Ličio jonų akumuliatorių technologijos, skirtos automobilių start-stop sistemoms, plėtros tendencijos: žemos įtampos maitinimo šaltinio atnaujinimas ir švino rūgštinių akumuliatorių keitimo perspektyvos

Tobulėjant transporto priemonių elektrifikavimui, žemos įtampos maitinimo sistemos atlieka vis svarbesnį vaidmenį užvedant variklį, maitinant elektroninę įrangą, valdant energiją ir užtikrinant bendrą elektros saugą. Nors tradicinės švino rūgšties baterijos jau seniai buvo automobilių žemos įtampos maitinimo sistemų standartas, dėl plačiai paplitusios start-stop technologijos pritaikymo, elektroninių prietaisų plitimo ir didėjančios lengvųjų transporto priemonių paklausos žemos įtampos ličio jonų baterijos tapo pagrindiniu automobilių energijos technologijų evoliucijos akcentu.

 

Ličio jonų start-stop akumuliatoriai pirmiausia naudojami vidaus degimo varikliuose su automatinėmis start-stop sistemomis, taip pat tam tikruose hibridiniuose modeliuose. Jie tiekia maitinimą borto elektros sistemoms, kai variklis išjungiamas, ir tiekia energiją, reikalingą varikliui paleisti iš naujo. Lyginant su tradicinėmis baterijomis, ličio jonų baterijos turi ryškių pranašumų energijos tankio, ciklo trukmės ir svorio požiūriu, tai yra naujas techninis sprendimas automobilių žemos įtampos maitinimo sistemoms.

 

 

 

Automobilių start-stop sistemos stebi transporto priemonės veikimo būseną; jie automatiškai išjungia variklį laikinų sustojimų metu (jei tenkinamos konkrečios valdymo sąlygos) ir paleidžia iš naujo, kai vairuotojas yra pasirengęs pajudėti. Viso šio proceso metu žemos įtampos akumuliatorius turi atlaikyti dažnus įkrovimo-iškrovimo ciklus ir didelės srovės, trumpalaikes apkrovas variklio užvedimo metu, tuo pat metu užtikrinant stabilų transporto priemonės apšvietimo, valdymo modulių, informacijos ir pramogų sistemų bei kitų elektroninių komponentų veikimą.

 

Dažno, ilgalaikio paleidimo-sustabdymo veikimo sąlygomis tradiciniai švino rūgšties akumuliatoriai gali nukentėti dėl sutrumpėjusio ciklo veikimo, per didelio svorio ir ribotos gilaus iškrovimo pajėgumo. Didėjant automobilių elektros apkrovoms, akumuliatoriams reikia stabilesnės įtampos, didesnio ciklo patvarumo ir patikimesnių galios valdymo galimybių.

 

Ličio jonų paleidimo-sustabdymo baterijos naudoja ličio jonų technologiją, naudojant sinergetinį elektrodų medžiagų dizainą, elementų architektūrą ir akumuliatoriaus valdymo sistemas (BMS), kad būtų tiekiama efektyvi žemos įtampos energija. Pavyzdžiui, ličio geležies fosfato (LiFePO4) cheminės medžiagos pasižymi puikiu šiluminiu stabilumu ir ciklo našumu, todėl puikiai tinka automobilių pagalbinėms galioms, kurioms reikalingas didelis patvarumas ir saugumas. Taip pat gali būti naudojamos kitos ličio jonų cheminės medžiagos, atsižvelgiant į konkrečius darbinės temperatūros, galios ir saugos konstrukcijos reikalavimus.

 

Reikėtų pažymėti, kad ličio jonų paleidimo ir sustabdymo akumuliatoriai ne visada gali būti tiesioginis originalių švino rūgšties akumuliatorių pakaitalas kiekviename transporto priemonės modelyje. Praktiniam įgyvendinimui reikia atidžiai apsvarstyti tokius veiksnius kaip įkrovimo įtampos diapazonai, paleidimo srovės reikalavimai, šalto užvedimo veikimas, akumuliatoriaus valdymo sistema, transporto priemonės elektrinė architektūra ir laisva fizinė montavimo vieta.

 

 

 

Renkantis žemos įtampos automobilių akumuliatorių, reikia visapusiškai įvertinti tokius veiksnius, kaip pradinės pirkimo išlaidos, ciklo trukmė, svoris, įkrovimo / iškrovimo efektyvumas ir visos eksploatavimo ciklo priežiūros išlaidos.

 

Kalbant apie svorį, ličio baterijos paprastai pasižymi didesniu gravimetrinės energijos tankiu. Patenkindami konkrečius energijos poreikius su mažesne masė, jie padeda sumažinti žemos įtampos maitinimo sistemos svorį ir taip palaiko bendrą transporto priemonės lengvumą – tai reikšmingas pranašumas transporto priemonių modeliams, kuriems taikomi griežti svorio apribojimai.

 

Kalbant apie ciklo trukmę, tradiciniai švino rūgšties akumuliatoriai yra dažnai įkraunami / iškraunami naudojant paleidimo ir sustabdymo programas. Dėl optimizuotos elementų chemijos ir įkrovimo / iškrovimo valdymo ličio baterijos gali pasiekti puikų ciklo patvarumą. Kai kurios ličio geležies fosfato (LiFePO4) paleidimo-sustabdymo baterijos yra skirtos tūkstančiams ciklų, tačiau faktinis veikimas skiriasi priklausomai nuo bandymo sąlygų, iškrovimo gylio, darbinės temperatūros ir konkretaus gaminio dizaino.

 

Esant žemai temperatūrai, akumuliatoriaus iškrovos galia, vidinė varža ir naudingoji talpa gali svyruoti. Norint užtikrinti stabilų veikimą tiksliniame temperatūros diapazone, ličio jonų akumuliatoriams reikalingas specialus paleidimas šaltu oru, taip pat tinkama apsauga nuo žemos temperatūros ir įkrovimo valdymo strategijos. Transporto priemonėms, skirtoms naudoti šaltame klimate, žemos temperatūros veikimo patikrinimas yra svarbus akumuliatoriaus pasirinkimo proceso žingsnis.

 

Nors pradinė ličio akumuliatoriaus pirkimo kaina paprastai yra didesnė nei tradicinio švino-rūgšties akumuliatoriaus, ilgesnis jo tarnavimo laikas ir mažesnis keitimo dažnis gali pagerinti viso gyvavimo ciklo ekonomiją. Todėl sprendimai dėl pirkimo neturėtų būti grindžiami vien baterijos vieneto kaina; veikiau jie turėtų atsižvelgti į numatomą tarnavimo laiką, priežiūros išlaidas, pakeitimo išlaidas ir sistemos integravimo reikalavimus.

 

 

Dabartinės automobilių paleidimo ir sustabdymo baterijų technologijos pirmiausia apima patobulintus užtvindytus akumuliatorius (EFB), sugeriančius stiklo kilimėlius (AGM) švino rūgšties baterijas ir ličio jonų baterijas. Šie tipai skiriasi sąnaudomis, ciklo našumu, įkrovimo priėmimu ir veikimo reikalavimais.

 

EFB technologija patobulina tradicines užtvindytas švino rūgšties baterijas, tobulindama plokščių struktūras ir medžiagas, padidindama ilgaamžiškumą dažno paleidimo ir sustabdymo sąlygomis. Dėl to jie yra tinkamas pasirinkimas transporto priemonių modeliams, kuriems reikalinga pusiausvyra tarp išlaidų ir ciklo charakteristikų. Patobulintos užtvindytos baterijos (EFB) technologija išlieka pagrindiniu sprendimu automobilių paleidimo ir sustabdymo sistemoms. Ji siūlo praktinę vertę transporto priemonių modeliams, kai reikia valdyti pradines pirkimo išlaidas, kartu atsižvelgiant į tam tikrą starto-stop įvykių dažnumą.

 

Absorbent Glass Mat (AGM) baterijose naudojama iš stiklo pluošto pagaminta separatoriaus struktūra, kuri pagerina elektrolitų sulaikymą ir ciklo veikimą. Jie puikiai tinka transporto priemonėms su didesne elektros apkrova, kurioms reikalingas didesnis akumuliatoriaus ciklo patvarumas. Pasirinkus AGM start-stop akumuliatorių, paprastai reikia atidžiai apsvarstyti originalios transporto priemonės įrangos specifikacijas, įkrovimo sistemos parametrus ir gamintojo reikalavimus.

 

Palyginti su šiomis švino rūgšties technologijomis, ličio baterijos suteikia didesnį svorio mažinimo ir ciklo naudojimo laiko potencialą. Tačiau jų įgyvendinimui reikalinga suderinama akumuliatoriaus valdymo sistema (BMS), apsaugos strategijos ir specifinė transporto priemonės įkrovimo valdymo logika. Todėl nė viena žemos įtampos automobilių energijos technologija visiškai nepakeis kitų; Vietoj to, konfigūracijos ir toliau bus diferencijuojamos pagal transporto priemonės padėtį, sąnaudų tikslus ir veikimo aplinką.

 

 

 

Elektroninių komponentų skaičiui transporto priemonėse ir toliau augant, žemos įtampos energijos sistemų apkrovos struktūra palaipsniui keičiasi. Plėtojant automatines start-stop sistemas, elektroninius valdymo modulius, pažangias kabinos ir pažangias vairuotojo pagalbos sistemas (ADAS), keliami didesni energijos stabilumo ir tiekimo patikimumo reikalavimai, todėl sukuriamos naujos žemos įtampos ličio baterijų galimybės.

 

Nors įvairiuose pramonės tyrimuose buvo numatytas ličio pagrindu pagamintų baterijų start-stop rinkos dydis ir ateities skverbties rodikliai, tokios prognozės paprastai grindžiamos konkrečiomis prielaidomis dėl metinių transporto priemonių pardavimų, pritaikymo rodiklių ir produktų kainų. Šios prognozės neturėtų būti laikomos tiesioginiu dabartinio rinkos dydžio atspindžiu; Norint įvertinti rinkos perspektyvas, reikia įtraukti naujausias transporto priemonių konfigūracijas, OĮG pirkimo planus ir akumuliatorių tiekimo grandinės pamainas.

 

Kalbant apie technologijos pritaikymo procesą, žemos įtampos ličio baterijų integravimas į automobilių tiekimo grandinę paprastai apima kelis etapus: mėginių kūrimą, veikimo testavimą, prisitaikymo prie aplinkos patikrinimą, transporto priemonių lygio integravimą ir masinės gamybos auditą. Automobilių gamintojams akumuliatorius turi ne tik atitikti pagrindinius įtampos ir talpos reikalavimus, bet ir užtikrinti stabilų veikimą tokiomis sąlygomis kaip mechaninė vibracija ir smūgis, temperatūros svyravimai, įkrovimo-iškrovimo ciklas ir nenormalūs veikimo scenarijai. Be to, žemos įtampos ličio baterijų taikymo sritis plečiasi ne tik tradicinėse start-stop sistemose, bet ir hibridinėse elektrinėse transporto priemonėse, išmaniosiose elektros architektūrose ir kitose pagalbinės galios scenarijuose.

 

Augant gamybos mastui, tobulėjant baterijų valdymo technologijoms ir tobulėjant sistemų integravimo galimybėms, tikimasi, kad ličio baterijų, skirtų automobilių žemos įtampos energijai, naudojimas didės. Tačiau tikrasis įsiskverbimo greitis priklausys nuo tokių veiksnių kaip kaina, saugos standartai ir konkretūs techniniai būdai, kuriuos pasirinks originalios įrangos gamintojai (OĮG).

 

 

 

Automobilių originalios įrangos gamintojams, komponentų tiekėjams ir maitinimo sistemų integratoriams, renkantis paleidimo ir sustabdymo baterijas, reikia atidžiai patikrinti kelis parametrus: vardinę įtampą, talpą, šaltojo sukimo srovę, ciklo trukmę, darbinės temperatūros diapazoną, fizinius matmenis, gnybtų išdėstymą ir įkrovimo suderinamumą. Be to, būtina patvirtinti, kad akumuliatoriaus apsaugos funkcijos, šilumos valdymo reikalavimai, atsparumas vibracijai ir atitinkami kokybės patvirtinimo dokumentai atitinka tikslinio transporto priemonės modelio technines specifikacijas.

 

Transporto priemonių modeliams, kuriuose ir toliau naudojama švino rūgšties technologija, gali būti svarstomos tokios galimybės kaip AGM (sugeriantis stiklo kilimėlis) akumuliatoriai arba kiti gaminiai, atitinkantys originalias transporto priemonės specifikacijas. Tačiau galutinis pasirinkimas turi griežtai atitikti transporto priemonės gamintojo reikalavimus dėl akumuliatoriaus tipo; keitimas niekada neturėtų būti grindžiamas tik talpa ar fiziniais matmenimis.

 

Praktikoje akumuliatorių sprendimai, pvz., parduodami kaip „EFB“ (patobulintos užtvindytos baterijos) tipai, turi būti vertinami pagal jų konkrečius gaminio duomenų lapus, bandymų ataskaitas ir transporto priemonių suderinamumo kriterijus. Pirkimo grupės turėtų reikalauti, kad tiekėjai pateiktų aiškius veikimo parametrus, duomenis apie partijų nuoseklumą ir apibrėžtas eksploatavimo sąlygas, kad būtų išvengta bet kokio galimo transporto priemonės elektros sistemos patikimumo kompromiso dėl akumuliatoriaus technologijos neatitikimo.

 

Nesvarbu, ar pasirenkate astandartinis start-stop akumuliatoriusarba patobulintas švino rūgšties variantas (pvz., EFB tipo akumuliatorius), sprendimas turėtų būti pagrįstas transporto priemonės elektros reikalavimais ir faktinėmis eksploatavimo sąlygomis, visapusiškai palyginus pirkimo išlaidas, tarnavimo laiką ir priežiūros poreikius.

 

Inžinierių pirkimų komandoms, planuojančioms kurti naujos kartos žemos įtampos maitinimo sistemas arba įsigyti automobilių akumuliatorių, rekomenduojama iš anksto apibrėžti pagrindinius reikalavimus, pvz., tikslinį transporto priemonės modelį, vardinę įtampą, talpą, sukimo srovę, darbinę temperatūrą, įrengimo matmenis ir numatomą tarnavimo laiką, ir pradėti technines diskusijas su potencialiais tiekėjais. Pateikdami išsamias technines specifikacijas, taikymo scenarijus ir bandymų reikalavimus, galite toliau įvertinti gaminio tinkamumą, patikrinti siūlomus sprendimus ir įvertinti apimties tiekimo sąlygas; taip pat galite pateikti užklausą, kad gautumėte pritaikytą gaminio dokumentaciją ir inžinerinę pagalbą.