Ce este o baterie automotive start-stop cu ioni de sodiu?

Ce este o automobilă cu ion de sodiu pornire-oprire automată Bateriei?

Majoritatea autoturismelor moderne vândute astăzi sunt echipate cu un sistem de pornire-oprire. Când vehiculul se oprește la un semafor, motorul se oprește în loc să funcționeze în gol. Când frâna este eliberată, motorul pornește din nou. Economia de combustibil și reducerea emisiilor obținute într-un singur ciclu sunt mici, dar se acumulează în valori semnificative pe durata de viață a unui automobil.

Bateria situată sub capota vehiculului trebuie să asigure funcționarea acestui sistem. Aceasta trebuie să rotească motorul de sute de mii de ori pe durata vieții sale utile, să accepte curenți mari de încărcare de la alternator de fiecare dată când vehiculul se deplasează și să mențină alimentarea electronicelor din cabină, a farurilor, a sistemului de info-divertisment și a zecilor de unități de comandă electronică (ECU) în timp ce motorul este oprit.

O baterie standard cu electrolit lichid pe bază de plumb, concepută pentru un ciclu de funcționare de o singură pornire pe traseu, se poate degrada rapid în condiții de utilizare start-stop. De aceea, producătorii auto au trecut inițial la baterii EFB (baterii îmbunătățite cu electrolit lichid) și AGM (baterii cu matrice din sticlă absorbantă) pentru vehiculele cu sistem start-stop. În prezent, chimia bazată pe ionii de sodiu este evaluată ca o a treia cale chimică pentru această aplicație. Acest articol oferă o prezentare generală fundamentală: ce este un sistem automotive start-stop, ce funcții trebuie să îndeplinească o baterie start-stop, ce aduce chimia bazată pe ionii de sodiu acestui ciclu de funcționare, cum se compară cu bateriile pe bază de plumb, EFB și AGM, și ce trebuie să verifice cumpărătorii B2B înainte de achiziționare.

_______________________________________________________________________

Ce este un sistem automotive start-stop?

Un sistem start-stop —denumit uneori stop-start, oprire la ralanti sau micro-hibrid —se oprește automat motorul cu ardere internă atunci când vehiculul se oprește și îl repornește când șoferul dorește să pornească din nou. Sistemul este activ în majoritatea timpului în timpul conducerii urbane: la semafoare, în traficul stop-and-go, la trecerile de cale ferată, în cozi la drive-through-uri.

Scopul este simplu. Un motor care funcționează în gol consumă combustibil fără a genera mișcare utilă. Eliminarea acestui timp de funcționare în gol reduce consumul de combustibil și emisiile prin țeava de eșapament. Reducerile depind de vehicul, de ciclul de conducere și de frecvența activării sistemului, dar cele mai multe estimări publicate plasează economiile de combustibil între 5 % și 10 % pentru conducerea urbană tipică.

Există mai multe niveluri de sofisticare ale sistemelor start-stop. Sistemele cele mai simple opresc motorul la o oprire completă și îl repornesc când frâna este eliberată. Sistemele mai avansate opresc motorul în timp ce vehiculul frânează pentru a se opri sau chiar pe durata scurtă în care acesta se află încă în mișcare. Frânarea regenerativă —unde alternatorul este inversat pentru a acționa ca un generator în timpul decelerării — este adesea asociat cu sistemul start-stop, iar bateria trebuie să accepte acea energie regenerată de fiecare dată când vehiculul își reduce viteza. Toate acestea impun cerințe neobișnuite bateriei, care nu existau în ciclul de funcționare anterior al bateriei de pornire: curenți înalți de mai multe ori pe parcursul unei călătorii, acceptare neregulată a încărcării cu curent înalt, perioade lungi petrecute la o stare parțială de încărcare și aceeași gamă de temperaturi din compartimentul motorului ca și bateria cu electrolit lichid pe care a înlocuit-o.

_______________________________________________________________________

Ce trebuie să facă o baterie start-stop?

O baterie start-stop are trei sarcini esențiale care se suprapun pe tot parcursul fiecărei călătorii.

Trebuie să pornească motorul. Curentul de pornire este cel mai mare curent pe care bateria îl furnizează în exploatare. —o descărcare de scurtă durată, care durează o fracțiune de secundă până la câteva secunde, extrăgând sute de amperi din baterie pentru a antrena motorul de pornire. Tensiunea trebuie să rămână deasupra pragului necesar motorului de pornire pe întreaga durată a descărcării.

Trebuie să alimenteze sistemul electric în timp ce motorul este oprit. Farurile, ventilatorul sistemului de climatizare, sistemul de infotainment, afișajul de bord, modulele de control ale caroseriei și o lungă listă de unități electronice de comandă (ECU) mai mici continuă să consume curent chiar și când motorul este oprit. Această situație este uneori denumită sarcină de repaus sau sarcină de accesoriu și poate ușor depăși câțiva amperi într-un vehicul modern.

Trebuie să primească încărcare de la alternator (și de la frânarea regenerativă) atunci când motorul funcționează. Vehiculele cu funcția start-stop generează multe evenimente neregulate de încărcare. Alternatorul injectează curent înapoi în baterie de fiecare dată când motorul pornește din nou și de fiecare dată când se eliberează frâna, în modele care diferă semnificativ de profilul lent și constant de încărcare de întreținere specific vehiculelor fără funcția start-stop.

Aceste trei sarcini combină o ciclare de funcționare mult mai severă decât cea pentru care este concepută o baterie obișnuită de autoturism. Se așteaptă ca o baterie obișnuită de autoturism să pornească motorul de câteva sute de ori pe durata vieții sale și să rămână, în majoritatea timpului, aproape complet încărcată. O baterie start-stop trebuie să pornească motorul de mii sau zeci de mii de ori, să rămână la un nivel parțial de încărcare și să absoarbă impulsuri neregulate de încărcare cu curent ridicat, fără a suferi deteriorări. Sistemele moderne start-stop monitorizează, de asemenea, în mod continuu starea de încărcare, starea de sănătate și temperatura. —dezactivând funcția start-stop sub o anumită limită de încărcare și încălzind în prealabil bateria în perioada rece. —pentru a proteja bateria împotriva solicitărilor de pornire a motorului atunci când nu poate face acest lucru în mod fiabil.

_______________________________________________________________________

Ce este o baterie automotive start-stop cu ioni de sodiu?

O baterie auto cu pornire-oprire pe bază de ioni de sodiu este, în esență, o baterie auxiliară auto de 12 volți (sau, în unele platforme, de 24 volți), ale cărei celule folosesc chimia ionilor de sodiu, în locul chimiei cu plumb-acid, AGM, EFB, ion-litiu sau oricare altă chimie. Din exterior, are aceeași funcție ca orice altă baterie pentru sisteme de pornire-oprire: pornește motorul, alimentează sistemul electric când motorul este oprit și primește încărcare de la alternator.

Ceea ce se schimbă este chimia internă. Celulele cu ioni de sodiu folosesc deplasarea ionilor de sodiu între catod și anod printr-un electrolit care conduce ioni de sodiu, cu colectoare de curent din aluminiu pe ambele părți. Pentru un articol auto cu pornire-oprire, contează ceea ce oferă această chimie în acest ciclu de funcționare: materie primă abundentă de sodiu, colectoare de curent din aluminiu pe ambele părți (caracteristică neobișnuită printre chimii comerciale) și comportament demonstrat de descărcare la temperaturi scăzute. —toate acestea se potrivesc în mod rezonabil cu ciclul de funcționare al sistemelor de pornire-oprire.

Ceea ce chimia cu ioni de sodiu nu oferă în prezent este paritatea densității de energie cu celulele de litiu-ion de înaltă energie. Densitatea de energie la nivelul celulelor cu ioni de sodiu este mai mică decât cea a celulelor de litiu-ion obișnuite, deși este mai mult decât suficientă pentru o baterie auxiliară de 12 volți, care nu trebuie să stocheze energia necesară propulsiei. Chimia cu ioni de sodiu se află, de asemenea, într-un stadiu mai incipient de maturitate comercială decât cea cu ioni de litiu pentru utilizare automotive, ceea ce are implicații proprii privind atenția cumpărătorilor.

_______________________________________________________________________

De ce chimia cu ioni de sodiu intră în aplicațiile start-stop

Mai mulți factori practici împing chimia cu ioni de sodiu către programele de evaluare start-stop.

•Disponibilitatea resurselor. Sodiul este unul dintre cele mai abundente elemente din scoarța terestră și din apele sărate industriale. Aprovizionarea cu materii prime de sodiu nu implică același risc de concentrare pe termen lung ca aprovizionarea cu litiu, cobalt sau nichel.

• În condiții de frig pornirea motorului. Chimia bazată pe sodiu-ion a demonstrat un comportament util de descărcare la temperaturi scăzute. Pornirea unui motor la temperaturi sub zero este exact momentul în care rezistența internă a bateriei contează cel mai mult, iar o chimie care menține o rezistență internă mai scăzută la temperaturi joase oferă un avantaj real.

• Evoluția costurilor materiilor prime. Celulele cu sodiu-ion folosesc aluminiu pe ambele fețe și evită cobaltul și nichelul în majoritatea familiilor de catod. Dacă aceste alegeri se traduc sau nu într-un cost mai scăzut al celulei în practică depinde de producător, formatul celulei, volumul de producție și familia de catod —dar argumentul structural legat de costuri este mai favorabil decât cel al chimii bazate pe materiale mai rare și mai volatile.

• Diversificarea lanțului de aprovizionare. Mulți Constructori auto (OEM) și furnizori de nivel 1 reduc dependența de o singură chimie. Sodiul-ion oferă un program start-stop, care a fost în mod tradițional blocat pe AGM sau EFB, o a treia opțiune de chimie.

• Potrivirea maturității cu ciclul de funcționare. Tehnologia bazată pe ioni de sodiu se află la nivelul potrivit de maturitate pentru ciclul de funcționare al bateriei auxiliare. Nu este necesar ca densitatea energetică să corespundă celei a bateriei de tracțiune pentru a oferi o performanță utilă într-o baterie auxiliară de 12 V sau 24 V.

Acești factori nu fac din tehnologia bazată pe ioni de sodiu răspunsul potrivit pentru orice program start-stop. Însă ei transformă această tehnologie într-un candidat credibil, evaluat tot mai serios de un număr tot mai mare de cumpărători auto.

_______________________________________________________________________

Cum se compară o baterie start-stop bazată pe ioni de sodiu cu cele cu plumb-acid, AGM și EFB

Bateriile cu plumb-acid, AGM și EFB sunt tehnologiile existente în serviciul auto start-stop. Tehnologia bazată pe ioni de sodiu stă alături de ele ca o a patra opțiune, cu un set diferit de compromisuri.

Bateriile cu plumb-acid inundate sunt varianta tradițională —ieftine, ușor de găsit și bine înțelese, dar se degradează rapid în regimul de pornire-oprire la starea parțială de încărcare. Bateriile EFB sunt baterii inundate cu întărire (de obicei o pânză din poliester, material activ îmbunătățit și o capacitate mai mare de acceptare dinamică a încărcării), concepute pentru vehiculele de intrare cu sistem start-stop. Bateriile AGM reprezintă soluția premium existentă: electrolitul este reținut într-un separator din mată de sticlă, rezistența internă este mai mică, iar durata de viață în ciclu și capacitatea de acceptare dinamică a încărcării sunt superioare —dotare standard pe multe vehicule mid-range și premium cu sistem start-stop, dar mai scumpe decât bateriile inundate sau EFB.

Ionii de sodiu se situează între EFB și AGM în ceea ce privește majoritatea parametrilor de performanță, conform datelor publicate. Aceștia au demonstrat un comportament excelent de descărcare la temperaturi scăzute, o curbă mai plată a duratei de viață în cicluri sub starea parțială de încărcare, în unele compoziții chimice, și nu necesită reîmprospătarea cu apă. Pe de altă parte, tehnologia ionilor de sodiu pentru autovehicule este mai puțin dezvoltată, cu mai puține programe validate în condiții reale și o bază de aprovizionare mai mică.

Abordarea corectă este cea adaptată programului, nu o preferință generalizată pentru o anumită tehnologie. Un parc auto care funcționează în climă rece, care acordă importanță diversificării lanțului de aprovizionare și care poate susține un angajament de achiziție pe mai mulți ani ar putea găsi bateriile cu ioni de sodiu mai potrivite decât cele AGM. Un parc auto care prioritizează costul unitar minim în prezent, care operează în climă blândă și care dorește o rețea de service cât mai extinsă ar putea considera că bateriile AGM sunt mai potrivite. Decizia privind compoziția chimică aparține programului, nu tehnologiei.

_______________________________________________________________________

Unde sunt potrivite bateriile cu ioni de sodiu pentru pornire-oprire — și unde nu

Ionul de sodiu este bine adaptat la mai multe cazuri de utilizare auto și mai puțin bine adaptat la altele.

• climă rece vehicule de transport cu start-stop. Comportamentul de descărcare la temperaturi scăzute al chimiei ionice de sodiu este o potrivire structurală pentru piețele în care cotitură de iarnă este punctul slab al setului chimic existent.

• 12 V și 24 V auxiliare serviciu pentru baterii. Cerința de stocare a energiei este modestă, cerința de curent de pornire este bine în limitele capacității ionilor de sodiu, iar avantajul descărcării în condiții de frig este util pe multe piețe.

•Strategii de aprovizionare care valorifică diversificarea compoziției chimice. Flotele și programele OEM care doresc să reducă dependența de o singură compoziție chimică, evitând lanțurile de aprovizionare concentrate pe cobalt, nichel și litiu, pot folosi ionii de sodiu ca o opțiune credibilă suplimentară, alături de AGM și EFB.

• Programe care poate susține un angajament de volum pe mai mulți ani. Tehnologiile chimice aflate în stadii incipiente își extind capacitatea mai rapid atunci când cumpărătorii se angajează să achiziționeze volume pe mai mulți ani. Ionii de sodiu se potrivesc programelor structurate în jurul unui parteneriat real de aprovizionare, nu programelor care doresc o achiziție unică la cel mai scăzut preț.

Este mai puțin potrivită pentru programele care necesită astăzi o acoperire cât mai largă a rețelei de servicii, unde infrastructura cu baterii cu electrolit lichid și AGM este mai bine consolidată, precum și pentru programele care necesită o istorie de funcționare pe teren, validată pe termen lung, în arhitectura specifică a vehiculului lor. Programele auto cu baterii cu ioni de sodiu au fost deja implementate, dar adâncimea istoriei de utilizare pe teren nu este încă comparabilă cu cea a bateriilor AGM. Aceste limite nu elimină ioni de sodiu din domeniul serviciilor start-stop. Ele definesc doar domeniile în care această tehnologie chimică este astăzi cea mai credibilă ca variantă de achiziție.

_______________________________________________________________________

Ce trebuie verificat de cumpărători înainte de aprovizionare

Pentru o echipă B2B de achiziții care evaluează bateriile auto cu ioni de sodiu pentru funcția start-stop, mai multe verificări trebuie incluse în procesul de evaluare a furnizorilor.

• Confirmați chimia și formatul celulei. Familii diferite de catod cu ion de sodiu, materiale anodice diferite, formate de celule diferite și designuri diferite de baterii conduc la performanțe diferite. Un cumpărător ar trebui să știe ce familie de catod este furnizată, ce format de celulă este utilizat și care producător a fabricat celulele. Aceeași etichetă de tip „ion de sodiu” poate ascunde produse semnificativ diferite.

•Verificați performanța de pornire la temperaturile de desfășurare. Amperii de pornire (CA), amperii de pornire la rece (CCA) și profilul de tensiune în timpul impulsului de pornire trebuie testați la temperaturile la care vehiculele vor fi expuse efectiv în exploatare. Valorile de marketing obținute pe un banc de testare la 25 °C °C nu înlocuiesc validarea în condiții de frig.

• Verificați durata de viață în ciclu în funcție de ciclul real de funcționare. Numerele privind durata de viață în cicluri furnizate de un producător trebuie să fie specificate în funcție de adâncimea descărcării, temperatură, rată de încărcare și criteriu de fine a vieții produsului. Aceeași chimie, provenind de la doi furnizori diferiți, poate produce rezultate diferite în aceeași probă de teren, iar același furnizor poate furniza cifre diferite în materialele de marketing comparativ cu cele obținute într-un test efectuat de o terță parte.

•Verificați starea de certificare pentru aplicații auto. Homologarea regională ECE R100 sau echivalentul acesteia, testele de transport UN 38.3, sistemul de management al calității IATF 16949 pentru furnizorii de celule și baterii, precum și programele de validare specifice clienților sunt toate elemente relevante. Chimia bazată pe sodiu se află într-o fază mai timpurie de acoperire prin certificări comparativ cu cea bazată pe litiu; cumpărătorul trebuie să identifice exact ce certificări deține produsul specific și care sunt cele deținute de furnizor, înainte de a lua o decizie de achiziție.

•Verificați stabilitatea comercială și infrastructura de suport. Chimia din stadiile incipiente necesită o diligencă activă mai riguroasă din partea furnizorilor decât chimia matură. Stabilitatea financiară, angajamentele privind capacitatea pe mai mulți ani, procesele de garanție, echipele de asistență tehnică și urmele documentare trebuie să facă parte din evaluare.

• Evaluați calea pentru un al doilea furnizor. Standardizarea formatului celulelor cu ion sodiu este încă în curs de formare, astfel încât blocarea unui singur furnizor de celule implică un risc de aprovizionare mai mare decât blocarea unui singur furnizor de celule într-o chimie matură. Un cumpărător ar trebui să reflecteze asupra aprovizionării de rezervă, asupra planurilor de rezervă care sunt practice și asupra costurilor suplimentare pe care acestea le generează.

Un cumpărător care abordează achiziționarea intermitentă de celule cu ion sodiu, având cunoștință de aceste puncte de verificare — și care structurează relația cu furnizorul pentru a le aborda —se află într-o poziție mult mai puternică decât un cumpărător care intră în negocieri așteptându-se ca bateriile cu ion de sodiu să se comporte exact ca o sursă matură AGM. Ca furnizor de baterii și sisteme de stocare a energiei, care servește importatorii, distribuitorii, angroștii, dealerii și cumpărătorii OEM și ODM de baterii auto, PITTAR lucrează cu programe de celule cu ion de sodiu potrivite pentru funcționarea start-stop și pentru sarcini auxiliare. Atunci când această chimie se potrivește unei strategii specifice de achiziții —fiabilitatea în climă rece, diversificarea lanțului de aprovizionare, angajamentele pe termen lung privind volumele —discuția merită purtată. Atunci când această chimie nu se potrivește încă, cea mai bună decizie este să rămâneți cu soluția existentă până când potrivirea se schimbă.

_______________________________________________________________________

Întrebări frecvente

Ce este diferența dintre o baterie obișnuită de autoturism și a start-Stop bateriei?

O baterie obișnuită de autoturism este concepută pentru un ciclu de funcționare simplu: pornirea motorului, încărcarea lentă suplimentară și alimentarea consumatorilor accesori când motorul este oprit. O baterie start-stop este concepută pentru un ciclu de funcționare mult mai sever: mii de porniri, perioade lungi la stare parțială de încărcare, impulsuri de încărcare cu curent ridicat neregulate și alimentarea consumatorilor accesori în timp ce motorul este oprit. Bateriile start-stop folosesc o chimie consolidată —EFB, AGM sau ion-sodiu —pentru a face față acestor cerințe.

Poate o baterie auto obișnuită be folosit i într-un vehicul start-stop?

Poate funcționa pe scurt în sisteme start-stop de nivel de intrare, dar se va degrada rapid sub acel ciclu de funcționare. Majoritatea producătorilor auto specifică EFB, AGM sau (în programele mai noi) ion-sodiu, deoarece bateriile standard umede nu sunt concepute pentru modelul mai sever de ciclare.