Що таке натрій-іонний автомобільний акумулятор старт-стоп?

Що таке натрій-іонний автомобільний запуск-зупинка Акумулятора?

Більшість сучасних легкових автомобілів, що продаються сьогодні, оснащені системою запуску-зупинки. Коли транспортний засіб зупиняється на світлофорі, двигун вимикається замість роботи на холостому ходу. Після відпускання гальма двигун автоматично запускається. Економія палива та зниження викидів, які забезпечує ця система, невеликі за кожен цикл, але в сукупності протягом терміну експлуатації автомобіля дають значні результати.

Акумулятор під капотом забезпечує роботу цієї системи. Він має багатократно (сотні тисяч разів) запускати двигун протягом свого терміну служби, приймати високий початковий струм заряджання від генератора щоразу, коли автомобіль рухається, а також безперервно живити електроніку салону, фари, інформаційно-розважальну систему та десятки електронних блоків керування (ECU), коли двигун вимкнено.

Стандартна затоплена свинцево-кислотна акумуляторна батарея, розрахована на один запуск двигуна за поїздку, швидко деградує в умовах експлуатації з функцією старт-стоп. Саме тому автовиробники спочатку перейшли на використання батарей EFB (покращені затоплені) та AGM (з абсорбуючим скляним матом) у транспортних засобах із функцією старт-стоп. Зараз натрій-іонні акумулятори оцінюють як третій хімічний варіант для цього застосування. У цій статті подано базовий огляд: що таке система старт-стоп, які функції виконує акумулятор старт-стоп, які переваги надає натрій-іонна хімія для цього режиму роботи, як вона порівнюється зі свинцево-кислотними, EFB та AGM-акумуляторами й що повинні перевірити B2B-покупці перед закупівлею.

_______________________________________________________________________

Що таке автомобільна система старт-стоп?

Система старт-стоп —іноді її називають стоп-старт, ідль-стоп або мікро-гібридною —автоматично вимикає двигун внутрішнього згоряння, коли транспортний засіб зупиняється, і запускає його знову, коли водій хоче продовжити рух. Система активується переважно під час руху по місту: на світлофорах, у пробках із частими зупинками, на залізничних переїздах, у чергах біля віконць обслуговування без виходу з автомобіля.

Мета цього дуже проста. Двигун, що працює на холостому ходу, споживає паливо, не забезпечуючи корисного руху. Усунення такого холостого ходу зменшує споживання палива й викиди шкідливих речовин із вихлопної труби. Ступінь зменшення залежить від типу транспортного засобу, циклу руху та частоти активації системи, але більшість опублікованих оцінок вказують на економію палива в межах 5–10 % при типовому міському русі.

Існує кілька рівнів складності систем старт-стоп. Найпростіші системи вимикають двигун повністю під час зупинки й запускають його знову після відпускання педалі гальма. Більш просунуті системи вимикають двигун уже під час гальмування нейтраллю («закочування» до зупинки) або навіть короткочасно — під час руху транспортного засобу. Регенеративне гальмування —де генератор змінює напрямок обертання, щоб діяти як генератор під час уповільнення — часто поєднується з системою старт-стоп, а акумулятор повинен приймати цю регенеровану енергію кожного разу, коли транспортний засіб уповільнює рух. Усе це ставить незвичайні вимоги до акумулятора, яких не було в старішому циклі роботи для пускових акумуляторів: високий струм багато разів за поїздку, нерегулярна здатність приймати заряд високого струму, тривалі періоди роботи з частковим зарядом і такий самий діапазон температур у моторному відсіку, як і в свинцево-кислотного акумулятора, який він замінив.

_______________________________________________________________________

Що має робити акумулятор старт-стоп?

Акумулятор старт-стоп виконує три основні завдання, які перекриваються протягом кожної поїздки.

Він має забезпечувати пуск двигуна. Пусковий струм — це найвищий струм, який акумулятор віддає в експлуатації. —це короткочасний імпульс тривалістю від частки секунди до кількох секунд, під час якого з акумулятора відбираються кілька сотень ампер для обертання стартера. Напруга повинна залишатися вище порогового рівня, необхідного стартеру, протягом усього цього імпульсу.

Він має живити електричну систему, коли двигун вимкнений. Фари, вентилятор клімат-контролю, інформаційно-розважальна система, приладова панель, модулі керування кузовом та довгий перелік менших електронних блоків керування (ECU) продовжують споживати струм навіть після зупинки двигуна. Це іноді називають «спокоєм навантаження» або «навантаженням аксесуарів», і воно легко може перевищувати кілька ампер у сучасному транспортному засобі.

Він має приймати заряд від генератора (а також від рекуперативного гальмування), коли двигун працює. Транспортні засоби з функцією старт-стоп створюють багато нерегулярних подій заряджання. Генератор подає струм назад у акумулятор щоразу, коли двигун перезапускається, і щоразу, коли відпускається гальмо — у шаблонах, які дуже відрізняються від повільного, постійного профілю дозаряджання в транспортних засобах без функції старт-стоп.

Ці три завдання разом створюють цикл навантаження, значно жорсткіший за той, для якого розрахована звичайна автомобільна акумуляторна батарея. Звичайну автомобільну акумуляторну батарею розраховано на запуск двигуна кілька сотень разів протягом усього терміну її служби й підтримання заряду, близького до повного, переважно весь час. Акумуляторну батарею системи «старт-стоп» розраховано на запуск двигуна тисячі або десятки тисяч разів, тривале перебування в стані часткового заряду та поглинання нерегулярних імпульсів високого струму без пошкоджень. Сучасні системи «старт-стоп» також безперервно контролюють стан заряду, стан здоров’я та температуру. —вимикаючи функцію «старт-стоп» нижче певного порогу заряду та попередньо підігріваючи акумуляторну батарею взимку —щоб захистити акумуляторну батарею від спроби запуску двигуна, коли вона не може надійно виконати цю дію.

_______________________________________________________________________

Що таке натрій-іонний автомобільний акумулятор старт-стоп?

Натрій-іонна автомобільна батарея для систем «старт-стоп» — це, по суті, 12-вольтова (або в деяких платформах — 24-вольтова) автомобільна допоміжна батарея, елементи якої використовують натрій-іонну хімію замість свинцево-кислотної, AGM, EFB, літій-іонної або будь-якої іншої хімії. Ззовні її функціональне призначення таке саме, як у будь-якої іншої батареї «старт-стоп»: запуск двигуна, живлення електричної системи під час зупинки двигуна, приймання заряду від генератора.

Змінюється лише внутрішня хімія. У натрій-іонних елементах натрій-іони переміщуються між катодом і анодом через електроліт, що проводить натрій-іони, з алюмінієвими струмовідними колекторами з обох сторін. Для автомобільної батареї «старт-стоп» важливо те, що ця хімія забезпечує в даному циклі роботи: велику доступність сировини натрію, струмовідні колектори з алюмінію з обох сторін (це незвично серед комерційних хімічних систем) та доведену здатність до розряду при низьких температурах. —усе це досить добре відповідає циклу роботи системи «старт-стоп».

Те, чого сучасні натрій-іонні акумулятори ще не забезпечують, — це рівень енергетичної щільності, порівнянний з високоенергетичними літій-іонними акумуляторами. Енергетична щільність натрій-іонних акумуляторів нижча за показники поширених літій-іонних акумуляторів, хоча вона цілком достатня для допоміжної 12-вольтної батареї, яка не повинна зберігати енергію тягового акумуляторного блоку. Крім того, натрій-іонні акумулятори перебувають на ранішій стадії комерційної зрілості, ніж літій-іонні — у контексті автотранспортного застосування, що має власні наслідки для уважності покупців.

_______________________________________________________________________

Чому натрій-іонна хімія входить у програми оцінки для систем «старт-стоп»

Кілька практичних факторів сприяють впровадженню натрій-іонної хімії в програми оцінки систем «старт-стоп».

•Доступність ресурсів. Натрій — один із найпоширеніших елементів у земній корі та промислових розсолах. Постачання сировини на основі натрію не несе такого ризику концентрації, як довгострокове постачання літію, кобальту чи нікелю.

• Холодна погода запуск двигуна. Натрій-іонні акумулятори демонструють ефективну роботу при розрядженні за низьких температур. Саме під час запуску двигуна при температурах нижче нуля внутрішній опір акумулятора має найбільше значення, і хімічний склад, що зберігає нижчий внутрішній опір у таких умовах, має реальну перевагу.

• Тренд вартості сировини. Натрій-іонні елементи використовують алюміній з обох сторін і у більшості катодних родин уникують кобальту та нікелю. Чи призведуть такі рішення до зниження вартості елементів на практиці, залежить від виробника, формату елемента, обсягів виробництва та типу катода — але структурна вартісна перевага є більш вигідною порівняно з хімічними складами, що ґрунтуються на рідших і більш нестабільних матеріалах.

• Диверсифікація ланцюга поставок. Багато Виробників автомобілів та постачальників першого рівня зменшують залежність від одного типу хімічного складу. Натрій-іонні акумулятори надають програмам старт-стоп, які історично використовували лише AGM або EFB, третій варіант хімічного складу.

• Відповідність зрілості з цикл роботи. Хімія натрій-іонних акумуляторів досягла потрібного рівня зрілості для циклу роботи допоміжної акумуляторної батареї. Їй не потрібно відповідати щільності енергії тягових батарей, щоб забезпечити корисну продуктивність у 12 В або 24 В допоміжній акумуляторній батареї.

Ці чинники не роблять натрій-іонні акумулятори оптимальним рішенням для кожної програми старт-стоп. Однак вони роблять натрій-іонні акумулятори правдоподібним варіантом, який усе частіше серйозно розглядають автопромислові покупці.

_______________________________________________________________________

Порівняння натрій-іонної батареї старт-стоп із свинцево-кислотними, AGM та EFB-батареями

Свинцево-кислотні, AGM та EFB-батареї є наразі домінуючими хімічними системами для автомобільних систем старт-стоп. Натрій-іонні батареї посідають поряд з ними місце як четвертий варіант із іншим набором компромісів.

Заливні свинцево-кислотні батареї є застарілим варіантом —недорогі, широко доступні й добре вивчені, але швидко деградують у циклі «запуск-зупинка» при частковому заряді. Акумулятори EFB — це залиті акумулятори з підсиленням (зазвичай поліестерна сітка, покращений активний матеріал, вища динамічна прийнятність заряду), розроблені для базових транспортних засобів із функцією «запуск-зупинка». Акумулятори AGM — це преміальні наявні рішення: електроліт утримується в сепараторі зі скляного волокна, внутрішній опір нижчий, тривалість циклу й динамічна прийнятність заряду вищі —стандартне обладнання багатьох середнього та преміального класу транспортних засобів із функцією «запуск-зупинка», але дорожчі за залиті акумулятори або EFB.

Натрій-іонні акумулятори за більшістю показників продуктивності, вказаних у опублікованих даних, посідають проміжне положення між EFB та AGM. Вони продемонстрували високу ефективність розряду при низьких температурах, менш круті криві циклічного ресурсу під час експлуатації з частковим зарядом у деяких хімічних складах і не потребують додавання води. З іншого боку, натрій-іонні технології для автомобільної галузі є менш зрілими: наразі проведено менше перевірених польових програм, а база постачальників — менша.

Правильний підхід — це вибір технології, яка найкраще відповідає конкретній програмі, а не загальна перевага однієї технології. Автопарк, що експлуатує транспорт у холодному кліматі, цінує диверсифікацію ланцюгів постачання й може забезпечити багаторічне зобов’язання щодо закупівель, може вважати натрій-іонні акумулятори кращим варіантом порівняно з AGM. Автопарк, який надає пріоритет найнижчій поточній вартості одиниці, працює в помірному кліматі й прагне максимально широкої мережі обслуговування, може вважати AGM кращим варіантом. Рішення щодо хімічного складу приймає програма, а не технологія.

_______________________________________________________________________

Де доцільно використовувати натрій-іонні стартерні акумулятори — і де цього робити не слід

Натрій-іонні акумулятори добре підходять для кількох автомобільних застосувань і гірше — для інших.

• Пасажирські транспортні засоби в умовах холодного клімату з функцією старт-стоп. пасажирські транспортні засоби з функцією старт-стоп у холодному кліматі. Низькотемпературна поведінка натрій-іонних акумуляторів під час розряду структурно відповідає ринкам, де запуск двигуна взимку є слабкою ланкою серед існуючих хімічних систем.

• Допоміжні акумулятори на 12 В і 24 В. обслуговування допоміжних акумуляторів на 12 В і 24 В. Вимоги до ємності енергії невеликі, вимоги до струму запуску відповідають можливостям натрій-іонних акумуляторів, а перевага у розряді при низьких температурах корисна на багатьох ринках.

•Стратегії закупівель, що цінують різноманіття хімічних складів. Автопарки та програми автовиробників, які прагнуть зменшити залежність від одного типу хімічного складу й вийти з ланцюгів постачання, що концентрують кобальт, нікель та літій, можуть використовувати натрій-іонні акумулятори як переконливий третій варіант поряд із AGM і EFB.

• Програми, що може підтримувати зобов’язання щодо обсягів поставок на кілька років. Хімічні технології на ранніх етапах розвитку швидше нарощують потужності, коли покупці зобов’язуються закуповувати продукцію на кілька років. Натрій-іонні акумулятори відповідають програмам, побудованим навколо справжнього партнерства у сфері закупівель, а не тим програмам, які шукатимуть лише один раз найнижчу ціну.

Вони менш придатні для програм, яким зараз потрібне найширше покриття сервісної мережі, де інфраструктура свинцево-кислотних та AGM-акумуляторів уже добре розроблена, а також для програм, яким потрібен глибоко перевірений багаторічний досвід експлуатації у конкретній архітектурі транспортного засобу. Автомобільні програми з натрій-іонними акумуляторами вже реалізовані, але досвід їх експлуатації ще не такий глибокий, як у випадку AGM-акумуляторів. Ці обмеження не виключають використання натрій-іонних акумуляторів у системах старт-стоп. Вони визначають, у яких саме програмах ця хімія зараз є найбільш переконливим кандидатом для закупівлі.

_______________________________________________________________________

Що покупцям слід перевірити перед закупівлею

Для команди B2B-закупівель, що оцінює натрій-іонні автомобільні акумулятори старт-стоп, кілька пунктів мають бути включеними до процесу перевірки постачальників.

• Підтвердьте хімічний склад та формат елементів. Різні родини катодів на основі натрію, різні анодні матеріали, різні формати елементів і різні конструкції блоків призводять до різних показників ефективності. Покупець повинен знати, яку родину катодів постачають, який формат елементів використовується та який виробник виготовив елементи. Однаковий позначник «натрій-іонний» може приховувати суттєво різні продукти.

•Перевірте показники запуску при температурах експлуатації. Показники струму запуску (CA), струму холодного запуску (CCA) та профіль напруги під час імпульсу запуску слід тестувати при тих температурах, які автомобілі дійсно зустрічатимуть у експлуатації. Рекламні цифри, отримані на тестовому стенді за температури 25 °C °C, не є заміною валідації в умовах низьких температур.

• Перевірте термін служби в умовах реального циклу навантаження. Числа циклів життя від виробника слід уточнювати з урахуванням глибини розряду, температури, швидкості заряджання та критерію закінчення терміну експлуатації. Одна й та сама хімія від двох постачальників може демонструвати різні результати в одному й тому самому польовому тесті, а один і той самий постачальник — різні показники в маркетингових матеріалах порівняно з незалежним тестом.

•Перевірте статус автотранспортної сертифікації. Сертифікація ECE R100 або еквівалентна регіональна гомологація, випробування на транспортування за стандартом UN 38.3, система управління якістю IATF 16949 для постачальників елементів і батарейних блоків, а також спеціальні програми валідації замовника — усе це має значення. Хімія натрій-іонних акумуляторів перебуває на ранішій стадії охоплення сертифікацією порівняно з літій-іонними; покупець повинен чітко визначити, які сертифікації має конкретний продукт, а які — постачальник, перш ніж приймати рішення про закупівлю.

•Перевірте комерційну стабільність та інфраструктуру підтримки. Хімічні склади на ранніх етапах розвитку вимагають більш ретельної перевірки постачальників, ніж зрілі хімічні склади. У процесі оцінки слід враховувати фінансову стабільність, зобов’язання щодо потужностей на кілька років, процеси надання гарантій, технічні групи підтримки та документальні сліди.

• Оцініть шлях забезпечення другого джерела постачання. Стандартизація формату натрій-іонних елементів досі перебуває у стадії формування, тому обмеження постачання одним лише постачальником елементів створює більший ризик для ланцюга поставок, ніж аналогічне обмеження у разі зрілої хімічної складової. Покупець має подумати про резервне постачання, про те, які резервні плани є практичними, і які додаткові витрати вони спричиняють.

Покупець, який входить у процес старт-стопного закупівельного циклу натрій-іонних елементів, добре обізнаний із цими пунктами верифікації й організовує взаємини з постачальником так, щоб вирішити їх —знаходиться в набагато сильнішій позиції, ніж покупець, який приходить із очікуванням, що натрій-іонні акумулятори поводитимуться точно так само, як зрілі акумулятори AGM. Як постачальник акумуляторів та систем зберігання енергії для імпортерів, дистриб’юторів, оптовиків, дилерів та покупців OEM і ODM у сфері автомобільних акумуляторів, PITTAR працює з програмами натрій-іонних елементів, придатних для режимів «старт-стоп» та допоміжного живлення. Там, де хімічний склад відповідає певній стратегії закупівель —надійність у холодному кліматі, диверсифікація ланцюга поставок, багаторічні зобов’язання щодо обсягів замовлень —розмова варта того, щоб її провести. Там, де хімічний склад ще не відповідає вимогам, правильним рішенням є залишатися з існуючим варіантом до тих пір, поки відповідність не зміниться.

_______________________________________________________________________

Поширені запитання

Що є різницею між звичайною автомобільною акумуляторною батареєю та а старт-стоп акумулятора?

Звичайна автомобільна акумуляторна батарея розрахована на простий цикл навантаження: запуск двигуна, повільне дозарядження та живлення споживачів у режимі вимкненого двигуна. Акумуляторна батарея для системи старт-стоп розрахована на значно жорсткіший цикл навантаження: тисячі запусків, тривалі періоди роботи з частковим зарядом, нерегулярні імпульси високого струму під час заряджання та живлення споживачів у режимі вимкненого двигуна. Для таких завдань у батареях старт-стоп застосовують посилену хімію —EFB, AGM або натрій-іонну —для забезпечення виконання цих вимог.

Чи може звичайний автомобільний акумулятор be б/у і у транспортному засобі з системою старт-стоп?

Вона може працювати короткий час у базових системах старт-стоп, але швидко деградує під впливом такого циклу навантаження. Більшість автовиробників вимагають використання EFB, AGM або (у новіших програмах) натрій-іонних батарей, оскільки звичайні затоплені акумулятори не розраховані на такий жорсткий цикл експлуатації.