszerne jak w przypadku akumulatorów AGM. Te ograniczenia nie wykluczają zastosowania technologii sodowo-jonowej w systemach start-stop. Określają jedynie obszary, w których chemia ta jest obecnie najbardziej wiarygodnym kandydatem zakupowym.

_______________________________________________________________________

Co nabywcy powinni sprawdzić przed zakupem

Dla zespołu zakupowego B2B oceniającego akumulatory sodowo-jonowe do zastosowań start-stop w pojazdach osobowych kilka sprawdzeń powinno zostać uwzględnionych w procesie weryfikacji dostawcy.

• Potwierdzić chemia i format ogniw. Różne rodziny katod sodowo-jonowych, różne materiały anodowe, różne formaty ogniw oraz różne konstrukcje pakietów prowadzą do różnych parametrów wydajnościowych. Kupujący powinien znać rodziny katod dostarczane w danym produkcie, format używanych ogniw oraz producenta ogniw. Taka sama etykieta „sodowo-jonowe” może ukrywać istotnie różne produkty.

•Zweryfikuj wydajność rozruchową w temperaturach eksploatacji. Amperozgodność rozruchowa (CA), amperozgodność rozruchowa w niskich temperaturach (CCA) oraz przebieg napięcia podczas impulsu rozruchowego należy badać w temperaturach rzeczywiście występujących w użytkowaniu pojazdów. Dane marketingowe uzyskane na stanowisku testowym w temperaturze 25 °C °C nie zastąpią walidacji w warunkach zimowych.

• Zweryfikuj żywotność cyklową w rzeczywistym cyklu roboczym. Liczby cykli życia podawane przez producenta powinny być uzupełnione informacjami o głębokości rozładowania, temperaturze, szybkości ładowania oraz kryterium końca życia. Ta sama chemia z dwóch różnych dostawców może dawać różne wyniki w tym samym teście polowym, a ten sam dostawca może podawać różne dane w materiałach marketingowych i w niezależnym teście przeprowadzonym przez stronę trzecią.

•Zweryfikuj status certyfikacji motocyklowej. Ma znaczenie homologacja zgodna z ECE R100 lub odpowiednik regionalny, badania transportowe zgodne z UN 38.3, system zarządzania jakością IATF 16949 dla dostawcy ogniw i zestawów oraz programy walidacji określone przez klienta. Chemia sodowo-jonowa znajduje się na wcześniejszym etapie objęcia certyfikacjami niż chemia litowo-jonowa; kupujący powinien określić, które certyfikaty posiada konkretny produkt, a które posiada dostawca, zanim podejmie zobowiązanie.

•Zweryfikuj stabilność komercyjną oraz infrastrukturę wsparcia. Chemiczne technologie na wczesnym etapie rozwoju wymagają większej czujności dostawcy pod względem aktywnym niż technologie dojrzałe. Stabilność finansowa, zobowiązania dotyczące mocy produkcyjnej na kilka lat, procesy gwarancyjne, zespoły wsparcia technicznego oraz ścieżki dokumentacji powinny być częścią oceny.

• Ocenić możliwość wykorzystania dostawcy zapasowego. Standardyzacja formatu ogniw sodowo-jonowych nadal się kształtuje, dlatego ograniczenie się do jednego dostawcy ogniw wiąże się z wyższym ryzykiem dostaw niż w przypadku technologii dojrzałych. Nabywca powinien rozważyć zapasowe źródła zaopatrzenia, określić, jakie plany zapasowe są praktyczne, oraz oszacować dodatkowe koszty wynikające z takiego zapasu.

Nabywca, który podejmuje decyzję o start-stop zakupów ogniw sodowo-jonowych przy pełnej świadomości tych punktów weryfikacyjnych — oraz który konstruuje relację z dostawcą tak, aby je uwzględnić —znajduje się w znacznie silniejszej pozycji niż kupujący, który przychodzi z oczekiwaniami, że ogniwa sodowo-jonowe będą zachowywać się dokładnie tak samo jak dojrzała oferta akumulatorów AGM. Jako dostawca akumulatorów i systemów magazynowania energii obsługujący importerów, dystrybutorów, hurtowników, dealerów oraz zakupujących OEM i ODM w branży motocyklowej i samochodowej, PITTAR współpracuje z programami ogniw sodowo-jonowych przeznaczonymi do zastosowań start-stop i zadań pomocniczych. Tam, gdzie ta chemia pasuje do konkretnej strategii zakupowej —niezawodność w warunkach niskich temperatur, dywersyfikacja łańcucha dostaw, wieloletnie zobowiązania co do objętości zakupów —warto rozpocząć rozmowę. Tam, gdzie ta chemia jeszcze nie pasuje, właściwym rozwiązaniem jest pozostanie przy obecnie stosowanej opcji aż do momentu, gdy warunki się zmienią.

_______________________________________________________________________

Najczęściej zadawane pytania

Co różni się zwykły akumulator samochodowy i a start-Stop akumulator?

Standardowy akumulator samochodowy jest zaprojektowany do prostego cyklu pracy: uruchamianie silnika, powolne uzupełnianie ładunku oraz zasilanie urządzeń pomocniczych, gdy silnik jest wyłączony. Akumulator start-stop jest zaprojektowany do znacznie bardziej wymagającego cyklu pracy: tysiące uruchamień silnika, długotrwała praca w stanie częściowego naładowania, nieregularne impulsy ładowania wysokim prądem oraz zasilanie urządzeń pomocniczych przy wyłączonym silniku. Akumulatory start-stop wykorzystują wzmocnioną chemię —EFB, AGM lub sodowo-jonowe —w celu spełnienia tych wymagań.

Czy standardowy akumulator samochodowy be używane i w pojeździe z funkcją start-stop?

Może działać krótkotrwałe w podstawowych systemach start-stop, ale szybko się zużyje w warunkach takiego cyklu pracy. Większość producentów samochodów określa jako obligatoryjne akumulatory EFB, AGM lub (w nowszych programach) sodowo-jonowe, ponieważ standardowe akumulatory kwasowo-ołowiowe nie są zaprojektowane do bardziej intensywnego cyklu ładowania i rozładowania.