Ako funguje automobilová batéria so systémom štart–zastavenie?

Ako Má automobil systém štart-stop Batéria Work?

Systém štart-stop pridáva malú, ale náročnú vrstvu k staršiemu cyklu zaťaženia batérie pri štarte. 12-voltová (alebo 24-voltová) pomocná batéria pod kapotou musí vypnúť motor na každom semafore, znova ho spustiť po uvoľnení brzdy, napájať elektroniku kabíny počas každého vypnutia motora a zároveň absorbovať nepravidelné pulzy vysokého prúdu od alternátora a od systému rekuperatívneho brzdenia počas zvyšku jazdy. Žiadna z týchto úloh neexistovala v staršom cykle zaťaženia, kde sa motor spustil len raz za cestu.

Ak chcete pochopiť, ako funguje batéria pre systém štart-stop, je užitočnejšie pozrieť sa na celý systém okolo nej, nie na chemické zloženie vnútra batérie. Chemické zloženie má význam – zatopená olovená batéria tento cyklus zaťaženia nezvládne, batéria EFB alebo AGM je súčasným štandardným riešením a sodno-iónová batéria sa teraz hodnotí ako tretia možnosť – avšak chemické zloženie má význam len v súvislosti s tým, čo systém od batérie vyžaduje.

Tento článok popisuje skutočný cyklus zaťaženia: čo sa deje od momentu, keď vozidlo zastaví na semafori, až po okamih, keď sa rozbieha, kde sa batéria vybíja, kde sa dobíja, čo robí systém riadenia batérie (BMS) a aké požiadavky každá fáza cyklu kladie na jednotlivé články.

_______________________________________________________________________

Čo Sa deje Počas štartu – Zastavenia?

Kompletný cyklus štartu a zastavenia je krátky – zvyčajne kratší ako –, avšak súčasne využíva takmer všetky špecifikácie batérie.

• Vozidlo sa blíži k zastaveniu. Vozidlo spomaľuje. Alternátor sa často prepne do režimu rekuperácie, čím vracia nabíjací prúd späť do batérie. Napätie na svorkách batérie sa v tejto fáze zvyčajne zvyšuje.

• Motor sa vypne pri nečinnosti. Keď sa vozidlo úplne zastaví a vodič stlačí brzdový pedál (alebo v niektorých systémoch, keď sa vozidlo pohybuje bez pohonu), riadiaca jednotka motora dá príkaz k vypnutiu motora. Štartér a záberové koleso sú teraz pripravené na ďalšie spustenie. Prúd z batérie prechádza z alternátora do elektrickej siete vozidla.

• Obdobie vypnutého motora. Svietidlá, ventilátor klimatizácie, informačno-zábavný systém, prístrojová doska, senzory parkovania, moduly riadenia karosérie a dlhý zoznam menších elektronických riadiacich jednotiek (ECU) naďalej odoberajú prúd. Toto je tzv. pokojová záťaž alebo príslušenstvová záťaž, ktorá u moderného vozidla môže ľahko dosiahnuť niekoľko ampérov.

• Vodič uvoľní brzdový pedál (alebo stlačí plyn). Štartér sa zapne a roztočí motor. Odoberaný prúd sa na zlomok sekundy až niekoľko sekúnd prudko zvýši na niekoľko stoviek ampérov. Napätie batérie počas tohto krátkodobého záťažového špičkového zaťaženia klesne.

• Motor sa znovu spustí. Spaľovanie sa obnoví, alternátor sa znovu zapne a nabíjací prúd sa vráti do batérie. Napätie sa zotaví a potom sa cyklus opakuje pri ďalšej zastávke.

Týchto päť udalostí sa opakuje desiatky alebo stovky krát počas mestskej jazdy. Ich časovanie, odoberaný prúd, teplota a stav nabitia sa tiež menia počas dňa a v rôznych ročných obdobiach. Táto premennosť je najnáročnejšou časťou prevádzkového cyklu.

_______________________________________________________________________

Prečo Batéria Je v strede systému štart–stop

V aute bez funkcie štart–stop je batéria predovšetkým záložným zdrojom. Alternátor napája elektrický systém, keď je motor v chode, a batéria slúži na štartovanie motora pri spustení a na pokrytie krátkodobých elektrických požiadaviek, keď je motor vypnutý. Stav nabitia sa väčšinou udržuje blízko plného, a batéria je zvyčajne požadovaná len na dodanie krátkeho výkonového impulzu s vysokým prúdom niekoľko stoviek krát počas svojej životnosti.

Funkcia štart-zastávka obráca túto prioritu. Batéria sa teraz stáva aktívnou súčasťou systému, nie záložným zdrojom. Počas vypnutého motora napája kabínu, prijíma nepravidelné nabitie z rekuperatívneho brzdenia a stovkykrát za jazdu znova spustí motor. Zvyšok elektrickej architektúry vozidla je navrhnutý tak, aby vyhovoval možnostiam batérie, nie naopak. Preto je výber batérie pre program štart-zastávka náročnejší ako výber batérie pre program bez funkcie štart-zastávka.

Konkrétne pre program s batériami na báze sodíka ide nielen o otázku, či môže chemické zloženie na báze sodíka spustiť motor (môže), ale aj o to, či dokáže vydržať nepravidelné nabíjanie, prevádzku v čiastočnom stave nabitia a vystavenie teplotám v motorovom priestore počas tisícok takýchto cyklov. V zvyšku tohto článku tieto požiadavky podrobne analyzujeme.

_______________________________________________________________________

Tri úlohy funkcie štart-zastávka Batéria Musí DO v Číne gLE Cyklus

Štart-stop batéria musí počas každej jazdy vykonávať tri úlohy, ktoré sa navzájom prekrývajú. Každá z týchto úloh zaťažuje batériu inak a chemické zloženie, ktoré je výborné pre jednu úlohu, môže byť nedostatočné pre inú.

• Dodávať výkonový impulz vysokého prúdu pri štarte. Keď sa motor znova spustí, štartér odoberá niekoľko stoviek ampérov po zlomok sekundy až niekoľko sekúnd. Napätie batérie musí počas celého impulzu zostať nad prahovou hodnotou, ktorú štartér potrebuje, aj pri teplotách pod nulou stupňov Celzia. Vnútorný odpor a správanie batérie pri vybíjaní za studena rozhodujú o tom, či batéria dokáže poskytnúť tento impulz v kritickom okamihu.

•Zásobovať elektrický systém počas vypnutého motora. Súčasná záťaž príslušenstva vozidla —ventilátor klimatizácie, informačno-zábavný systém, predné svetlá, senzory, riadenie karosérie —môže trvalo dosahovať niekoľko ampérov. Štart-stop batéria musí pokryť túto záťaž počas každého obdobia, keď je motor vypnutý – často bez pomoci alternátora. Najhorším prípadom pre túto úlohu sú dlhé obdobia vypnutého motora v intenzívnom premávkovom priestore.

• Prijať nabíja sa z alternátora a z rekuperatívneho brzdenia. Prijímanie náboja je najcitlivejšou časťou prevádzkového cyklu z hľadiska chemického zloženia. Alternátor posúva vysokoprúdové impulzy späť do batérie pri každom opätovnom štarte motora a počas spomaľovania; rekuperatívne brzdenie pridáva v mnohých moderných systémoch štart–stop nepravidelné vysokoprúdové impulzy. Batéria musí tieto impulzy absorbovať bez výdaja plynu, bez prehrievania a bez dlhodobého poškodenia článkov.

Tieto tri úlohy sa počas jednej jazdy prekrývajú. Batéria je požiadaná, aby odštartovala motor, potom stála v stave čiastočného nabitia, prijala náboj, znova odštartovala motor a znova prijala náboj – často desiatky krát, kým sa vozidlo neprevedie do vypnutého stavu. Chemické zloženie, ktoré sa v danej úlohe správa dobre, ale rýchlo degraduje pri ostatných úlohách, nie je vhodnou voľbou pre tento prevádzkový cyklus.

_______________________________________________________________________

Štartovanie, stabilita napätia a Zálohy pri nízkych teplotách

Výkon pri štarte sa udáva v ampéroch pre studený štart (CCA) a v ampéroch pre štart (CA). Obe tieto hodnoty popisujú, aký prúd môže batéria dodávať pri definovanej teplote po definovanú dobu a zároveň udržiavať napätie nad definovanou hranicou. CCA, udávané pri −18 °C (alebo 0 °F), je štandardná hodnota pre studené počasie uvádzaná na väčšine etikiet automobilových batérií.

Pre vozidlá so systémom štart–zastavenie je relevantná hodnota CCA nielen tá pri prvom štarte. Ide o hodnotu CCA, ktorú batéria dokáže stále dodávať po tisíckach čiastočných cyklov a po mesiacoch vystavenia teplote v motorovom priestore. Vnútorný odpor batérie stúpa s jej starnutím a so znížením stavu nabitia, preto je rezerva pre štart v chladnom počasí, ktorú má batéria v deň zakúpenia, iná ako rezerva, ktorú bude mať v treťom roku prevádzky. V publikovaných testoch sa ukázalo, že batérie s nátrium-ionovou chemiou vykazujú užitočné výbojové vlastnosti pri nízkych teplotách – práve to je jednou z príčin, prečo sa táto chemická zložka stáva zaujímavou pre automobilové programy v chladných oblastiach.

Stabilita napätia počas štartovacieho impulzu je rovnako dôležitá ako maximálny prúd. Štartovací motor potrebuje, aby napätie počas celého impulzu zostalo nad jeho prevádzkovým prahom; ak chemické zloženie batérie spôsobuje pokles napätia pod záťažou, štartovací motor musí pracovať intenzívnejšie, otáčanie sa spomaľuje a hrozí zlyhanie štartu. Plochý profil napätia väčšiny sodno-iónových a lítio-iónových článkov počas výkonového impulzu predstavuje skutočnú technickú výhodu oproti oloveno-kyselinovým batériám, kde sa napätie pri štartovacej záťaži výrazne zníži.

_______________________________________________________________________

Schopnosť prijímať náboj a alternátor správanie

Prijímanie náboja je časťou prevádzkového cyklu, počas ktorej sa automobilové batériové programy najčastejšie porúšajú. Alternátor a systém rekuperatívneho brzdenia do batérie vytvárajú prúd v nepravidelných impulzoch, a batéria musí tieto impulzy absorbovať bez poškodenia. Zaliate oloveno-kyselinové batérie sa pri tomto režime rýchlo degradujú: impulzy vysokého prúdu pri čiastočnom stave nabitia zrýchľujú koróziu mriežok, sulfatáciu platní a stratu vody. Batérie EFB a AGM boli špeciálne vyvinuté na zvládnutie tohto režimu, preto výrobcovia automobilov pre službu štart-stop pôvodne prešli na tieto chemické zloženia.

Chemické zloženie sodno-iónových článkov reaguje inak na nabíjacie impulzy vysokého prúdu. Sodno-iónové články sa zvyčajne dajú nabíjať vysokým prúdom bez rovnakých problémov s koróziou mriežky alebo sulfatáciou dosiek, aké pozorujeme u oloveno-kyselinových batérií. To poskytuje sodno-iónovému chemickému zloženiu štrukturálnu vhodnosť pre regeneratívne brzdenie a nabíjacie impulzy alternátora, ktoré sú charakteristické pre jazdu so systémom start-stop. Či sa táto výhoda prejaví v reálnych prevádzkových podmienkach, závisí od konkrétneho chemického zloženia článkov, rodiny katód, formátu článkov, stratégie riadenia BMS a integrácie do vozidla – nie je to automatické, a kupujúci by mal hľadať overovacie údaje, ktoré sa vzťahujú na ten istý vzor nabíjacích impulzov, aké bude v praxi generovať dané vozidlo.

Dynamická prijímateľnosť nabíjania – koľko prúdu môže batéria prijať pri čiastkovom stave nabitia, v chladnom prostredí a na konci dlhého obdobia, keď je motor vypnutý – je náročnejšou verziou tej istej otázky. Batérie EFB boli navrhnuté tak, aby zlepšili dynamickú prijímateľnosť nabíjania oproti záplavovým oloveným batériám; AGM ju zlepšujú ešte viac. Nátrium-iontová chemická zložka preukázala užitočnú dynamickú prijímateľnosť nabíjania v publikovaných testoch, avšak skutočné hodnoty sa výrazne líšia podľa návrhu jednotlivých článkov a prevádzkový režim, za ktorého sú články v prevádzke, má väčší vplyv ako akékoľvek laboratórne údaje.

_______________________________________________________________________

Čiastkový stav nabitia, SOC, je d SOH Monitorovanie

Batérie pre systémy štart–zastavenie zvyčajne neprechádzajú stavom plného nabitia (100 % SOC). Alternátor a rekuperatívne brzdenie dopĺňajú náboj batérie počas jazdy, avšak obdobia vypnutého motora, zaťaženie príslušenstvom a krátke štartovacie impulzy udržiavajú batériu väčšinou v rozsahu 70–80 % SOC po väčšinu jej životnosti. Toto je najhoršia prevádzková oblasť pre záplnové oloveno-kyselinové batérie: sulfatácia sa zrýchľuje pri čiastočnom stave nabitia, kapacita klesá rýchlejšie a znižujú sa rezervy pre štartovanie v chladnom počasí.

Moderné systémy štart–zastavenie monitorujú batériu prostredníctvom systému riadenia batérie (BMS), ktorý sa v dokumentácii výrobcov automobilov niekedy označuje ako modul senzora batérie alebo inteligentný senzor batérie. BMS sleduje stav nabitia (SOC), stav zdravia (SOH), teplotu a prúdový tok. Na základe týchto údajov rozhoduje, či sa má motor vypnúť pri nasledujúcej zastávke, či by mal alternátor nabíjať pri vyššom alebo nižšom napätí a kedy má byť vodič upozornený na potrebu výmeny batérie.

Pre program start-stop s použitím sodno-iónových článkov nie je BMS voliteľný. Sodno-iónové články vyžadujú vyváženie článkov, obmedzenia napätia a prúdu pri vysokých aj nízkych teplotách a ochranu pred prehĺbeným vybíjaním počas dlhých intervalov, keď je motor vypnutý. BMS tiež musí komunikovať s elektrickým systémom vozidla, aby alternátor a riadiaca jednotka rekuperatívneho brzdenia mohli prispôsobiť nabíjacie impulzy skutočnému stavu batérie, nie všeobecnému profilu záplavovej olovenej batérie. Kupujúci, ktorí posudzujú sodno-iónové batérie pre funkciu start-stop, by mali venovať veľkú pozornosť spôsobu integrácie BMS do vozidla, nie len chemickému zloženiu článkov.

_______________________________________________________________________

Teplota, motorový priestor a tepelné zaťaženie

Väčšina pomocných automobilových batérií sa nachádza v motorovom priestore alebo tesne mimo neho. Vystavené sú širokému rozsahu teplôt: studeným zimným nociam pri mínus desiatkach stupňov Celzia, letným teplotám v motorovom priestore, ktoré môžu presiahnuť 60 °C, a stredné podmienky, ktoré sa rýchlo menia medzi týmito dvoma extrémami. Batéria so štart-stop funkciou musí fungovať v celom rozsahu a požiadavky na každom z týchto extrémov sú odlišné.

Pri nízkych teplotách musí batéria zabezpečiť štartovanie motora, keď je vnútorný odpor najvyšší. Práve tu sa publikované správanie sodno-iónových batérií pri vybíjaní za nízkych teplôt stáva štrukturálnou výhodou. Pri vysokých teplotách musí batéria prijímať nabíjacie impulzy, zostať v čiastočnom stave nabitia a prežiť dlhé obdobia, keď je motor vypnutý, bez zrýchleného kalendárneho starnutia. Kalendárne starnutie je pomalá strata kapacity, ktorá nastáva bez ohľadu na to, či sa batéria používa alebo nie, a pri väčšine chemických zložiek sa zrýchľuje pri vyšších teplotách.

Kupujúci by mal hľadať údaje o batériových článkoch so sodíkom, ktoré sa týkajú oboch koncov tohto rozsahu: overenie štartovania za studena v chladnom počasí pri teplotách nasadenia, ktoré vozidlá skutočne zažijú, a údaje o starnutí pri vysokých teplotách, ktoré podporujú viacročnú záruku, ktorú program chce ponúknuť. Údaje z laboratórnych testov pri 25 °C nie sú náhradou ani za jedno z týchto požiadaviek.

_______________________________________________________________________

Čo to vyžaduje od chemického zloženia batérie

Ak znovu spojíme prevádzkový cyklus do celku, chemické zloženie batérie pre systém štart–stop musí v prevádzke poskytnúť päť vecí, nie len na testovacom stole.

• Spoľahlivé štartovanie za studena po tisíckach čiastočných cyklov a počas rokov vystavenia v motorovom priestore.

• Vysoká schopnosť prijímať náboj pri nerovnomernom pulzovom profile alternátora a regeneratívneho brzdenia, pri čiastočnom stave nabitia a v širokom rozsahu teplôt.

• Stabilné napájanie príslušenstva počas dlhých intervalov, keď je motor vypnutý, bez toho, aby sa batéria vybila do škodlivého hĺbkového stavu vybitia.

• Dlhá kalendárna životnosť pri teplote okolia teploty gine-bay, nie len pri izbovej teplote.

• Koordinácia BMS aby elektrický systém vozidla mohol tvarovať impulzy alternátora a rekuperatívneho brzdenia podľa skutočného stavu batérie.

Týchto päť požiadaviek je dôvodom, prečo už zatopené oloveno-kyselinové batérie nie sú vhodnou odpoveďou pre väčšinu štart-stop programov, prečo sa EFB a AGM stali prevládajúcimi možnosťami a prečo sa teraz vážne posudzuje sodno-iónová technológia. To, či je sodno-iónová technológia vhodnou odpoveďou pre konkrétny program, závisí od toho, ako je chemické zloženie integrované do vozidla, ako je naladený BMS a ako je overený režim zaťaženia – nie len od samotného označenia chemického zloženia.

_______________________________________________________________________

Prečo sa sodno-iónová chemická zložka vhodne hodí pre štart-stop prevádzku

Sodno-iónová chemická zložka má významný štrukturálny súlad so štart-stop režimom prevádzky z troch dôvodov, ktoré priamo korešpondujú s vyššie uvedenými piatimi požiadavkami.

• Chovanie pri vybíjaní za nízkych teplôt. Publikované testovania viacerých rodín katód na báze sodíka ukazujú, že batérie na báze sodíka udržiavajú užitočnú kapacitu a nižší vnútorný odpor pri teplotách pod nulou, čo je presne tá oblasť, kde je štartovanie v zimných podmienkach najdôležitejšie. Toto zodpovedá požiadavke na štartovanie v zimných podmienkach.

• Odolnosť voči nabíjacím impulzom. Články na báze sodíka vydržiavajú vysoké rýchlosti nabíjania bez rovnakého typu korózie mriežky alebo poškodenia sulfatizáciou, aké sa vyskytuje u olovených batérií. Pri správne nastavenom systéme riadenia batérií (BMS) to zodpovedá požiadavke na vysokú prijímaciu schopnosť nabíjania.

• Zrelosť vhodná pre pomocné batérie. Trh cyklus štart–zastavenie nepotrebuje energetickú hustotu trakčných batérií. Chemické zloženie na báze sodíka nemusí dosahovať energetickú hustotu materiálov NMC alebo LFP, aby poskytovalo užitočný výkon 12-voltových alebo 24-voltových pomocných batérií, a krivka zrelosti technológie na báze sodíka je dobre prispôsobená tomuto cyklu. Toto zodpovedá požiadavkám na životnosť v kalendárnom čase a koordináciu s BMS, obe z ktorých môže program článkov na báze sodíka riešiť na úrovni chemického zloženia a dodávok.

Kupujúci, ktorý vstúpi do programu sodno-iónových batérií pre systémy štart-stop s vedomím týchto troch štrukturálnych výhod —a s vedomím dôkladnosti dodávateľa, ktorú vyžaduje táto raná fáza vývoja chemického zloženia —je v oveľa silnejšej pozícii ako kupujúci, ktorý očakáva, že sa sodno-iónové batérie budú správať presne rovnako ako zrelé AGM batérie. Ako dodávateľ batérií a systémov na ukladanie energie pre importérov, distribútorov, veľkoobchodníkov, predávajúcich a kupujúcich OEM a ODM pre automobilový priemysel PITTAR spolupracuje s programami sodno-iónových článkov

navrhnutými so zreteľom na cykly štart-stop. Ak sa chemické zloženie hodí do programu – spoľahlivosť v chladnom podnebí, diverzifikácia dodávateľských reťazcov, záväzky na viacročné objemy a integrácia prispôsobená riadiacemu systému batérie (BMS) do elektrického systému vozidla – má zmysel túto tému diskutovať. Ak sa chemické zloženie ešte nehodí, najvhodnejším krokom je zostať pri aktuálnej existujúcej možnosti, kým sa podmienky nezmenia.

_______________________________________________________________________

Často kladené otázky

Ako funguje batéria pre systém štart-stop ?

Batéria start-stop je súčasťou elektrickej sústavy vozidla, ktorá automaticky vypína motor pri státí a znova ho spúšťa, keď je vodič pripravený na jazdu. Počas každého cyklu batéria dodáva vysokoprúdový štartovací impulz na opätovné spustenie motora, napája elektroniku kabíny a riadiace moduly počas doby, keď je motor vypnutý, a prijíma náboj od alternátora a regeneratívneho brzdového systému, ak sa motor znova rozbehne. Systém riadenia batérie (BMS) koordinuje stav nabitia, teplotu a prúdové limity, aby batéria mohla tento cyklus opakovať tisíckrát počas svojej životnosti.

Čo robí batériu start- stop odlišnou od a normálne auto stále svieti alarmová kontrolka?

Bežná automobilová batéria je navrhnutá na jednoduchý cyklus zaťaženia: jeden štart na cestu, pomalé dobitie a krátke zaťaženie príslušenstvom. Batéria pre systém start-stop je navrhnutá na tisícky štartov na jednu cestu, nepravidelné impulzy vysokého prúdu z rekuperatívneho brzdenia, dlhé obdobia vypnutého motora pri čiastočne nabitom stave a vystavenie teplote v motorovom priestore po mnoho rokov. Chemické zloženia EFB, AGM a sodno-iónové sú navrhnuté pre tento náročnejší režim; zatiaľ čo záplavové oloveno-kyselinové batérie nie sú.

Koľkokrát sa batéria pre systém start-stop štartuje počas životnosti? motor v jeho štartuje

Počet sa výrazne líši v závislosti od jazdných cyklov, klímy, integrácie vozidla a chemického zloženia. Výrobcami vozidiel (OEM) a nezávislými stranami publikované odhady pre systémy start-stop zvyčajne predstavujú desiatky až stovky tisíc štartov počas celého životného cyklu vozidla, avšak presný počet závisí od konkrétneho návrhu článku, ladenia systému riadenia batérií (BMS) a skutočného prevádzkového cyklu v reálnych podmienkach. Zakúpenci by mali vyhľadávať overovacie údaje, ktoré sa vzťahujú na rovnaký typ prevádzkového cyklu, aký budú vozidlá v praxi zažívať, nie na všeobecné laboratórne hodnoty.

Batéria pre systém start-stop vyžaduje špeciálny nabíjač?

Niektoré časy. Batérie s nátrium-iontovou technológiou, AGM a EFB majú iné profily nabíjacieho napätia ako záplavové oloveno-kyselinové batérie, a použitie nesprávneho nabíjacího profilu môže skrátiť životnosť alebo zabrániť úplnému nabitiu hlboko vybítenej batérie. Pre program s nátrium-iontovými batériami v režime štart–zastavenie by sa elektrický systém vozidla mal prispôsobiť oknu nabíjacieho napätia článkov a riadiaci systém batérií (BMS) by mal spolupracovať s regulátorom alternátora; vonkajší stolný nabíjač používaný v sklade alebo servisnom prostredí by mal mať rovnaký profil.

PREČO hodnotí sa nátrium-iontová technológia pre režim štart–zastavenie?

Chemické zloženie sodno-iónových batérií preukázalo užitočné vybíjanie za nízkych teplôt, vydržiava nepravidelné nabíjacie impulzy vysokým prúdom a nepotrebuje vysokú energetickú hustotu trakčného balíka na poskytnutie výkonu pomocných batérií 12 V alebo 24 V. Tieto štrukturálne výhody zodpovedajú požiadavkám na štartovanie pri nízkych teplotách, prijímanie náboja a zrelý výkon pomocných batérií, ktoré definujú cyklus štart–zastavenie, a preto sa sodno-iónové batérie vážne hodnotia spolu s batériami EFB a AGM v automobilových programoch.