Mikrohybrydy bardziej wymagające dla akumulatorów

wnętrze akumulatora © Raven Media – Maciej Blum

Udostępnij:

Samochody mikrohybrydowe i hybrydowe oprócz rewolucji w napędzie przyniosły dodatkowe, dość znaczące zmiany w sposobie magazynowania energii elektrycznej i zarządzania nią. W pierwszym przypadku niezbędne stało się opracowanie nowych rodzajów akumulatorów, bardziej odpornych na pracę cykliczną, czyli na częstsze rozładowywanie i doładowywanie.

Najczęściej spotykaną hybrydą jest system zwany „mild hybrid”. Taki samochód wyposażony jest w system start-stop lub wspomaganie silnika spalinowego silnikiem elektrycznym – na przykład podczas startu spod świateł, czyli wtedy, gdy silnik pracuje w najmniej ekonomiczny sposób. Według producentów samochodów dzięki takiej krótkotrwałej pomocy możliwe jest zredukowanie zużycia paliwa nawet o 10%. W autach z układem „mild hybrid” zadanie napędzania samochodu spoczywa na silniku spalinowym współpracującym z manualną lub automatyczną skrzynią biegów. Miejsce silnika elektrycznego jest między silnikiem spalinowym a skrzynią biegów lub wśród innych elementów osprzętu w komorze silnikowej. W takim przypadku moment napędowy przekazywany jest paskiem napędzającym osprzęt silnika. W czasie normalnej jazdy jednostka elektryczna generuje energię potrzebną do zasilania urządzeń pokładowych i ładowania akumulatorów.

Wspomaganie silnika spalinowego
Start-stop, mikrohybryda i miękka hybryda – czym się różnią?
System start-stop polega na wyłączaniu silnika spalinowego podczas postoju. Funkcja ta działa automatycznie, gdy prędkość samochodu spadnie do zera i postój utrzymuje się przez kilka sekund. Silnik jest automatycznie wyłączany, a ponowne włączenie następuje też automatycznie po wciśnięciu pedału sprzęgła– na przykład przy wrzucaniu biegu lub po puszczeniu pedału hamulca w chwili próby ruszenia.
Mikrohybrydę można potraktować jako rozwinięcie systemu start-stop, automatycznie gaszącego silnik po zatrzymaniu i uruchamiającego go, gdy chcemy kontynuować jazdę. Różnica polega na tym, że zamiast wzmocnionego rozrusznika, stosuje się rozrusznik zintegrowany z alternatorem. Jest to rodzaj silnika elektrycznego, który w zależności od potrzeby może być generatorem prądu na przykład podczas odzyskiwania energii podczas hamowania. Energia ta nie jest magazynowana w standardowym (odporniejszym na pracę cykliczną) akumulatorze, jak w autach z systemem start-stop, tylko w osobnej baterii.
W przypadku miękkiej hybrydy sytuacja jest analogiczna, ale stosuje się w niej mocniejsze silniki w roli rozrusznika zintegrowanego z alternatorem. Dzięki temu mogą generować dodatkowy, kilkusekundowy zastrzyk mocy, kiedy jest potrzeba gwałtowniejszego przyspieszenia. Moc tych silników zazwyczaj nie jest imponująca, ale potrafią one dostarczyć nawet 250 Nm momentu obrotowego, co przy przyspieszaniu jest już bardzo odczuwalne. Zwykle układ mikro/miękkiej hybrydy oznacza też zastosowanie 48-woltowej instalacji elektrycznej, choć są na rynku samochody stosujące instalacje 24- oraz 12-woltowe.

Pokładowe źródła energii elektrycznej mają tu do spełnienia specjalne zadanie. Za działanie większości podzespołów odpowiada akumulator, który tylko pozornie jest taki sam jak w typowych samochodach. Jest to konstrukcja kwasowo-ołowiowa, ale z nieznacznymi zmianami, które pozwalają na częstsze obciążanie akumulatora ładowaniem. Drugie źródło prądu to bateria służąca do krótkotrwałego, lecz gwałtownego zasilenia silnika elektrycznego podczas startu. Funkcję tę pełni najczęściej akumulator litowo-jonowy lub kondensator, który jest w stanie szybko oddać duży ładunek elektryczny.



Jak wyjaśnia Krzysztof Najder, fitment & cataloguing manager w Exide Technologies, z kolei w samochodach mikrohybrydowych producenci stosują akumulatory kwasowo-ołowiowe wykonane zarówno w technologii EFB, jak i AGM. Obie technologie charakteryzuje duża odporność na pracę cykliczną, jednak z uwagi na różną budowę i wynikające z tej różnicy cechy użytkowe skala zastosowania obu typów akumulatorów na przestrzeni ostatnich lat ewoluuje. Nowoczesny akumulator rozruchowy jest zaprojektowany tak, by zapewnić jak największy odzysk energii w stosunkowo krótkim czasie. Technologia Carbon Boost 2.0 opatentowana przez Exide maksymalizuje akceptację ładunku elektrycznego, dzięki czemu nowy akumulator EFB przyjmuje o 75% więcej ładunku niż akumulator poprzedniej generacji i wykazuje mniejsze zużycie.

Adam Potępa, specjalista w zakresie akumulatorów z firmy VARTA (Clarios), dodaje, że w podstawowych systemach start-stop zastosowanie mają akumulatory w technologii EFB o wzmocnionej konstrukcji, unikalnym składzie masy czynnej oraz grubszych płytach, dzięki czemu charakteryzują się wyższą wytrzymałością cykliczną. W zaawansowanych systemach start-stop pojawiają się dodatkowe funkcje ograniczające zużycie paliwa, ale znacznie obciążające akumulator. Na uwagę zasługuje przede wszystkim rekuperacja, czyli dodatkowa dawka energii dostarczana do akumulatora, a także inne funkcje ograniczające pracę alternatora. Rola akumulatora w zaawansowanych systemach start-stop sprowadza się do częstego rozruchu silnika, obsługi znacznie większej ilości odbiorników energii oraz szybkiej akceptacji dostarczanej energii (rekuperacja). Dlatego też w tych układach zastosowanie mają akumulatory w technologii AGM o wzmocnionej konstrukcji, większych i grubszych płytach, a przede wszystkim specjalnych separatorach, które całkowicie absorbują elektrolit. Brak elektrolitu w formie płynnej pozwala na znacznie głębsze rozładowania oraz szybkie doładowanie ze względu na bardzo niską rezystancję wewnętrzną. W obu systemach (podstawowym i zaawansowanym) należy stosować jedynie akumulatory im dedykowane, czyli wyprodukowane w technologii EFB lub AGM. Zastosowanie konwencjonalnego źródła energii spowoduje jego przedwczesne zużycie (przeważnie od 3 tygodni do 5 miesięcy).

Akumulatory EFB tolerują wyższe napięcie ładowania niż akumulatory AGM. Obecnie stosowane układy ładowania generują chwilowe napięcia często przekraczające 16 V. Tymczasem napięcie gazowania w końcowej fazie ładowania, gdy rozpoczyna się intensywne wydzielanie tlenu i wodoru z ogniw wynosi 14,4–14,7 V.
Krzysztof Najder
Fitment & cataloguing manager
w Exide Technologies

Dlaczego EFB?

Radosław Płowens, technolog przygotowania produkcji w JENOX Akumulatory Sp. z o.o., objaśnia, że akumulatory typu EFB wykonane są w technologii z ciekłym elektrolitem, jednak charakteryzują się bardzo niskim oporem wewnętrznym. Płyty akumulatora są wzmocnione przez zastosowanie powłoki z poliestru lub zwiększenie adhezji masy czynnej z kratką akumulatora. Często stosuje się również dodatki węglowe celem zwiększenia przewodności elektrycznej. Technologie te sprawiają, że akumulatory EFB charakteryzują się zwiększoną odpornością cykliczną, dlatego sugerowane są dla pojazdów wyposażonych w podstawowy system start-stop lub bez technologii start-stop, ale z dużą liczbą odbiorników elektrycznych oraz pojazdów intensywnie użytkowanych w ciężkich warunkach, np. jazdy miejskiej.

Adam PotęJohnson ControlsW przypadku pojazdów z manualną rejestracją wymagane jest podpięcie urządzenia diagnostycznego i wykonanie adaptacji akumulatora. Jej brak oznacza niewłaściwy algorytm zarządzania energią akumulatora – zarówno pobieraną z niego, jak i przekazywaną do niego, co prowadzi do awarii.
Adam Potępa
Specjalista w zakresie akumulatorów
z firmy VARTA (Clarios)

Technologia AGM polega na uwięzieniu elektrolitu w macie szklanej, który jest separatorem. Brak płynnego elektrolitu sprawia, że nie ma możliwości wylania kwasu z wnętrza akumulatora. Konstrukcja akumulatora AGM sprawia, że charakteryzuje się on zwiększoną odpornością na pracę cykliczną oraz na głębokie wyładowania w momencie zatrzymania silnika i równoległego zasilania wszystkich odbiorników elektrycznych w pojeździe. Akumulatory AGM pracują w stanie częściowego naładowania, pozwalając przyjąć zwiększony ładunek elektryczny wytworzony podczas odzyskiwania energii hamowania, dlatego technologia ta jest dedykowana zaawansowanym systemom start-stop z rekuperacją energii kinetycznej.
– Akumulator AGM jest mniej odporny na wysoką temperaturę pracy. Nie oznacza to jednak gasnącej popularności akumulatorów AGM wśród producentów samochodów. O ile EFB to idealny wybór do małych i średnich aut z systemem start-stop i rekuperacją, jak również do samochodów z tradycyjnym układem napędowym, o tyle technologia AGM idealnie sprawdza się w dużych samochodach, SUV-ach, vanach oraz pojazdach wyposażonych w wiele odbiorników prądu. Nie do zastąpienia jest natomiast w przypadku pojazdów z trybem żeglowania – dodaje Krzysztof Najder.

Radosław Płowens JENOXAkumulatory EFB, jak i akumulatory standardowe są ładowane przez alternator samochodowy metodą stałonapięciową 14,4–14,8 V. Do ładowania poza samochodem można stosować ładowarki  stałonapięciowe z maksymalnym napięciem ładowania 15,6 V dla akumulatorów ciężarowych oraz 16,0 V dla osobowych.
Radosław Płowens
Technolog przygotowania produkcji
w JENOX Akumulatory Sp. z o.o.


Wymiana akumulatora, czyli co można, a czego nie można?

Adam Potępa wyjaśnia, że za zarządzanie energią w pojazdach odpowiada system BMS. Specjalny sensor (EBS) podłączony jest do bieguna ujemnego i dokonuje pomiaru kilku istotnych parametrów akumulatora, czyli między innymi jego napięcia, temperatury i rezystancji wewnętrznej. Informacje przekazywane są do systemu zarządzania energią (BMS), który na ich podstawie dopasowuje algorytm pracy dla akumulatora. W ten sposób system na bieżąco kontroluje możliwości akumulatora w zakresie obsługi odbiorników elektrycznych, podczas gdy silnik jest unieruchomiony, i gwarantuje jego ponowny, bezproblemowy rozruch. Ustawia także odpowiedni prąd ładowania z alternatora w zależności od poziomu rozładowania akumulatora.

Radosław Płowens zaznacza, że akumulatory AGM są sugerowane dla pojazdów z zaawansowanym systemem start-stop i technologią odzyskiwania energii podczas hamowania. W przypadku, gdy producent auta montuje fabrycznie akumulator AGM, zamiennik również powinien być wykonany w tej technologii. Z powodu charakterystyki ładowania akumulatora bateria innego typu może nie współpracować z systemem zarządzania energią. Akumulatory AGM można również stosować jako zamiennik akumulatora EFB w przypadku intensywnego użytkowania pojazdu.

Krzysztof Najder dodaje, że w samochodach mikrohybrydowych z systemem start-stop istnieją systemy zarządzania energią (BMS) otwarte i zamknięte. Zwłaszcza w przypadku systemów otwartych, gdy po wymianie akumulatora nie wprowadzimy nowych danych dotyczących zainstalowanego akumulatora, system musi sam rozpoznać nowe parametry i dostosować odpowiednio pracę alternatora oraz pozostałych odbiorników prądu. Użycie do tego celu właściwego urządzenia, jak np. BRT-12, znacznie przyspiesza proces, a w przypadku systemów zamkniętych może nawet okazać się niezbędne. W przeciwnym razie samoczynny proces walidacji nowego akumulatora wydłuża się w czasie, co ogranicza komfort kierowcy, a błędy w pamięci komputera pokładowego pojazdu znikają dopiero po kilku dniach.
Adam Potępa potwierdza, że na rynku jest wiele pojazdów, które nie mają systemu start-stop, a jednak wymagają adaptacji akumulatora. Dotyczy to szczególnie pojazdów bogato wyposażonych, w których został zastosowany moduł BMS zarządzający pracą akumulatora, np. Audi Q7 od rocznika 2007 czy BMW E90 od rocznika 2005. Natomiast w odniesieniu do pojazdów z systemem start-stop adaptacja dotyczy przeważnie samochodów wyposażonych w moduł BMS. Proces ten może być automatyczny lub manualny. W przypadku automatycznego zostanie zastosowany elektryczny algorytm pracy bazujący na danych zapisanych w module BMS. Może się jednak zdarzyć, że w niektórych pojazdach dopiero po pewnym okresie zostanie zidentyfikowany nowy akumulator i dopiero wtedy nastąpi optymalizacja jego elektrycznego algorytmu pracy.

Udostępnij:

Drukuj



Maciej Blum

Redaktor naczelny miesięcznika „autoEXPERT”




TOP w kategorii






Chcesz otrzymać nasze czasopismo?
Zamów prenumeratę
Zobacz również