Čo je sodno-iónová automobilová štart-stop batéria?

Čo je sodno-iónový automobil štart-stop Stále svieti alarmová kontrolka?

Väčšina moderných osobných automobilov predávaných dnes je vybavená nejakou formou systému štart-stop. Keď sa vozidlo zastaví na semaforoch, motor sa vypne namiesto nečinného chodu. Keď sa uvoľní brzda, motor sa znova spustí. Úspory paliva a zníženie emisií sú pri každom cykle malé, avšak po celú životnosť automobilu sa tieto úspory a zníženia hromadia na významné hodnoty.

Batéria pod kapotou musí tento systém umožniť. Počas celej doby prevádzky musí spúšťať motor stotisíckrát, pri každom pohybe vozidla prijať vysoký nárazový nabíjací prúd od alternátora a zároveň napájať elektroniku kabíny, predné svetlá, informačno-zábavný systém a desiatky elektronických riadiacich jednotiek (ECU), aj keď je motor vypnutý.

Štandardná zatopená oloveno-kyselinová batéria, navrhnutá na jeden štart za jazdu, sa pri prevádzke so systémom štart-stop môže rýchlo degradovať. Preto výrobcovia automobilov najprv prešli na batérie EFB (zlepšené zatopené batérie) a AGM (batérie s absorbčnou sklenenou mriežkou) pre vozidlá so systémom štart-stop. Teraz sa hodnotí nátrium-ionová technológia ako tretia chemická alternatíva pre túto aplikáciu. Tento článok poskytuje základný prehľad: čo je systém štart-stop, aké požiadavky kladie na batériu, aké výhody prináša nátrium-ionová chemická technológia pre tento režim prevádzky, ako sa porovnáva s oloveno-kyselinovými batériami, batériami EFB a AGM a čo by mali overiť zakupujúci B2B pred tým, než začnú zdrojovať.

_______________________________________________________________________

Čo je automobilový systém štart-stop?

Systém štart-stop —niekedy nazývaný aj stop-start, idle stop alebo mikro-hybrid —automaticky vypne spaľovací motor, keď sa vozidlo zastaví, a znova ho spustí, keď vodič chce pokračovať v jazde. Tento systém je počas mestskej jazdy aktívny väčšinu času: na semaforoch, v premávke s pravidelným zastavovaním a rozbiehaním, na železničných priecestiach alebo pri čakaniu v poradí na drive-through službách.

Účel je jednoduchý. Motor, ktorý beží naprázdno, spotrebuje palivo bez toho, aby vykonal užitočnú prácu. Odstránením tohto režimu naprázdno sa zníži spotreba paliva a emisie z výfukovej rúry. Miera zníženia závisí od konkrétneho vozidla, jazdného cyklu a frekvencie aktivácie systému, avšak väčšina publikovaných odhadov uvádza úsporu paliva v rozmedzí 5–10 % pri typickej mestskej jazde.

Existuje niekoľko úrovní sofistikovanosti systémov štart-stop. Najzákladnejšie systémy vypínajú motor pri úplnom zastavení vozidla a znova ho spúšťajú po uvoľnení brzdy. Pokročilejšie systémy vypínajú motor už počas spomaľovania vozidla pred zastavením alebo dokonca krátko aj počas jazdy, kým sa vozidlo ešte pohybuje. Regeneratívne brzdenie —kde je alternátor obrátený tak, aby počas spomaľovania pôsobil ako generátor – často sa používa spolu so systémom štart-zastavenie a batéria musí pri každom spomaľovaní vozidla prijať túto regenerovanú energiu. Všetko toto kladie nezvyčajné nároky na batériu, ktoré v starších cykloch prevádzky štartovacích batérií neexistovali: vysoký prúd mnohokrát počas jednej jazdy, nepravidelné prijímanie vysokoprúdového náboja, dlhé obdobia s čiastočne nabitou batériou a rovnaký rozsah teplôt v motorovom priestore ako u olovenej batérie, ktorú nahradila.

_______________________________________________________________________

Čo má robiť batéria so systémom štart-zastavenie?

Batéria so systémom štart-zastavenie má tri základné úlohy, ktoré sa počas každej jazdy prekrývajú.

Musí štartovať motor. Štartovací prúd je najvyšší prúd, ktorý batéria dodáva počas prevádzky. —je to krátky výkonový impulz trvajúci zlomok sekundy až niekoľko sekúnd, pri ktorom batéria odovzdáva niekoľko stoviek ampérov na otáčanie štartovacieho motora. Napätie musí počas celého impulzu zostať nad prahovou hodnotou, ktorú štartovací motor vyžaduje.

Musí napájať elektrický systém, keď je motor vypnutý. Svietidlá, ventilátor klimatizačného systému, infotainment, prístrojová doska, moduly riadenia karosérie a dlhý zoznam menších elektronických riadiacich jednotiek (ECU) naďalej odoberajú prúd, keď je motor vypnutý. Toto sa niekedy označuje ako pokojová záťaž alebo príslušenstvová záťaž a v modernom vozidle môže ľahko presiahnuť niekoľko ampérov.

Musí prijať náboj od alternátora (a aj od rekuperatívneho brzdenia), keď je motor v chode. Vozidlá so štart-stop systémom generujú veľké množstvo nepravidelných nabíjacích udalostí. Alternátor posúva prúd späť do batérie pri každom reštarte motora a pri každom uvoľnení brzdy, a to v režimoch, ktoré sa výrazne líšia od pomalého, rovnomerného doplňovacieho nabíjania charakteristického pre vozidlá bez štart-stop systému.

Tieto tri úlohy spolu tvoria prevádzkový cyklus, ktorý je oveľa náročnejší, než je bežná automobilová batéria navrhnutá na zvládnutie. Bežná automobilová batéria sa očakáva, že bude štartovať motor niekoľkokrát stokrát počas svojej životnosti a väčšinu času bude udržiavať stav nabitia blízky plnému nabitiu. Batéria pre systém start-stop sa očakáva, že bude štartovať motor tisíckrát alebo desiatkami tisícok krát, bude sa nachádzať v stave čiastočného nabitia a bude absorbovať nepravidelné impulzy vysokého prúdu bez poškodenia. Moderné systémy start-stop tiež neustále monitorujú stav nabitia, stav zdravia a teplotu. —vypínajú funkciu start-stop pod hranicou nabitia a predohrievajú batériu v zime —aby sa zabránilo tomu, aby bola batéria vyzvaná na štartovanie motora v prípade, keď to spoľahlivo nemôže zabezpečiť.

_______________________________________________________________________

Čo je sodno-iónová automobilová štart-stop batéria?

Sodno-iónová automobilová batéria pre systém štart-stop je v podstate 12-voltová (alebo v niektorých platformách 24-voltová) pomocná automobilová batéria, v ktorej sa namiesto oloveno-kyselinovej, AGM, EFB alebo lithio-iónovej chemickej zložky (či akejkoľvek inej) používa sodno-iónová chemická zložka. Zvonku má rovnaký účel ako ktorákoľvek iná batéria pre systém štart-stop: spustenie motora, napájanie elektrického systému počas zastavenia motora a prijímanie náboja od alternátora.

Zmenou je vnútorná chemická zložka. Sodno-iónové články využívajú pohyb sodných iónov medzi katódou a anódou cez elektrolyt vedený sodnými iónmi, pričom na oboch stranách sú hliníkové prúdové zbierky. Pre automobilovú batériu pre systém štart-stop je rozhodujúce, čo daná chemická zložka poskytuje v rámci tohto režimu prevádzky: bohaté zásoby surovín obsahujúcich sodík, hliníkové prúdové zbierky na oboch stranách (čo je medzi komerčnými chemickými zložkami nezvyčajné) a preukázané správanie pri vybíjaní za nízkych teplôt. —všetky tieto vlastnosti sa primerane zhodujú s požiadavkami režimu prevádzky štart-stop.

To, čo natrium-ionová chemická zložka momentálne neposkytuje, je rovnosť energetickej hustoty s vysokoenergetickými litium-ionovými článkami. Energetická hustota na úrovni natrium-ionových článkov je nižšia ako u bežných litium-ionových článkov, hoci je viac než dostatočná pre pomocnú 12-voltovú batériu, ktorá nemusí ukladať energiu trakčného balíka. Natrium-ionové technológie sa tiež nachádzajú v rannej fáze komerčnej zrelosti v porovnaní s litium-ionovými technológiami pre automobilové aplikácie, čo má vlastné dôsledky pre starostlivosť kupujúcich.

_______________________________________________________________________

Prečo sa natrium-ionová chemická zložka presúva do aplikácií so štart-stop funkciou

Niekoľko praktických faktorov posúva natrium-ionovú chemickú zložku do programov hodnotenia pre štart-stop aplikácie.

•Dostupnosť surovín. Nátrium je jedným z najrozšírenejších prvkov v zemskej kôre a priemyselných brinách. Dodávky surovín obsahujúcich nátrium nepredstavujú rovnaké riziko koncentrácie ako dodávky lítia, kobaltu alebo niklu v dlhodobom horizonte.

• Studené počasie štartovanie motora. Nátrium-iontová chemická zložka preukázala užitočné vybíjacie správanie pri nízkych teplotách. Štartovanie motora pri teplotách pod bodom mrazu je presne tá oblasť, kde sa najviac prejavuje vnútorný odpor batérie, a chemická zložka, ktorá udržiava nižší vnútorný odpor pri nízkych teplotách, má skutočnú výhodu.

• Vývoj nákladov na suroviny. Nátrium-iontové články používajú hliník na oboch stranách a vo väčšine katódových rodín sa vyhýbajú kobaltu a niklu. Či sa tieto voľby prejavujú ako nižšie náklady na články v praxi, závisí od výrobcu, formátu článku, výrobného objemu a katódovej rodiny —ale štrukturálny nákladový prípad je výhodnejší v porovnaní s chemickými zložkami založenými na vzácnejších a cenovo nestabilnejších materiáloch.

• Diverzifikácia dodávateľského reťazca. Mnohé OEM a dodávatelia úrovne 1 znížili závislosť od jedinej chemickej zložky. Nátrium-iontové technológie ponúkajú programom štart-stop, ktoré boli doteraz historicky viazané na AGM alebo EFB, tretiu možnosť chemického riešenia.

• Zhoda stupňa vyspelosti s pracovný cyklus. Chemické zloženie sodno-iónových batérií je v súčasnosti vhodné pre pracovný cyklus pomocných batérií. Nemusí dosahovať rovnakú energetickú hustotu ako trakčné batérie, aby poskytovalo užitočný výkon v 12 V alebo 24 V pomocnej batérii.

Tieto faktory neznamenajú, že sodno-iónové batérie sú správnou voľbou pre každý systém štart–stop. Znamenajú však, že sodno-iónové batérie sú dôveryhodnou možnosťou, ktorú čoraz viac automobilových nákupcov vážne posudzuje.

_______________________________________________________________________

Porovnanie sodno-iónovej batérie štart–stop s oloveno-kyselinovou, AGM a EFB batériou

Oloveno-kyselinové, AGM a EFB batérie sú zavedené chemické zloženia pre automobilové systémy štart–stop. Sodno-iónové batérie sa umiestňujú vedľa nich ako štvrtá možnosť s inou množinou kompromisov.

Oloveno-kyselinové zaplavené batérie sú klasickou voľbou —lacno dostupné, široko rozšírené a dobre pochopiteľné, avšak rýchlo sa degradujú pri štart-stop prevádzke pri čiastkovom stave nabitia. Batérie EFB sú záplavové batérie so zosilnením (zvyčajne polyestrová sieťka, vylepšený aktívny materiál, vyššia dynamická prijímacia schopnosť nabíjania), navrhnuté pre vozidlá so štart-stop funkciou na vstupnej úrovni. Batérie AGM sú premium existujúce batérie: elektrolyt je udržiavaný v separátore z sklenenej tkaniny, vnútorný odpor je nižší a životnosť pri cyklovaní aj dynamická prijímacia schopnosť nabíjania sú vyššie —štandardné vybavenie mnohých stredných a premium vozidiel so štart-stop funkciou, avšak drahšie ako záplavové batérie alebo batérie EFB.

Sodno-iónové batérie sa v publikovaných údajoch nachádzajú medzi EFB a AGM z hľadiska väčšiny výkonnostných parametrov. Preukázali silné vybíjacie správanie pri nízkych teplotách, plochejší priebeh životnosti pri čiastočnom stave nabitia v niektorých chemických zloženiach a nepotrebujú dopĺňanie vody.

Správnym prístupom je posúdenie vhodnosti pre konkrétny program, nie všeobecná preferencia technológie. Flotila v chladných klímach, ktorá si cení diverzifikáciu dodávateľského reťazca a dokáže zabezpečiť viacročné záväzky týkajúce sa zakúpok, môže nájsť sodno-iónové batérie vhodnejšie ako AGM. Flotila, ktorá dáva prednosť najnižšej jednotkovej cene v súčasnosti, prevádzkuje vozidlá v miernych klímach a požaduje najširšiu sieť servisov, môže nájsť AGM vhodnejšie. Rozhodnutie o chemickom zložení patrí programu, nie technológii.

_______________________________________________________________________

Kde majú zmysel sodno-iónové batérie na štart-stop systémy – a kde nie

Nátrium-ionové batérie sú vhodné pre niekoľko automobilových použití, ale menej vhodné pre iné.

• Osobné vozidlá v chladnom klíme s funkciou štart–zastavenie. osobné vozidlá v chladnom klíme s funkciou štart–zastavenie. Nízkoteplotné vybíjacie správanie nátrium-ionovej chemickej zložky je štrukturálne vhodné pre trhy, kde je zimný štart slabým miestom súčasných chemických zložiek.

• Pomocné batérie 12 V a 24 V. pomocné batérie 12 V a 24 V. Požiadavky na úložisko energie sú skromné, požiadavky na štartovací prúd sú dobre v rámci možností nátrium-ionových batérií a výhoda pri vybíjaní za studena je užitočná na mnohých trhoch.

•Stratégie zabezpečovania zásob, ktoré uprednostňujú diverzifikáciu chemických zložiek. Fleety a programy výrobcov automobilov, ktoré chcú znížiť závislosť od jednej chemickej zložky a od zásobovacích reťazcov koncentrovaných na kobalt, nikl a lítium, môžu použiť nátrium-ionové batérie ako dôveryhodnú tretiu možnosť vedľa batérií AGM a EFB.

• Programy, ktoré môže podporiť záväzok objednávky na viacročné obdobie. Chemické zložky v ranom štádiu rozvíjajú kapacitu rýchlejšie, ak kupujúci záviažu objednávku na viacročné obdobie. Nátrium-ionové batérie sú vhodné pre programy založené na skutočnom partnerstve v oblasti zásobovania, nie pre programy, ktoré hľadajú jednorazový nákup za najnižšiu cenu.

Sú menej vhodné pre programy, ktoré potrebujú najširšie pokrytie servisnej siete v súčasnosti, kde je infraštruktúra olovených a AGM batérií už lepšie zavedená, a tiež pre programy, ktoré vyžadujú dôkladne overený viacročný prevádzkový záznam v ich špecifickom vozidlovom architektonickom riešení. Automobilové programy s nátrium-ionovými batériami boli nasadené, avšak ich prevádzkový záznam ešte nie je taký rozsiahly ako u AGM batérií. Tieto obmedzenia nevylučujú použitie nátrium-ionových batérií v systémoch start-stop. Definujú však oblasti, kde je táto chemická zložka v súčasnosti najviac dôveryhodnou možnosťou pre nákup.

_______________________________________________________________________

Čo by si mali kupujúci overiť pred zakúpením

Pre tímy B2B nákupu, ktoré hodnotia nátrium-ionové automobilové batérie pre systémy start-stop, patrí niekoľko kontrol do procesu overovania dodávateľa.

• Potvrďte chemické zloženie a formát článkov. Rôzne rodiny katód na báze sodíka, rôzne anodové materiály, rôzne formáty článkov a rôzne návrhy balíčkov vedú k odlišnému výkonu. Kupujúci by mal vedieť, ktorá rodina katód sa dodáva, aký formát článkov sa používa a ktorý výrobca články vyrobil. Rovnaký označovací štítok pre sodíko-iónové články môže skrývať významovo odlišné výrobky.

•Overte štartovací výkon pri teplotách nasadenia. Štartovacie ampéry (CA), studené štartovacie ampéry (CCA) a napäťový profil počas štartovacej záťažovej fázy sa musia testovať pri teplotách, ktoré vozidlá v reálnych prevádzkových podmienkach skutočne zažijú. Marketingové údaje z testovacej stolice pri 25 °C °C nezastupujú validáciu za studeného počasia.

• Overte životnosť v cykle za skutočného prevádzkového režimu. Čísla životnosti cyklov od výrobcu by mali byť spresnené hĺbkou vybíjania, teplotou, rýchlosťou nabíjania a kritériom pre koniec životnosti. Rovnaká chemická zložka od dvoch dodávateľov môže v rovnakom polním teste preukázať rozdielne výsledky a rovnaký dodávateľ môže uvádzať rozdielne údaje v marketingových materiáloch a v nezávislých tretích stranách.

•Overte stav certifikácie pre automobilový priemysel. ECE R100 alebo ekvivalentná regionálna homologácia, prepravné testovanie podľa UN 38.3, systém manažmentu kvality IATF 16949 pre dodávateľov článkov a batériových balíkov a zákaznícky špecifické programy overovania sú všetky dôležité. Chemická zložka sodno-iónových batérií je v rannej fáze certifikácie v porovnaní s litio-iónovými batériami; nakupujúci by mal pred uzatvorením záväzku preskúmať, ktoré certifikáty má konkrétny výrobok a ktoré má dodávateľ.

•Overte komerčnú stabilitu a infraštruktúru podpory. Chemické zložky v rannej fáze vyžadujú väčšiu aktívnu dôslednosť pri výbere dodávateľov ako zložky v zrelom štádiu. Do hodnotenia by mali byť zahrnuté finančná stabilita, záväzky týkajúce sa kapacity na viacero rokov, postupy záruky, tímy technickej podpory a dokumentačné stopy.

• Posúdiť možnosť dodávateľa druhého zdroja. Štandardizácia formátu sodno-iónových článkov sa ešte stále utvára, preto zameranie sa na jediného dodávateľa článkov predstavuje vyššie riziko dodávok ako v prípade zrelej chemickej zložky. Kupujúci by mal premýšľať o záložnom zdroji dodávok, o tom, aké záložné plány sú prakticky uskutočniteľné, a o tom, aké náklady záložné riešenie generuje.

Kupujúci, ktorý vstupuje do obchodovania so sodno-iónovými článkami s prerušovaným dodávaním s vedomím týchto kontrolných bodov – a ktorý navrhne vzťah s dodávateľom tak, aby tieto body riešil —je v oveľa silnejšej pozícii ako kupujúci, ktorý príde s očakávaním, že sodno-iónové batérie sa budú správať presne rovnako ako zrelé AGM batérie. Ako dodávateľ batérií a úložných systémov pre energiu, ktorý slúži dovozcom automobilových batérií, distribútorom, veľkoobchodníkom, predávajúcim a nákupným oddeleniam OEM a ODM, PITTAR spolupracuje s programami sodno-iónových článkov vhodnými pre štart-stop a pomocné aplikácie. Ak táto chemická zložka vyhovuje konkrétnej stratégií nákupu —spoľahlivosť v chladnom podnebí, diverzifikácia dodávateľského reťazca, záväzky na viacročné objemy —stojí za to túto tému diskutovať. Ak táto chemická zložka ešte nie je vhodná, najlepšie je zostať pri existujúcej možnosti, kým sa podmienky nezmenia.

_______________________________________________________________________

Často kladené otázky

Čo je rozdiel medzi bežnou automobilovou batériou a a štart-stop stále svieti alarmová kontrolka?

Bežná automobilová batéria je navrhnutá na jednoduchý režim prevádzky: spustenie motora, pomalé doplnenie náboja a zásobovanie príslušenstva, keď je motor vypnutý. Batéria pre systém štart-stop je navrhnutá na oveľa náročnejší režim prevádzky: tisíce spustení motora, dlhé obdobia pri čiastkovom stave nabitia, nepravidelné impulzy vysokého prúdu pri nabíjaní a zásobovanie príslušenstva, keď je motor vypnutý. Batérie pre systém štart-stop používajú posilnenú chemickú zložku —EFB, AGM alebo sodno-iónové —na zvládnutie týchto požiadaviek.

Může bežná automobilová batéria be použité i v aute so systémom štart-stop?

V niektorých základných systémoch štart-stop môže krátkodobo fungovať, avšak pod vplyvom tohto režimu prevádzky sa rýchlo degraduje. Väčšina výrobcov automobilov špecifikuje batérie EFB, AGM alebo (v novších programoch) sodno-iónové, pretože bežné zatopené batérie nie sú navrhnuté na náročnejší cyklický režim.