Oprócz podstawowych, dobrze znanych pojęć opisujących cechy użytkowe akumulatora, jak pojemność czy zdolność rozruchowa, zdolność dynamicznego przyjmowania ładunku (DCA) staje się kluczowym czynnikiem decydującym o użyteczności w samochodach z systemem start-stop.
Coraz większe wymagania stawiane akumulatorom
Popularyzacja napędów hybrydowych i elektrycznych sprawiła, że rola akumulatorów we współczesnych samochodach diametralnie się zmienia. Nie służą one już wyłącznie do uruchomienia silnika i podtrzymania pracy urządzeń elektrycznych, gdy silnik spalinowy jest wyłączony. W alternatywnych napędach akumulatory gromadzą energię elektryczną służącą do zasilania silnika elektrycznego.
Ekologia jest dziś tym czynnikiem, który w największym stopniu wpływa na rozwój współczesnych samochodów, w tym ich napędów. Do zmian zmierzających w kierunku ograniczenia emisji spalin muszą także dostosować się producenci akumulatorów, zarówno tych tradycyjnych – kwasowo-ołowiowych, jak i baterii trakcyjnych w pojazdach elektrycznych.
Dominujące technologie EFP i AGM
Układy start-stop, inteligentne systemy zarządzania czy system odzyskiwania energii podczas hamowania, do tego duża liczba odbiorników prądu, bogate wyposażenie, a w przypadku samochodów ciężarowych konieczność zapewnienia zasilania podczas wielogodzinnych postojów i szybki powrót do pełnej pracy – to najważniejsze wyzwania, z jakimi muszą się dziś zmierzyć producenci tradycyjnych akumulatorów rozruchowych. Według Henryka Przybyło, dyrektora R&D w Autopart, obecnie w branży akumulatorowej dominują dwie technologie, tj. EFB (Enhanced Fooded Battery) oraz AGM (Absorbent Glass Mat). – Oba rozwiązania są odpowiednie do aut z systemem start-stop, przy czym zaleca się podczas wymiany kontynuację technologii wybranej przez producenta samochodu podczas pierwszego montażu – dodaje Henryk Przybyło.
Henryk Przybyło,
dyrektor R&D w Autopart
Również zdaniem Jakuba Witka, product managera Automotive & Motorcycle w firmie Baterie Przemysłowe, rynek akumulatorów będzie się rozwijał w kierunku technologii EFB i tych akumulatorów będzie się pojawiać w nowych samochodach coraz więcej. Natomiast w zakresie konstrukcji i zasady działania tradycyjne akumulatory rozruchowe już praktycznie nie będą ewoluować, gdyż nie za bardzo jest w nich co zmieniać. Pozostaje jedynie wzmacnianie ich wytrzymałości na większą liczbę rozruchów.
Samochód z tradycyjnym napędem bez systemu start-stop po jednokrotnym uruchomieniu silnika pokonuje założony dystans. Auto hybrydowe na pokonanie tego samego dystansu może potrzebować kilka lub kilkanaście rozruchów silnika spalinowego, co wymusza stosowanie bardziej wytrzymałych akumulatorów.
Jakub Witek,
product manager Automotive & Motorcycle
w Baterie Przemysłowe
Wymagana większa wydajność
System start-stop i hamowanie regeneracyjne to podstawowe cechy coraz popularniejszych na rynkach tzw. mikrohybryd. Jak tłumaczy Henryk Przybyło, najbardziej rozpowszechnione topologie układu napędowego i układu zasilania elektrycznego mikrohybrydy są takie same jak w konwencjonalnych pojazdach z silnikiem spalinowym. Także i tutaj generator 14 V ze zmodyfikowanymi algorytmami sterowania i jeden akumulator ołowiowo-kwasowy (lub czasami dwa) przeprowadzają rekuperację energii hamowania.
Ze względu na nowatorskie funkcje pojazdu (np. wspomagane elektrycznie hamulce i układy kierownicze, podgrzewanie kabiny przy wyłączonej stacyjce) mikrohybrydyzacja konfrontuje akumulator rozruchowy ze znacznie zwiększoną przepustowością energii, wymuszając mikrocykle ładowania z typową amplitudą (głębokość wyładowania, DOD) wokół kilku procent stanu naładowania (SOC) lub mniej.
– Szybkie ładowanie akumulatora podczas tych mikrocykli w szerokim zakresie rzeczywistych warunków użytkowania, takich jak profile jazdy i temperatura, jest warunkiem niezmiennie wysokiej dostępności funkcji start-stop i innych podstawowych funkcjonalności – wyjaśnia Henryk Przybyło.
Wytrzymałość na wielokrotnie większą liczbę rozruchów jest zatem podstawową różnicą pomiędzy akumulatorami do samochodów hybrydowych a tradycyjnymi, mimo że w dalszym ciągu są to akumulatory kwasowo-ołowiowe. – Są one jednak dodatkowo „wzmocnione” przez zastosowanie specjalnych separatorów pomiędzy płytami czy mat poliestrowych nałożonych na powierzchnię płyty, mających na celu lepsze utrzymanie masy czynnej w kratce płyty – tłumaczy Jakub Witek.
W przypadku Grupy PSA akumulatory 12 V stosowane w pojazdach hybrydowych nie różnią się od tych stosowanych w autach z systemem start-stop. Jak tłumaczy Wojciech Sobieraj, krajowy koordynator techniczny w Groupe PSA, w hybrydzie podstawowy akumulator służy głównie do zasilania rozrusznika silnika spalinowego oraz do podtrzymania zasilania instalacji 12 V po tzw. uśpieniu. Bardzo ważną funkcją akumulatora jest też tłumienie pulsacji napięcia 12 V podczas włączania/wyłączania odbiorników w trybie zasilania instalacji 12 V przez przetwornik napięcia ładowarki pojazdu OBC.
Żywotność baterii trakcyjnej „chroniona” jest przez zintegrowany system nadzoru jej pracy. Oznacza to, że w praktyce sposób użytkowania pojazdu nie wpływa na jej żywotność. Ogniwo litowo-jonowe nie posiada efektu „pamięci”, nie ma więc znaczenia, czy kierowca będzie zawsze ładował baterię na 100%, czy może na 70%.
Wojciech Sobieraj,
krajowy koordynator techniczny
w Groupe PSA
Baterie trakcyjne to już „inna bajka”
W przypadku tzw. pełnych hybryd oraz aut elektrycznych pojawia się drugi rodzaj akumulatorów, czyli tzw. baterie trakcyjne, z których zasilane są jednostki elektryczne. Zaś do zasilania elektrycznych urządzeń pokładowych wykorzystywana jest standardowa 12- lub 48-woltowa instalacja z akumulatorem podobnym do tego, jaki jest stosowany w konwencjonalnych napędach.
We współczesnych hybrydach oraz autach elektrycznych w zdecydowanej większości mamy do czynienia z litowo-jonowymi bateriami trakcyjnymi. Składają się one z wielu ogniw, czyli elementarnych akumulatorów energii elektrycznej. Takie ogniwo, jak wyjaśnia Wojciech Sobieraj, jest dosyć czułe na zmiany środowiska, w którym pracuje. Chodzi głównie o środowisko elektryczne, czyli zakres napięć pracy ogniwa, które nie powinny być niższe niż 2,75 V i wyższe niż 4,1 V, oraz o środowisko termiczne, czyli zakres temperatur, które na poziomie ogniwa mieścić się w przedziale od -40°C do +55°C. Zakładając, że ogniwa baterii zostały wykonane zgodnie z wytycznymi producenta, to właśnie nadzór na środowiskiem pracy ma decydujące znaczenie dla ich trwałości.
Nie bez znaczenia jest także proces tzw. balansowania ogniw sterowany podczas ładowania baterii trakcyjnej. W tym przypadku chodzi nie tyle o utrzymanie trwałości chemicznej ogniw, ile o pełne wykorzystanie zmagazynowanej w nich energii.
Współczesna bateria litowo-jonowa zintegrowana charakteryzuje się wysoką trwałością. Świadczą o tym m.in. gwarancje udzielane na ten zespół. – Okres gwarancji dla baterii trakcyjnych pojazdów PSA wynosi 8 lat lub 160 tys. km przebiegu, przy czym za baterię sprawną uznaje się zespół oferujący co najmniej 75% pojemności nominalnej – mówi Wojciech Sobieraj.
Czy należy dbać o baterie?
Akumulatory rozruchowe w samochodach hybrydowych nie wymagają innego traktowania niż akumulatory tradycyjne. Jakub Witek zaleca, aby każdy akumulator utrzymywać w stanie pełnego naładowania i wówczas będzie dobrze i bezawaryjnie działał. Dodaje też, że akumulator prawidłowo można naładować tylko prostownikiem lub ładowarką, a więc urządzeniami do tego przeznaczonymi. – W dzisiejszych nowoczesnych samochodach przeładowanych elektroniką nie zaleca się używania kabli rozruchowych. Dużo bezpieczniejsze jest użycie urządzeń rozruchowych, tzw. jumpstarterów – dodaje przedstawiciel firmy Baterie Przemysłowe.
W przypadku baterii trakcyjnych zalecenia producentów koncentrują się na przeciwdziałaniu praktyce pozostawiania pojazdu z rozładowaną baterią. Wojciech Sobieraj zwraca uwagę, że litowo-jonowa bateria traci około 1% swej pojemności w czasie jednotygodniowego postoju auta. Oznacza to, że pozostawienie pojazdu z rozładowaną baterią trakcyjną na dłuższy okres może doprowadzić do przekroczenia tzw. granicy rozładowania ogniwa (wspomniane 2,75 V), co już może mieć wpływ na trwałość baterii. Również użytkowanie samochodu elektrycznego w ekstremalnie niskich temperaturach – poniżej -25°C – nie jest korzystne dla trwałości baterii.
– Co ciekawe, należy też dbać o dobry stan układu chłodzenia pojazdu elektrycznego. Jego wydajność wpływa bezpośrednio na zabezpieczenie przed nadmiernym wzrostem temperatury ogniw, co może się zdarzyć również np. zimą podczas szybkiego ładowania z superchargera – dodaje przedstawiciel Grupy PSA.
