แบตเตอรี่ระบบสตาร์ท-สต็อปในรถยนต์ทำงานอย่างไร

อย่างไร ระบบเริ่ม-หยุดอัตโนมัติในรถยนต์มีหรือไม่ แบตเตอรี่ งานเหรอ

ระบบเริ่ม-หยุดเพิ่มภาระเล็กน้อยแต่หนักหนาสาหัสลงบนวงจรการใช้งานแบตเตอรี่แบบเดิมที่ใช้ในการสตาร์ตรถยนต์ แบตเตอรี่เสริมแรงดัน 12 โวลต์ (หรือ 24 โวลต์) ที่อยู่ใต้ฝากระโปรงถูกเรียกร้องให้ดับเครื่องยนต์ทุกครั้งที่รถจอดหน้าสัญญาณไฟจราจร สตาร์ตเครื่องยนต์ใหม่ทันทีที่ผู้ขับขี่ปล่อยแป้นเบรก จ่ายพลังงานให้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ภายในห้องโดยสารตลอดช่วงเวลาที่เครื่องยนต์ดับ และดูดซับกระแสไฟฟ้าสูงที่เกิดขึ้นแบบไม่สม่ำเสมอจากไดชาร์จและระบบเบรกแบบรีเจนเนอเรทีฟในช่วงเวลาที่เหลือ งานทั้งหมดนี้ไม่มีอยู่เลยในวงจรการใช้งานแบบเดิมที่สตาร์ตเครื่องเพียงครั้งเดียวต่อการเดินทางหนึ่งครั้ง

การเข้าใจว่าแบตเตอรี่ระบบเริ่ม-หยุดทำงานอย่างไรนั้น มีประโยชน์มากกว่าการพิจารณาองค์ประกอบทางเคมีภายในแบตเตอรี่เอง แต่ควรพิจารณาระบบโดยรวมที่ล้อมรอบแบตเตอรี่นั้นแทน องค์ประกอบทางเคมีมีความสำคัญ — แบตเตอรี่ตะกั่ว-กรดแบบเปิดไม่สามารถทนต่อวงจรการใช้งานแบบนี้ได้ ขณะที่แบตเตอรี่ EFB หรือ AGM คือทางเลือกที่ใช้งานกันอยู่ในปัจจุบัน และแบตเตอรี่โซเดียม-ไอออนกำลังอยู่ระหว่างการประเมินในฐานะทางเลือกที่สาม — แต่องค์ประกอบทางเคมีจะมีความสำคัญก็ต่อเมื่อพิจารณาในบริบทของสิ่งที่ระบบต้องการให้แบตเตอรี่ทำ

บทความนี้อธิบายวัฏจักรการใช้งานจริง: สิ่งที่เกิดขึ้นตั้งแต่ยานพาหนะหยุดนิ่งที่สัญญาณไฟจราจร จนถึงขณะเร่งความเร็วออก รวมถึงช่วงเวลาที่แบตเตอรี่ถูกปล่อยประจุ ช่วงเวลาที่แบตเตอรี่ถูกชาร์จใหม่ หน้าที่ของระบบจัดการแบตเตอรี่ (BMS) ในแต่ละช่วง และภาระที่แต่ละส่วนของวัฏจักรนี้ส่งผลต่อเซลล์แบตเตอรี่

_______________________________________________________________________

อะไร เกิดขึ้น ระหว่างการเริ่มต้น— หยุด?

วัฏจักรการเริ่มต้น-หยุดแบบครบวงจรนั้นมีระยะเวลาสั้น — โดยทั่วไปไม่เกิน — แต่จะทดสอบคุณสมบัติของแบตเตอรี่เกือบทุกข้อพร้อมกัน

• ยานพาหนะเข้าใกล้จุดหยุด ยานพาหนะกำลังลดความเร็ว ไดชาร์จเจอร์มักถูกเปลี่ยนไปทำงานในโหมดรีเจนเนอเรทีฟ ซึ่งส่งกระแสไฟกลับเข้าสู่แบตเตอรี่ แรงดันไฟฟ้าที่ขั้วต่อแบตเตอรี่มักเพิ่มขึ้นในช่วงเวลานี้

• เครื่องยนต์ดับขณะรถหยุดนิ่ง พอรถหยุดสนิทและผู้ขับขี่เหยียบแป้นเบรกค้างไว้ (หรือในบางระบบ ขณะที่รถกำลังไหลตัวโดยไม่เร่ง) หน่วยควบคุมเครื่องยนต์จะสั่งให้เครื่องยนต์ดับลง มอเตอร์สตาร์ทและเฟืองริงจึงพร้อมสำหรับการสตาร์ทครั้งถัดไป กระแสไฟจากไดชาร์จจึงเปลี่ยนไปจ่ายให้กับระบบไฟฟ้าของรถ

• ช่วงเวลาที่เครื่องยนต์ดับ ไฟหน้า ระบบปรับอากาศ พัดลมระบายความร้อน ระบบบันเทิงภายในรถ หน้าปัดแสดงผล เซ็นเซอร์จอดรถ โมดูลควบคุมตัวถัง และอุปกรณ์ควบคุมอิเล็กทรอนิกส์อื่นๆ อีกจำนวนมากยังคงดึงกระแสไฟอยู่ ซึ่งเรียกว่าโหลดพักหรือโหลดอุปกรณ์เสริม และในรถยนต์สมัยใหม่ ค่ารวมอาจสูงถึงหลายแอมแปร์ได้อย่างง่ายดาย

• ผู้ขับขี่ปล่อยแป้นเบรก (หรือเหยียบคันเร่ง) มอเตอร์สตาร์ทจึงทำงานและหมุนเครื่องยนต์ ทำให้กระแสไฟที่ใช้เพิ่มสูงขึ้นชั่วคราวเป็นหลายร้อยแอมแปร์ ภายในระยะเวลาเพียงเศษเสี้ยววินาทีถึงไม่กี่วินาที แรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่จึงลดลงชั่วคราว

• เครื่องยนต์เริ่มทำงานใหม่ อุณหภูมิการเผาไหม้กลับมาดำเนินการอีกครั้ง เครื่องกำเนิดไฟฟ้า (alternator) กลับเข้าสู่ระบบการทำงาน และกระแสไฟฟ้าสำหรับชาร์จไหลกลับเข้าสู่แบตเตอรี่ แรงดันไฟฟ้าค่อยๆ ฟื้นตัว จากนั้นวงจรจะเริ่มซ้ำอีกครั้งทุกครั้งที่รถหยุดนิ่ง

เหตุการณ์ทั้งห้าประการนี้เกิดซ้ำหลายสิบถึงหลายร้อยครั้งต่อการเดินทางในเมืองหนึ่งครั้ง นอกจากนี้ ช่วงเวลา ปริมาณกระแสที่ใช้ อุณหภูมิ และระดับความจุของแบตเตอรี่ (state of charge) ยังเปลี่ยนแปลงไปตามช่วงเวลาของวันและตามฤดูกาล ความแปรผันนี้คือส่วนที่ท้าทายที่สุดเพียงอย่างเดียวในรอบการใช้งานทั้งหมด

_______________________________________________________________________

ทำไม แบตเตอรี่ อยู่ใจกลางระบบเริ่ม-หยุด (Start-Stop System)

ในรถยนต์ที่ไม่มีระบบเริ่ม-หยุด แบตเตอรี่ทำหน้าที่เป็นเพียงแหล่งสำรองเท่านั้น เมื่อเครื่องยนต์กำลังทำงาน เครื่องกำเนิดไฟฟ้า (alternator) จะจ่ายพลังงานให้กับระบบไฟฟ้าทั้งหมด ส่วนแบตเตอรี่มีหน้าที่หลักเพียงสองประการ คือ หมุนเครื่องยนต์ให้เริ่มทำงานในขณะสตาร์ต และรองรับความต้องการไฟฟ้าระยะสั้นๆ เมื่อเครื่องยนต์หยุดทำงาน ระดับความจุของแบตเตอรี่ (state of charge) มักอยู่ใกล้ระดับเต็มตลอดเวลา และโดยทั่วไปแล้ว แบตเตอรี่แทบไม่ถูกเรียกร้องให้ทำสิ่งใดนอกเหนือจากการจ่ายกระแสไฟฟ้าสูงเป็นระยะเวลาสั้นๆ เพียงไม่กี่ร้อยครั้งตลอดอายุการใช้งาน

ระบบสตาร์ต-สต็อปกลับดัชนีความสำคัญนี้ แบตเตอรี่จึงไม่ใช่เพียงแหล่งพลังงานสำรองอีกต่อไป แต่ทำหน้าที่เป็นส่วนประกอบหลักของระบบ ทั้งขับเคลื่อนห้องโดยสารขณะเครื่องยนต์หยุดทำงาน รับพลังงานชาร์จแบบไม่สม่ำเสมอจากเบรกเก็บพลังงาน และสตาร์ตเครื่องยนต์ใหม่หลายสิบหรือหลายร้อยครั้งต่อการเดินทางหนึ่งครั้ง โครงสร้างระบบไฟฟ้าของยานพาหนะทั้งหมดถูกออกแบบให้สอดคล้องกับศักยภาพของแบตเตอรี่ ไม่ใช่ในทางกลับกัน นี่คือเหตุผลว่าทำไมการเลือกแบตเตอรี่สำหรับระบบนี้จึงเข้มงวดกว่าระบบที่ไม่มีฟังก์ชันสตาร์ต-สต็อป

สำหรับโครงการแบตเตอรี่โซเดียม-ไอออนโดยเฉพาะ คำถามไม่ได้อยู่ที่ว่าเคมีของโซเดียม-ไอออนสามารถสตาร์ตเครื่องยนต์ได้หรือไม่ (ซึ่งทำได้) แต่อยู่ที่ว่าเคมีนี้สามารถรองรับการรับพลังงานชาร์จแบบไม่สม่ำเสมอ การทำงานที่สถานะประจุบางส่วน และการสัมผัสอุณหภูมิสูงในห้องเครื่องยนต์ได้ตลอดอายุการใช้งานหลายพันรอบหรือไม่ ส่วนที่เหลือของบทความนี้จะอธิบายความต้องการทั้งสามประการนี้อย่างละเอียด

_______________________________________________________________________

สามหน้าที่ของระบบสตาร์ต-สต็อป แบตเตอรี่ ต้อง ทํา ในประเทศจีน gLE วงจร

แบตเตอรี่แบบสตาร์ท-สต็อปต้องทำหน้าที่สามอย่างพร้อมกันตลอดการเดินทางแต่ละครั้ง แต่ละหน้าที่สร้างภาระต่างกันต่อบาตเตอรี่ และสารเคมีชนิดหนึ่งที่เหมาะกับงานหนึ่งอาจไม่เหมาะสมกับอีกงานหนึ่ง

• จ่ายกระแสไฟฟ้า ในรูปแบบพัลส์ความแรงสูงขณะสตาร์ทเครื่องยนต์ เมื่อเครื่องยนต์เริ่มทำงานใหม่ มอเตอร์สตาร์ทจะดึงกระแสไฟฟ้าหลายร้อยแอมแปร์เป็นระยะเวลาเพียงเศษเสี้ยววินาทีถึงไม่กี่วินาที แรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ต้องคงค่าสูงกว่าเกณฑ์ขั้นต่ำที่มอเตอร์สตาร์ทต้องการตลอดช่วงเวลาดังกล่าว แม้ในอุณหภูมิต่ำกว่าศูนย์องศาเซลเซียสก็ตาม ความต้านทานภายในและพฤติกรรมการปล่อยประจุในสภาพอากาศเย็นเป็นปัจจัยสำคัญที่กำหนดว่าแบตเตอรี่จะสามารถจ่ายกระแสพัลส์นั้นได้หรือไม่ ในช่วงเวลาที่จำเป็นที่สุด

•จ่ายพลังงานให้ระบบไฟฟ้าขณะเครื่องยนต์หยุดทำงาน อุปกรณ์เสริมสมัยใหม่ในรถยนต์ —พัดลมระบบปรับอากาศ ระบบบันเทิงและข้อมูล ไฟหน้า เซ็นเซอร์ และระบบควบคุมตัวถัง —อาจใช้กระแสไฟฟ้ารวมกันหลายแอมแปร์อย่างต่อเนื่อง แบตเตอรี่แบบสตาร์ท-สต็อปต้องรองรับภาระดังกล่าวในทุกช่วงเวลาที่เครื่องยนต์หยุดทำงาน ซึ่งมักไม่มีการช่วยจากไดนาโมเลย สถานการณ์ที่เลวร้ายที่สุดสำหรับหน้าที่นี้คือช่วงเวลาที่เครื่องยนต์หยุดทำงานนานๆ ขณะรถติดหนัก

• รับ ชาร์จจากไดชาร์จเจอร์และจากการเบรกแบบรีเจนเนอเรทีฟ ความสามารถในการรับการชาร์จเป็นส่วนที่ไวต่อองค์ประกอบทางเคมีของแบตเตอรี่มากที่สุดในวงจรการใช้งาน ไดชาร์จเจอร์จะส่งกระแสไฟฟ้าแรงสูงเข้าสู่แบตเตอรี่เป็นจังหวะสั้นๆ ทุกครั้งที่เครื่องยนต์สตาร์ตใหม่และขณะชะลอความเร็ว ส่วนการเบรกแบบรีเจนเนอเรทีฟจะเพิ่มกระแสไฟฟ้าแรงสูงแบบไม่สม่ำเสมอในระบบสตาร์ต-สต๊อปสมัยใหม่หลายระบบ แบตเตอรี่จึงต้องสามารถดูดซับกระแสไฟฟ้าเหล่านี้ได้โดยไม่เกิดการปล่อยก๊าซ ไม่ร้อนจัดเกินไป และไม่เสียหายต่อเซลล์อย่างถาวร

งานทั้งสามนี้ทับซ้อนกันภายในการเดินทางหนึ่งครั้ง แบตเตอรี่ต้องทำหน้าที่สตาร์ตเครื่องยนต์ คงสถานะประจุไว้ที่ระดับบางส่วน รับการชาร์จ แล้วสตาร์ตเครื่องยนต์อีกครั้ง และรับการชาร์จอีกครั้ง ซึ่งอาจเกิดขึ้นหลายสิบครั้งก่อนที่ยานพาหนะจะดับเครื่อง

_______________________________________________________________________

การสตาร์ตเครื่องยนต์ ความมั่นคงของแรงดันไฟฟ้า และ ระยะสำรองในสภาพอากาศเย็น

ประสิทธิภาพการสตาร์ทเครื่องยนต์วัดเป็นหน่วยวัดแอมแปร์สำหรับสตาร์ทในสภาพอากาศเย็น (CCA) และแอมแปร์สำหรับสตาร์ททั่วไป (CA) ทั้งสองค่าระบุปริมาณกระแสไฟฟ้าที่แบตเตอรี่สามารถจ่ายได้ที่อุณหภูมิและช่วงเวลาที่กำหนด โดยยังคงรักษาระดับแรงดันไฟฟ้าไว้เหนือเกณฑ์ที่กำหนด −18 °C (หรือศูนย์ °F), เป็นค่า CCA มาตรฐานสำหรับสภาพอากาศเย็น ซึ่งปรากฏอยู่บนฉลากแบตเตอรี่รถยนต์ส่วนใหญ่

สำหรับยานพาหนะที่ใช้ระบบสตาร์ท-หยุด ค่า CCA ที่เกี่ยวข้องไม่ใช่เพียงแค่ค่า CCA ขณะเริ่มต้นใช้งานเท่านั้น แต่คือค่า CCA ที่แบตเตอรี่ยังสามารถจ่ายได้หลังผ่านการชาร์จ-คายประจุแบบบางส่วนมาแล้วหลายพันรอบ และหลังจากถูกสัมผัสกับอุณหภูมิในห้องเครื่องมานานหลายเดือน ความต้านทานภายในของแบตเตอรี่จะเพิ่มขึ้นเมื่ออายุการใช้งานมากขึ้น และเมื่อระดับประจุลดลง ดังนั้นระยะปลอดภัยในการสตาร์ทเครื่องยนต์ภายใต้อุณหภูมิต่ำที่แบตเตอรี่มีในวันแรกของการใช้งาน จะไม่เท่ากับระยะปลอดภัยที่มันจะมีในปีที่สามของการใช้งาน สารเคมีชนิดโซเดียม-ไอออนแสดงพฤติกรรมการคายประจุที่ใช้งานได้ดีในอุณหภูมิต่ำตามผลการทดสอบที่เผยแพร่ ซึ่งเป็นหนึ่งในเหตุผลที่ทำให้เทคโนโลยีนี้ได้รับความสนใจเพิ่มขึ้นในโครงการยานยนต์สำหรับภูมิอากาศหนาว

ความมั่นคงของแรงดันไฟฟ้าในช่วงเวลาที่มอเตอร์สตาร์ตทำงานอย่างรุนแรงมีความสำคัญไม่แพ้กระแสสูงสุด ซึ่งมอเตอร์สตาร์ตจำเป็นต้องได้รับแรงดันไฟฟ้าที่ยังคงสูงกว่าเกณฑ์การใช้งานขั้นต่ำตลอดระยะเวลาของการทำงานอย่างรุนแรง ถ้าสารเคมีภายในแบตเตอรี่ทำให้แรงดันลดลงเมื่อมีภาระหนัก มอเตอร์สตาร์ตก็จะต้องทำงานหนักขึ้น ความเร็วในการหมุนจะช้าลง และอาจเกิดสถานการณ์ที่สตาร์ตไม่ติดได้ ลักษณะของแรงดันไฟฟ้าที่คงที่ (flat voltage profile) ของเซลล์โซเดียม-ไอออนและลิเธียม-ไอออนส่วนใหญ่ในช่วงที่จ่ายกระแสสูง ถือเป็นข้อได้เปรียบทางวิศวกรรมที่แท้จริง เมื่อเทียบกับเทคโนโลยีตะกั่ว-กรด ซึ่งแรงดันไฟฟ้าจะลดลงอย่างเห็นได้ชัดภายใต้ภาระขณะสตาร์ต

_______________________________________________________________________

การรับประจุและการชาร์จ พฤติกรรมของไดนาโม

การรับประจุเป็นส่วนหนึ่งของรอบการทำงานที่โปรแกรมแบตเตอรี่รถยนต์มีแนวโน้มล้มเหลวมากที่สุด ไดนาโมและระบบเบรกแบบเก็บพลังงานกลับ (regenerative braking) จะป้อนกระแสไฟฟ้าเข้าสู่แบตเตอรี่เป็นช่วงๆ อย่างไม่สม่ำเสมอ และแบตเตอรี่จำเป็นต้องดูดซับกระแสเหล่านั้นโดยไม่เกิดความเสียหาย แบตเตอรี่ตะกั่ว-กรดแบบน้ำท่วม (flooded lead-acid battery) จะเสื่อมสภาพอย่างรวดเร็วภายใต้รูปแบบนี้ เนื่องจากกระแสไฟฟ้าแรงสูงที่ป้อนเข้าในขณะที่แบตเตอรี่มีระดับประจุเพียงบางส่วนจะเร่งกระบวนการกัดกร่อนโครงข่ายไฟฟ้า (grid corrosion) การแข็งตัวของตะกอนตะกั่ว (plate sulfation) และการสูญเสียน้ำ ส่วนแบตเตอรี่ EFB และ AGM ถูกพัฒนาขึ้นมาโดยเฉพาะเพื่อจัดการกับรูปแบบดังกล่าว จึงเป็นเหตุผลที่ผู้ผลิตรถยนต์เปลี่ยนไปใช้เคมีภัณฑ์ประเภทนี้สำหรับระบบสตาร์ท-หยุด (start-stop) ตั้งแต่แรก

เคมีของโซเดียม-ไอออนจัดการกับกระแสไฟฟ้าที่ใช้ชาร์จสูงในรูปแบบที่ต่างออกไป แบตเตอรี่เซลล์โซเดียม-ไอออนมักสามารถรับอัตราการชาร์จสูงได้โดยไม่เกิดปัญหาการกัดกร่อนโครงข่ายหรือการซัลเฟตบนแผ่นขั้วไฟฟ้าแบบเดียวกับที่พบในแบตเตอรี่ตะกั่ว-กรด ซึ่งทำให้เคมีของโซเดียม-ไอออนเข้ากันได้ดีในเชิงโครงสร้างกับระบบเบรกแบบคืนพลังงานและการชาร์จจากไดนาโมที่เกิดขึ้นบ่อยในโหมดขับขี่แบบเริ่ม-หยุด การที่ข้อได้เปรียบนี้จะแสดงผลจริงในบริบทการใช้งานจริงหรือไม่นั้น ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบเฉพาะของเซลล์ เช่น องค์ประกอบทางเคมีของเซลล์ กลุ่มสารประกอบแคโทด รูปแบบของเซลล์ กลยุทธ์การควบคุมระบบจัดการแบตเตอรี่ (BMS) และการผสานรวมกับตัวรถ — ข้อได้เปรียบดังกล่าวไม่เกิดขึ้นโดยอัตโนมัติ ผู้ซื้อจึงควรตรวจสอบข้อมูลการรับรองที่สอดคล้องกับรูปแบบกระแสไฟฟ้าที่ใช้ชาร์จจริงซึ่งเกิดขึ้นในตัวรถ

การรับประจุแบบไดนามิก — คือ ปริมาณกระแสไฟฟ้าที่แบตเตอรี่สามารถรับได้เมื่ออยู่ในสภาวะประจุไม่เต็ม ขณะอุณหภูมิต่ำ และเมื่อผ่านช่วงเวลาที่เครื่องยนต์หยุดทำงานเป็นเวลานาน — ซึ่งเป็นกรณีที่ท้าทายกว่าคำถามเดียวกันนี้ EFB ถูกออกแบบมาเพื่อปรับปรุงการรับประจุแบบไดนามิกให้ดีขึ้นเมื่อเทียบกับแบตเตอรี่ตะกั่ว-กรดแบบทั่วไป ส่วน AGM นั้นปรับปรุงให้ดีขึ้นอีกระดับ สำหรับเคมีของโซเดียม-ไอออน ผลการทดสอบที่เผยแพร่แล้วแสดงว่ามีการรับประจุแบบไดนามิกที่ใช้งานได้จริง แต่ตัวเลขที่แท้จริงนั้นแตกต่างกันมากตามแบบเซลล์แต่ละชนิด และรูปแบบการใช้งานจริงของเซลล์นั้นมีความสำคัญมากกว่าตัวเลขจากการทดสอบในห้องปฏิบัติการ

_______________________________________________________________________

สภาวะประจุบางส่วน หรือ SOC ดี SOH การตรวจสอบ

แบตเตอรี่แบบสตาร์ท-สต็อปมักไม่ถูกชาร์จจนเต็มถึงร้อยเปอร์เซ็นต์ ไดชาร์จเจอร์และระบบเบรกแบบเก็บพลังงานจะชาร์จแบตเตอรี่ระหว่างการขับขี่ แต่ช่วงเวลาที่เครื่องยนต์ดับ ภาระจากอุปกรณ์เสริม และกระแสไฟฟ้าที่ใช้ในการสตาร์ทเครื่องยนต์ทำให้ระดับประจุของแบตเตอรี่อยู่ที่ประมาณ 70–80% เป็นส่วนใหญ่ตลอดอายุการใช้งาน ซึ่งเป็นโซนการใช้งานที่แย่ที่สุดสำหรับแบตเตอรี่ตะกั่ว-กรดแบบน้ำ (flooded lead-acid battery) เพราะการเกิดคริสตัลซัลเฟต (sulfation) จะเร่งตัวเมื่ออยู่ในระดับประจุบางส่วน ความจุลดลงเร็วกว่าปกติ และความสามารถในการสตาร์ทเครื่องยนต์ในสภาพอากาศเย็นก็ลดลงด้วย

ระบบสตาร์ท-สต็อปสมัยใหม่ตรวจสอบสถานะของแบตเตอรี่ผ่านระบบจัดการแบตเตอรี่ (BMS) ซึ่งบางครั้งเรียกว่าโมดูลตรวจวัดแบตเตอรี่ หรือเซนเซอร์แบตเตอรี่อัจฉริยะ (intelligent battery sensor) ตามเอกสารของผู้ผลิตรถยนต์ (OEM) BMS จะติดตามระดับประจุ (SOC), สถานะสุขภาพของแบตเตอรี่ (SOH), อุณหภูมิ และกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่าน โดยใช้ข้อมูลเหล่านี้ตัดสินใจว่าควรดับเครื่องยนต์ที่จุดหยุดถัดไปหรือไม่ ควรให้ไดชาร์จเจอร์ชาร์จที่แรงดันสูงหรือต่ำกว่าปกติ รวมทั้งแจ้งเตือนผู้ขับขี่เมื่อใดที่จำเป็นต้องเปลี่ยนแบตเตอรี่

สำหรับโปรแกรมสตาร์ท-สต็อปที่ใช้แบตเตอรี่โซเดียม-ไอออน ระบบจัดการแบตเตอรี่ (BMS) ไม่ใช่ส่วนเสริมแต่เป็นส่วนจำเป็นอย่างยิ่ง เซลล์โซเดียม-ไอออนต้องการการปรับสมดุลระหว่างเซลล์ การจำกัดแรงดันและกระแสไฟฟ้าทั้งในอุณหภูมิสูงและต่ำ รวมถึงการป้องกันการคายประจุเกินขีดจำกัดในช่วงที่เครื่องยนต์หยุดทำงานเป็นเวลานาน นอกจากนี้ BMS ยังต้องสามารถสื่อสารกับระบบไฟฟ้าของยานพาหนะได้ เพื่อให้อัลเทอร์เนเตอร์และตัวควบคุมระบบเบรกแบบรีเจนเนอเรทีฟสามารถปรับรูปคลื่นการชาร์จให้สอดคล้องกับสถานะจริงของแบตเตอรี่ แทนที่จะอิงตามโปรไฟล์แบตเตอรี่ตะกั่ว-กรดแบบทั่วไป ผู้ซื้อที่พิจารณาใช้แบตเตอรี่โซเดียม-ไอออนสำหรับระบบสตาร์ท-สต็อปจึงควรให้ความสนใจอย่างใกล้ชิดต่อวิธีการบูรณาการ BMS เข้ากับยานพาหนะ มากกว่าเพียงแค่เคมีของเซลล์

_______________________________________________________________________

อุณหภูมิ ห้องเครื่องยนต์ และความเค้นจากความร้อน

แบตเตอรี่เสริมสำหรับยานยนต์ส่วนใหญ่มักติดตั้งอยู่ภายในห้องเครื่องยนต์ หรือบริเวณใกล้เคียง ทำให้สัมผัสกับช่วงอุณหภูมิที่กว้างมาก ทั้งคืนฤดูหนาวที่เย็นจัดที่ ลบ หลายสิบองศาเซลเซียส อุณหภูมิภายในห้องเครื่องยนต์ช่วงฤดูร้อนที่อาจสูงเกิน 60 °ซ สภาวะปานกลางที่เปลี่ยนผ่านอย่างรวดเร็วระหว่างสองสภาวะนั้น แบตเตอรี่แบบสตาร์ท-สต็อปจำเป็นต้องทำงานได้ทั่วทั้งช่วง และความต้องการในแต่ละขั้วตรงข้ามกันนั้นมีความแตกต่างกัน

ที่อุณหภูมิต่ำ แบตเตอรี่ต้องจ่ายกระแสเพื่อสตาร์ทเครื่องยนต์เมื่อความต้านทานภายในสูงสุด ซึ่งเป็นจุดที่พฤติกรรมการคายประจุที่อุณหภูมิต่ำของเคมีแบตเตอรี่โซเดียม-ไอออนที่มีการเผยแพร่ไว้นั้นกลายเป็นข้อได้เปรียบเชิงโครงสร้าง ที่อุณหภูมิสูง แบตเตอรี่ต้องสามารถรับกระแสชาร์จแบบพัลส์ได้ คงสถานะการชาร์จไว้ที่ระดับบางส่วน และทนต่อช่วงเวลาที่เครื่องยนต์หยุดทำงานเป็นเวลานานโดยไม่เกิดการเสื่อมสภาพตามกาลเวลาอย่างเร่งด่วน การเสื่อมสภาพตามกาลเวลา คือ การสูญเสียความจุอย่างช้าๆ ซึ่งเกิดขึ้นไม่ว่าแบตเตอรี่จะถูกใช้งานหรือไม่ก็ตาม และมักเร่งตัวขึ้นที่อุณหภูมิสูงสำหรับเคมีแบตเตอรี่ส่วนใหญ่

ผู้ซื้อควรพิจารณาข้อมูลเซลล์โซเดียม-ไอออนที่ครอบคลุมทั้งสองขั้วของช่วงนี้ ได้แก่ การตรวจสอบประสิทธิภาพการสตาร์ตเครื่องยนต์ในสภาพอากาศเย็น ภายใต้อุณหภูมิจริงที่ยานพาหนะจะเผชิญขณะใช้งานจริง และข้อมูลการเสื่อมสภาพตามเวลาที่เกิดจากอุณหภูมิสูง ซึ่งต้องรองรับระยะเวลารับประกันหลายปีที่โครงการตั้งใจจะเสนอ ค่าที่วัดบนโต๊ะทดลองที่อุณหภูมิ 25 องศาเซลเซียส ไม่สามารถแทนที่ข้อมูลทั้งสองประเภทนี้ได้

_______________________________________________________________________

สิ่งนี้กำหนดความต้องการต่อเคมีของแบตเตอรี่

เมื่อนำรอบการทำงานกลับมารวมกัน สารเคมีแบตเตอรี่แบบสตาร์ต-หยุดจำเป็นต้องให้ผลลัพธ์ห้าประการระหว่างการใช้งานจริง ไม่ใช่เพียงแค่บนโต๊ะทดลองเท่านั้น

• การสตาร์ตเครื่องยนต์อย่างเชื่อถือได้ในสภาพอากาศเย็น หลังผ่านการชาร์จ-คายประจุแบบบางส่วนนับพันครั้ง และตลอดระยะเวลาหลายปีที่แบตเตอรี่สัมผัสกับสภาพแวดล้อมในห้องเครื่อง

• ความสามารถในการรับประจุสูงภายใต้ รูปแบบสัญญาณไฟฟ้าที่ไม่สม่ำเสมอจากไดชาร์จเจอร์และระบบเบรกพลังงานทดแทน โดยทำงานได้ดีแม้ในระดับประจุบางส่วน และในช่วงอุณหภูมิที่กว้างมาก

• การจ่ายไฟอย่างมั่นคง ให้กับอุปกรณ์เสริมต่าง ๆ ระหว่างช่วงที่เครื่องยนต์ดับเป็นเวลานาน โดยไม่ทำให้แบตเตอรี่ถูกคายประจุลึกเกินไปจนเสียหาย

• อายุการใช้งานตามเวลาที่ยาวนาน ภายใต้ อุณหภูมิที่ต่ำกว่าระดับห้อง ไม่ใช่เพียงแค่อุณหภูมิห้องเท่านั้น

• การประสานงานของระบบจัดการแบตเตอรี่ (BMS) เพื่อให้ระบบไฟฟ้าของยานพาหนะสามารถปรับรูปคลื่นกระแสจากไดชาร์จเจอร์และระบบเบรกแบบเก็บพลังงานกลับได้ให้สอดคล้องกับสถานะจริงของแบตเตอรี่

ข้อกำหนดทั้งห้าข้อนี้คือเหตุผลที่แบตเตอรี่ตะกั่ว-กรดแบบน้ำท่วม (flooded lead-acid) ไม่เหมาะสมอีกต่อไปสำหรับโปรแกรม start-stop ส่วนใหญ่ จึงทำให้เทคโนโลยี EFB และ AGM ก้าวขึ้นมาเป็นทางเลือกหลักในปัจจุบัน และยังส่งผลให้เทคโนโลยีโซเดียม-ไอออนกำลังได้รับการประเมินอย่างจริงจัง ทั้งนี้ ความเหมาะสมของโซเดียม-ไอออนสำหรับโปรแกรมเฉพาะนั้น ขึ้นอยู่กับวิธีผสานรวมเคมีของแบตเตอรี่เข้ากับยานพาหนะ วิธีปรับแต่งระบบจัดการแบตเตอรี่ (BMS) และวิธีตรวจสอบวงจรการใช้งาน (duty cycle) — มากกว่าจะขึ้นอยู่กับเพียงชื่อเคมีเท่านั้น

_______________________________________________________________________

เหตุใดเคมีโซเดียม-ไอออนจึงสอดคล้องกับการใช้งานแบบ start-stop ได้ดี

เคมีโซเดียม-ไอออนมีความสอดคล้องเชิงโครงสร้างที่สำคัญกับวงจรการใช้งานแบบ start-stop ด้วยเหตุผลสามประการ ซึ่งสอดคล้องโดยตรงกับข้อกำหนดทั้งห้าข้อข้างต้น

• พฤติกรรมการปล่อยประจุที่อุณหภูมิต่ำ การทดสอบที่เผยแพร่แล้วในหลายครอบครัวของแคโทดโซเดียม-ไอออนแสดงให้เห็นว่าเคมีของโซเดียม-ไอออนสามารถรักษาความจุที่ใช้งานได้และมีความต้านทานภายในต่ำกว่าในอุณหภูมิใต้ศูนย์องศาเซลเซียส ซึ่งเป็นช่วงอุณหภูมิที่สำคัญที่สุดสำหรับการสตาร์ตรถในสภาพอากาศเย็น สอดคล้องกับข้อกำหนดด้านการสตาร์ตรถในสภาพอากาศเย็น

• ความสามารถในการทนต่อพัลส์การชาร์จ เซลล์โซเดียม-ไอออนสามารถทนต่ออัตราการชาร์จสูงได้โดยไม่เกิดการกัดกร่อนโครงข่ายหรือความเสียหายจากซัลเฟตเช่นเดียวกับแบตเตอรี่ตะกั่ว-กรด เมื่อควบคุมด้วยระบบจัดการแบตเตอรี่ (BMS) ที่เหมาะสม ข้อนี้สอดคล้องกับข้อกำหนดด้านความสามารถในการรับการชาร์จสูง

• ระดับความพร้อมใช้งานที่เหมาะสมสำหรับแบตเตอรี่เสริม ตลาด วงจรการใช้งานแบบสตาร์ท-หยุดไม่จำเป็นต้องใช้ความหนาแน่นพลังงานระดับแบตเตอรี่ขับเคลื่อน เคมีของโซเดียม-ไอออนจึงไม่จำเป็นต้องเทียบเคียงความหนาแน่นพลังงานของ NMC หรือ LFP เพื่อให้สามารถทำงานเป็นแบตเตอรี่เสริมที่ใช้งานได้จริงทั้งแบบ 12 โวลต์และ 24 โวลต์ นอกจากนี้ เส้นโค้งความพร้อมใช้งานของโซเดียม-ไอออนยังสอดคล้องกับวงจรการใช้งานประเภทนี้อย่างดี สิ่งนี้สอดคล้องกับข้อกำหนดด้านอายุการใช้งานตามเวลาจริง (calendar life) และการประสานงานกับระบบจัดการแบตเตอรี่ (BMS) ซึ่งโครงการเซลล์โซเดียม-ไอออนสามารถตอบสนองทั้งสองข้อกำหนดนี้ได้ตั้งแต่ระดับเคมีและห่วงโซ่อุปทาน

ผู้ซื้อที่เข้าร่วมโครงการเริ่ม-หยุดด้วยแบตเตอรี่โซเดียม-ไอออน โดยรับรู้ถึงข้อได้เปรียบเชิงโครงสร้างทั้งสามประการนี้ —และรับรู้ถึงความรอบคอบของผู้จัดจำหน่าย ซึ่งสารเคมีในระยะเริ่มต้นนี้จำเป็นต้องใช้ —อยู่ในตำแหน่งที่แข็งแกร่งกว่าผู้ซื้อที่เข้าร่วมโดยคาดหวังว่าแบตเตอรี่โซเดียม-ไอออนจะทำงานเหมือนแบตเตอรี่เอจีเอ็มแบบพร้อมใช้งานอย่างสมบูรณ์แบบ ด้วยฐานะผู้จัดจำหน่ายแบตเตอรี่และระบบเก็บพลังงานสำหรับผู้นำเข้า ผู้จัดจำหน่ายระดับกลาง ผู้ขายส่ง ผู้จัดจำหน่ายปลีก และผู้ซื้อจากผู้ผลิตต้นทาง (OEM) และผู้ผลิตตามคำสั่ง (ODM) บริษัทพิทตาร์ทำงานร่วมกับเซลล์แบตเตอรี่โซเดียม-ไอออน

ในโครงการที่ออกแบบให้รองรับวงจรการเริ่ม-หยุดอย่างเหมาะสม กรณีที่องค์ประกอบทางเคมีสอดคล้องกับโครงการ — เช่น ความน่าเชื่อถือในการใช้งานในสภาพอากาศเย็น การกระจายแหล่งจัดหาวัตถุดิบ คำมั่นสัญญาในการสั่งซื้อปริมาณมากเป็นเวลาหลายปี และการผสานรวมกับระบบไฟฟ้าของยานพาหนะผ่านระบบจัดการแบตเตอรี่ (BMS) ที่ปรับแต่งมาเฉพาะ — การสนทนาครั้งนี้จึงคุ้มค่าที่จะดำเนินการ แต่หากองค์ประกอบทางเคมียังไม่สอดคล้องกับความต้องการ ทางเลือกที่เหมาะสมที่สุดคือคงใช้แบตเตอรี่รุ่นปัจจุบันต่อไปจนกว่าเงื่อนไขจะเปลี่ยนแปลง

_______________________________________________________________________

คำถามที่พบบ่อย

แบตเตอรี่แบบเริ่ม-หยุด ทำงานอย่างไร

แบตเตอรี่แบบสตาร์ท-สต็อป ถูกติดตั้งอยู่ในระบบไฟฟ้าของยานพาหนะที่สามารถดับเครื่องยนต์โดยอัตโนมัติขณะรถหยุดนิ่ง และสตาร์ทเครื่องยนต์ใหม่ทันทีเมื่อผู้ขับขี่พร้อมเคลื่อนที่ ในการทำงานแต่ละรอบ แบตเตอรี่จะจ่ายกระแสไฟฟ้าแรงสูงเพื่อสตาร์ทเครื่องยนต์ จ่ายพลังงานให้กับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ภายในห้องโดยสารและโมดูลควบคุมต่าง ๆ ระหว่างช่วงที่เครื่องยนต์ดับ และรับการชาร์จจากไดชาร์จเจอร์และระบบเบรกแบบเก็บพลังงานคืน (regenerative braking) เมื่อเครื่องยนต์กลับมาทำงานอีกครั้ง ระบบจัดการแบตเตอรี่ (BMS) จะควบคุมระดับประจุ ความร้อน และขีดจำกัดกระแสไฟ เพื่อให้แบตเตอรี่สามารถทำซ้ำรูปแบบนี้ได้นับพันครั้งตลอดอายุการใช้งาน

อะไรที่ทำให้แบตเตอรี่แบบสตาร์ท-สต็อป แตกต่างจาก เอ ปรกติ รถ แบตเตอรี่แล้ว

แบตเตอรี่รถยนต์ทั่วไปถูกออกแบบมาเพื่อใช้งานแบบง่าย ๆ คือสตาร์ทครั้งเดียวต่อการเดินทาง ชาร์จเติมแบบช้า และรับโหลดจากอุปกรณ์เสริมเป็นระยะเวลาสั้น ๆ ส่วนแบตเตอรี่ระบบสตาร์ท-หยุด (start-stop) ถูกออกแบบมาเพื่อรองรับการสตาร์ทหลายพันครั้งต่อการเดินทาง รับกระแสชาร์จสูงแบบไม่สม่ำเสมอจากระบบเบรกเก็บพลังงาน (regenerative braking) ทำงานในช่วงที่เครื่องยนต์ดับเป็นเวลานานขณะที่ประจุอยู่ในระดับบางส่วน (partial state of charge) และทนต่ออุณหภูมิในห้องเครื่องได้เป็นระยะเวลานานหลายปี แบตเตอรี่ชนิด EFB, AGM และโซเดียม-ไอออน คือสารเคมีที่ออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับรูปแบบการใช้งานที่รุนแรงกว่านี้ ส่วนแบตเตอรี่ตะกั่ว-กรดแบบน้ำท่วม (flooded lead-acid) ไม่สามารถทำเช่นนั้นได้

ระบบสตาร์ท-หยุดทำให้แบตเตอรี่สตาร์ทกี่ครั้ง แบตเตอรี่สตาร์ท-หยุด สตาร์ท เครื่องยนต์ ใน ของมัน อายุการใช้งาน

จำนวนครั้งนั้นแตกต่างกันมาก ขึ้นอยู่กับรูปแบบการขับขี่ สภาพภูมิอากาศ การบูรณาการเข้ากับยานพาหนะ และองค์ประกอบทางเคมี ประมาณการจากผู้ผลิตอุปกรณ์ดั้งเดิม (OEM) และหน่วยงานภายนอกที่เผยแพร่ไว้สำหรับระบบ start-stop มักอยู่ในช่วงหลายหมื่นครั้งถึงหลายแสนครั้งตลอดอายุการใช้งาน แต่จำนวนที่แน่นอนนั้นขึ้นอยู่กับการออกแบบเซลล์เฉพาะ วิธีปรับแต่งระบบจัดการแบตเตอรี่ (BMS) และสภาวะการใช้งานจริงที่เกิดขึ้น ผู้ซื้อควรพิจารณาข้อมูลการรับรองที่สอดคล้องกับสภาวะการใช้งานจริงของยานพาหนะ ไม่ใช่เพียงตัวเลขจากการทดสอบบนโต๊ะทดลองทั่วไป

แบตเตอรี่แบบ start-stop ต้องใช้เครื่องชาร์จแบบพิเศษหรือไม่ ?

บางครั้ง แบตเตอรี่โซเดียม-ไอออน แอซิด-แกรฟิต-แมกนีเซียม (AGM) และอีเล็กโตรไลต์-ฟลูออรีน-เบส (EFB) มีลักษณะการชาร์จแรงดันที่ต่างจากแบตเตอรี่ตะกั่ว-กรดแบบเปิด ดังนั้นการใช้โปรไฟล์เครื่องชาร์จที่ไม่เหมาะสมอาจทำให้อายุการใช้งานสั้นลง หรือไม่สามารถชาร์จแบตเตอรี่ที่ถูกปล่อยประจุลึกจนหมดได้อย่างมีประสิทธิภาพ สำหรับโปรแกรมเริ่ม-หยุดที่ใช้แบตเตอรี่โซเดียม-ไอออน ระบบไฟฟ้าของยานพาหนะควรปรับแต่งให้สอดคล้องกับช่วงแรงดันการชาร์จของเซลล์ และระบบจัดการแบตเตอรี่ (BMS) ควรประสานงานกับตัวควบคุมไดชาร์จ (alternator controller) ส่วนเครื่องชาร์จแบบตั้งโต๊ะที่ใช้ในคลังสินค้าหรือศูนย์บริการควรใช้โปรไฟล์เดียวกันนี้

ทำไม กำลังประเมินโซเดียม-ไอออนอยู่หรือไม่ สำหรับการใช้งานเริ่ม-หยุด?

เคมีแบบโซเดียม-ไอออนแสดงพฤติกรรมการปล่อยประจุที่มีประโยชน์ในอุณหภูมิต่ำ ทนต่อการชาร์จด้วยกระแสสูงแบบไม่สม่ำเสมอได้ และไม่จำเป็นต้องอาศัยความหนาแน่นพลังงานของแบตเตอรี่สำหรับขับเคลื่อนเพื่อให้สามารถทำงานเป็นแบตเตอรี่เสริมแบบ 12 โวลต์ หรือ 24 โวลต์ ข้อได้เปรียบเชิงโครงสร้างเหล่านี้สอดคล้องกับความต้องการสำคัญสำหรับวงจรการทำงานแบบเริ่ม-หยุด ได้แก่ ความสามารถในการสตาร์ตรถในสภาพอากาศเย็น การรับประจุได้ดี และความพร้อมใช้งานที่เหมาะสมสำหรับแบตเตอรี่เสริม จึงทำให้เทคโนโลยีโซเดียม-ไอออนกำลังได้รับการประเมินอย่างจริงจังควบคู่ไปกับ EFB และ AGM ในโครงการยานยนต์