Что такое натрий-ионный автомобильный аккумулятор для старт-стопной системы?

Что такое натрий-ионный автомобиль автомобиль с системой «старт-стоп» Аккумулятора?

Большинство современных легковых автомобилей, продаваемых сегодня, оснащены той или иной версией системы «старт-стоп». Когда автомобиль останавливается на светофоре, двигатель выключается вместо работы в режиме холостого хода. При отпускании педали тормоза двигатель автоматически запускается снова. Экономия топлива и снижение выбросов за один цикл невелики, однако со временем эти показатели накапливаются и дают ощутимый эффект за весь срок службы автомобиля.

Аккумулятор под капотом обеспечивает работу этой системы. Он должен запускать двигатель сотни тысяч раз за весь срок эксплуатации, принимать высокий импульсный зарядный ток от генератора каждый раз при движении автомобиля, а также продолжать питать электронику салона, фары, мультимедийную систему и десятки электронных блоков управления (ECU), пока двигатель выключен.

Стандартный свинцово-кислотный аккумулятор с жидким электролитом, предназначенный для одного пуска двигателя на поездку, быстро деградирует при использовании в системах старт-стоп. Именно поэтому автопроизводители первоначально перешли на аккумуляторы EFB (улучшенные свинцово-кислотные) и AGM (с абсорбирующим стекловолоконным сепаратором) для автомобилей со старт-стоп-системами. В настоящее время натрий-ионные аккумуляторы рассматриваются как третий химический вариант для этой области применения. В данной статье даётся базовый обзор: что такое система старт-стоп, какие функции должен выполнять аккумулятор старт-стоп, какие преимущества натрий-ионная химия предоставляет для данного цикла нагрузки, как она сравнивается со свинцово-кислотными, EFB и AGM-аккумуляторами, а также какие параметры должны проверить B2B-покупатели перед закупкой.

_______________________________________________________________________

Что такое автомобильная система старт-стоп?

Система старт-стоп —иногда называемая стоп-старт, остановка на холостом ходу или микрогибрид —автоматически отключает двигатель внутреннего сгорания, когда транспортное средство останавливается, и запускает его вновь, когда водитель хочет продолжить движение. Система активируется большую часть времени при городском вождении: на светофорах, в пробках с частыми остановками и троганиями, на железнодорожных переездах, при ожидании в очереди на пунктах обслуживания без выхода из автомобиля.

Цель проста. Работающий на холостом ходу двигатель потребляет топливо, не обеспечивая полезного движения. Устранение холостого хода снижает расход топлива и выбросы вредных веществ через выхлопную систему. Величина снижения зависит от конкретного транспортного средства, цикла движения и частоты активации системы; однако большинство опубликованных оценок указывают на экономию топлива в диапазоне 5–10 % при типичном городском вождении.

Существует несколько уровней сложности систем «старт-стоп». Наиболее базовые системы отключают двигатель при полной остановке и запускают его при отпускании педали тормоза. Более продвинутые системы отключают двигатель уже во время торможения накатом или даже кратковременно — при сохраняющемся движении транспортного средства. Регенеративное торможение —где генератор работает в обратном режиме, выступая в роли генератора при замедлении — часто используется совместно с системой «старт-стоп», и аккумулятор должен принимать эту рекуперированную энергию каждый раз, когда транспортное средство замедляется. Всё это создаёт необычные требования к аккумулятору, которых не было в старых циклах эксплуатации пусковых аккумуляторов: высокий ток многократно за поездку, нерегулярное принятие заряда высоким током, длительные периоды работы при частичном уровне заряда, а также тот же диапазон температур подкапотного пространства, что и у свинцово-кислотного аккумулятора, который он заменил.

_______________________________________________________________________

Что делает аккумулятор системы «старт-стоп»?

Аккумулятор системы «старт-стоп» выполняет три основные задачи, которые перекрываются на протяжении каждой поездки.

Он должен обеспечивать пуск двигателя. Ток пуска — это максимальный ток, который аккумулятор отдаёт в процессе эксплуатации. —кратковременный импульс продолжительностью от доли секунды до нескольких секунд, при котором из аккумулятора потребляются сотни ампер для вращения стартера. Напряжение должно оставаться выше порогового значения, необходимого стартеру, на всём протяжении этого импульса.

Он должен обеспечивать питание электрической системы, пока двигатель выключен. Фары, вентилятор климат-контроля, информационно-развлекательная система, приборная панель, модули управления кузовом и длинный перечень других небольших электронных блоков управления продолжают потреблять ток после остановки двигателя. Это иногда называют паразитной нагрузкой или нагрузкой вспомогательного оборудования, и в современном автомобиле она легко может превышать несколько ампер.

Он должен принимать заряд от генератора (а также от рекуперативного торможения), когда двигатель работает. Автомобили с функцией «старт-стоп» генерируют большое количество нерегулярных циклов зарядки. Генератор подаёт ток обратно в аккумулятор каждый раз при перезапуске двигателя и каждый раз при отпускании тормоза — в режимах, существенно отличающихся от медленной и стабильной подзарядки, характерной для автомобилей без функции «старт-стоп».

Эти три задачи в совокупности создают рабочий цикл, значительно более тяжёлый по сравнению с тем, для которого предназначена обычная автомобильная аккумуляторная батарея. Обычная автомобильная аккумуляторная батарея рассчитана на запуск двигателя несколько сотен раз за весь срок службы и должна большую часть времени оставаться почти полностью заряженной. Аккумуляторная батарея для систем «старт-стоп» должна обеспечивать запуск двигателя тысячи или десятки тысяч раз, работать при частичном уровне заряда и поглощать нерегулярные импульсы высокого тока без повреждений. Современные системы «старт-стоп» также непрерывно отслеживают уровень заряда, состояние здоровья батареи и температуру. —отключая функцию «старт-стоп» при снижении уровня заряда ниже порогового значения и предварительно подогревая аккумуляторную батарею зимой. —чтобы защитить аккумуляторную батарею от попыток запуска двигателя в тех случаях, когда она не может выполнить эту задачу надёжно.

_______________________________________________________________________

Что такое натрий-ионный автомобильный аккумулятор для старт-стопной системы?

Натрий-ионный автомобильный аккумулятор для систем «старт-стоп» по своей сути представляет собой 12-вольтовый (а в некоторых платформах — 24-вольтовый) вспомогательный автомобильный аккумулятор, элементы которого используют натрий-ионную химию вместо свинцово-кислой, AGM, EFB, литий-ионной или любой другой химии. Снаружи он выполняет ту же функцию, что и любой другой аккумулятор для систем «старт-стоп»: запуск двигателя, питание электрической системы при выключенном двигателе, приём заряда от генератора.

Изменяется только внутренняя химия. В натрий-ионных элементах ионы натрия перемещаются между катодом и анодом через электролит, проводящий натрий-ионы, а токосъёмники с обеих сторон выполнены из алюминия. Для автомобильного аккумулятора системы «старт-стоп» важны те характеристики, которые обеспечивает данная химия в рамках данного цикла эксплуатации: обилие сырья на основе натрия, токосъёмники из алюминия с обеих сторон (что нехарактерно для большинства коммерческих химических систем) и подтверждённое поведение при разряде при низких температурах. —все эти особенности достаточно хорошо соответствуют циклу эксплуатации систем «старт-стоп».

То, чего пока не обеспечивает натрий-ионная химия, — это паритет по энергоплотности с высокоплотными литий-ионными элементами. Уровень энергоплотности натрий-ионных элементов ниже, чем у массовых литий-ионных элементов, однако он более чем достаточен для вспомогательной 12-вольтовой батареи, которая не должна аккумулировать энергию тягового блока. Кроме того, натрий-ионные технологии находятся на более ранней стадии коммерческого развития по сравнению с литий-ионными в автомобильном применении, что само по себе предъявляет особые требования к тщательности оценки со стороны покупателей.

_______________________________________________________________________

Почему натрий-ионная химия входит в программы оценки для систем «старт-стоп»

Несколько практических факторов стимулируют включение натрий-ионной химии в программы оценки для систем «старт-стоп».

•Доступность ресурсов. Натрий относится к числу наиболее распространённых элементов в земной коре и в промышленных рассолах. Поставки сырья на основе натрия не связаны с теми же рисками концентрации, которые характерны для долгосрочных поставок лития, кобальта или никеля.

• Холодная погода запуск двигателя. Химия натрий-ионных аккумуляторов продемонстрировала полезное поведение при разряде при низких температурах. Запуск двигателя при температурах ниже нуля — это именно тот режим, где внутреннее сопротивление аккумулятора имеет решающее значение; химия, сохраняющая более низкое внутреннее сопротивление при низких температурах, даёт реальное преимущество.

• Траектория стоимости сырья. Натрий-ионные элементы используют алюминий с обеих сторон и избегают кобальта и никеля в большинстве катодных групп. Переводятся ли эти решения в более низкую стоимость элемента на практике, зависит от производителя, формата элемента, объёма производства и типа катода — но структурный расчёт стоимости более выгоден по сравнению с химиями, основанными на более редких и волатильных материалах.

• Диверсификация цепочки поставок. Многие Производители автомобилей и поставщики первого уровня снижают зависимость от одной химии. Натрий-ионные элементы предоставляют программам старт-стоп, традиционно использующим AGM или EFB, третью опцию по химии.

• Соответствие зрелости с цикл нагрузки. Химия натрий-ионных аккумуляторов достигла необходимого уровня зрелости для применения в цикле нагрузки вспомогательного аккумулятора. Ей не требуется соответствовать энергоплотности тягового аккумуляторного блока, чтобы обеспечить полезную производительность вспомогательного аккумулятора на 12 В или 24 В.

Эти факторы не делают натрий-ионные аккумуляторы оптимальным решением для каждой программы старт-стоп. Однако они превращают натрий-ионные аккумуляторы в обоснованного кандидата, который всё чаще серьёзно рассматривают автопроизводители.

_______________________________________________________________________

Сравнение натрий-ионного аккумулятора для систем старт-стоп с аккумуляторами типа свинец-кислота, AGM и EFB

Свинец-кислотные, AGM и EFB — это существующие химические составы, применяемые в автомобильных системах старт-стоп. Натрий-ионные аккумуляторы занимают alongside них позицию четвёртой альтернативы с иным набором компромиссов.

Свинец-кислотные залитые аккумуляторы — устаревший вариант —недорогие, широко доступные и хорошо изученные, однако быстро деградируют при циклическом режиме «старт-стоп» при частичном уровне заряда. Аккумуляторы EFB — это свинцово-кислые аккумуляторы с жидким электролитом, усиленные (обычно полиэстеровой сеткой, улучшенным активным материалом и повышенной динамической способностью к приёму заряда) для применения в базовых автомобилях с системой «старт-стоп». Аккумуляторы AGM являются премиальными по умолчанию: электролит удерживается в сепараторе из стекловолоконного мата, внутреннее сопротивление ниже, а срок службы в циклах и динамическая способность к приёму заряда выше —стандартное оборудование во многих автомобилях среднего и премиального класса с системой «старт-стоп», но дороже свинцово-кислых аккумуляторов с жидким электролитом или EFB.

Натрий-ионные аккумуляторы занимают промежуточное положение между EFB и AGM по большинству параметров производительности в опубликованных данных. Они продемонстрировали высокую эффективность разряда при низких температурах, более пологую кривую циклового ресурса при частичном заряде в некоторых химических составах и не требуют доливки воды. С другой стороны, натрий-ионные аккумуляторы — менее зрелая автомобильная технология с меньшим числом проверенных полевых программ и более узкой базой поставщиков.

Правильный подход — оценка соответствия технологии конкретной программе, а не безусловное предпочтение одной технологии. Парк, эксплуатируемый в холодном климате, заинтересованный в диверсификации цепочки поставок и способный обеспечить многолетние обязательства по закупкам, может найти натрий-ионные аккумуляторы более подходящими, чем AGM. Парк, для которого приоритетом является минимальная текущая стоимость единицы, эксплуатируемый в умеренном климате и нуждающийся в максимально широкой сервисной сети, может предпочесть AGM. Решение о выборе химического состава принимает программа, а не технология.

_______________________________________________________________________

Где целесообразно применение натрий-ионных стартерных аккумуляторов с функцией Start-Stop — и где нет

Натрий-ионные аккумуляторы хорошо подходят для ряда автомобильных применений и хуже — для других.

• Легковые автомобили в холодном климате с функцией «старт-стоп». легковые автомобили в холодном климате с функцией «старт-стоп». Низкотемпературное разрядное поведение натрий-ионных аккумуляторов структурно соответствует рынкам, где пуск двигателя зимой является слабым местом существующих химических систем.

• Вспомогательные аккумуляторы на 12 В и 24 В. вспомогательные аккумуляторы на 12 В и 24 В. Требования к ёмкости небольшие, ток пуска находится в пределах возможностей натрий-ионных аккумуляторов, а преимущество при разряде на морозе полезно во многих регионах.

•Стратегии закупок, ориентированные на диверсификацию химического состава. Парки автотранспорта и программы автопроизводителей, стремящиеся снизить зависимость от одного типа химии и уйти от цепочек поставок, сосредоточенных на кобальте, никеле и литии, могут использовать натрий-ионные аккумуляторы в качестве надёжного третьего варианта наряду с AGM и EFB.

• Программы, которые может поддерживать многолетние обязательства по объёмам. Химические составы на ранних стадиях развития быстрее наращивают мощности при условии, что покупатели берут на себя многолетние обязательства по объёмам. Натрий-ионные аккумуляторы подходят для программ, построенных на основе подлинного партнёрства в сфере закупок, а не для программ, ориентированных исключительно на разовую закупку по минимальной цене.

Они менее подходят для программ, которым требуется максимально широкое покрытие сервисной сети уже сегодня, где инфраструктура свинцово-кислотных и AGM-аккумуляторов более развита, а также для программ, которым необходим глубоко проверенный многолетний опыт эксплуатации в конкретной архитектуре транспортного средства. Автомобильные натрий-ионные программы уже внедрены, однако их практический опыт пока не столь обширен, как у AGM. Эти ограничения не исключают применение натрий-ионных аккумуляторов в системах «старт-стоп». Они лишь определяют, в каких случаях данная химия сегодня наиболее обоснована как кандидат на закупку.

_______________________________________________________________________

Что покупателям следует проверить перед закупкой

Для команды B2B-закупок, оценивающей натрий-ионные автомобильные аккумуляторы для систем «старт-стоп», в процессе проверки поставщика необходимо выполнить несколько ключевых проверок.

• Подтвердите химический состав и формат элементов. Разные семейства катодов на основе натрия, разные анодные материалы, разные форматы элементов и разные конструкции блоков приводят к различным характеристикам. Покупатель должен знать, какое семейство катодов поставляется, какой формат элементов используется и какой производитель изготовил элементы. Одинаковая маркировка «натрий-ионный» может скрывать принципиально отличающиеся продукты.

•Проверьте пусковые характеристики при температурах эксплуатации. Пусковые амперы (CA), холодные пусковые амперы (CCA) и профиль напряжения во время пускового импульса следует тестировать при тех температурах, с которыми транспортные средства фактически столкнутся в эксплуатации. Рекламные значения, полученные на испытательном стенде при 25 °C °C, не заменяют проверку в условиях низких температур.

• Проверьте ресурс циклов при реальном цикле нагрузки. Числовые значения циклического ресурса от производителя должны сопровождаться уточнениями по глубине разряда, температуре, скорости заряда и критерию окончания срока службы. Одинаковая химия от двух поставщиков может давать различные результаты в одинаковых полевых испытаниях, а один и тот же поставщик может приводить разные цифры в маркетинговых материалах и в независимых сторонних испытаниях.

•Проверьте статус сертификации для автомобильной отрасли. Имеют значение сертификация ECE R100 или эквивалентная региональная одобрение типа, испытания на транспортировку по стандарту UN 38.3, система менеджмента качества IATF 16949 для поставщика элементов и блоков, а также специфические для заказчика программы валидации. Химия натрий-ионных аккумуляторов находится на более ранней стадии получения сертификаций по сравнению с литий-ионными; покупатель должен чётко определить, какие сертификаты имеются у конкретного продукта и какие — у поставщика, до принятия решения о закупке.

•Проверьте коммерческую устойчивость и инфраструктуру поддержки. Химические составы на ранних стадиях разработки требуют более тщательной проверки поставщиков по сравнению с химическими составами, уже прошедшими стадию зрелости. В процесс оценки должны входить финансовая устойчивость, обязательства по обеспечению мощностей на несколько лет, процессы предоставления гарантий, команды технической поддержки и документационное сопровождение.

• Оцените возможность использования второго источника поставок. Стандартизация форм-факторов натрий-ионных элементов пока ещё находится в стадии формирования; поэтому привязка к единственному поставщику элементов создаёт больший риск срыва поставок, чем аналогичная привязка в случае химических составов, достигших стадии зрелости. Покупателю следует продумать резервные каналы поставок, определить, какие резервные меры являются практически осуществимыми, и оценить дополнительные затраты, связанные с этими мерами.

Покупатель, который начинает закупки натрий-ионных элементов с учётом этих пунктов верификации — и который выстраивает отношения с поставщиком таким образом, чтобы решить указанные вопросы —находится в гораздо более выгодном положении, чем покупатель, который приходит с ожиданием, что натрий-ионные аккумуляторы будут вести себя точно так же, как зрелые аккумуляторы AGM. Будучи поставщиком аккумуляторов и систем хранения энергии для импортёров автомобильных аккумуляторов, дистрибьюторов, оптовиков, дилеров, а также покупателей OEM и ODM, PITTAR работает с программами натрий-ионных элементов, подходящих для режимов старт-стоп и вспомогательного питания. Там, где данная химия соответствует конкретной стратегии закупок —надёжность в холодном климате, диверсификация цепочки поставок, многолетние объёмные обязательства —разговор стоит провести. Там, где данная химия пока ещё не подходит, правильным решением является сохранение текущего варианта до тех пор, пока соответствие не изменится.

_______________________________________________________________________

Часто задаваемые вопросы

Что является разницей между обычным автомобильным аккумулятором и a старт-Стоп аккумулятора?

Обычный автомобильный аккумулятор рассчитан на простой цикл эксплуатации: запуск двигателя, медленная подзарядка и питание вспомогательных потребителей при выключенном двигателе. Аккумулятор для систем «старт-стоп» рассчитан на значительно более тяжёлый цикл эксплуатации: тысячи циклов запуска, длительное пребывание в состоянии частичного заряда, нерегулярные импульсы заряда высоким током и питание вспомогательных потребителей при выключенном двигателе. Аккумуляторы «старт-стоп» используют усиленную химию —EFB, AGM или натрий-ионные —для выполнения этих требований.

Может ли обычная автомобильная батарея be бывший в употреблении i в автомобиле с системой «старт-стоп»?

Он может кратковременно работать в базовых системах «старт-стоп», однако быстро деградирует при таком цикле эксплуатации. Большинство автопроизводителей указывают EFB, AGM или (в новых программах) натрий-ионные аккумуляторы, поскольку стандартные залитые аккумуляторы не предназначены для столь тяжёлого цикла заряда-разряда.