Что такое аккумулятор EFB? Значение батареи EFB
Стремясь снизить выбросы CO2 автомобилями с двигателем внутреннего сгорания (ДВС), производители все чаще используют так называемую технологию старт-стоп. Проще говоря, это технология, встроенная в систему управления двигателем, которая автоматически отключает двигатель, когда он неподвижен. Двигатель снова запустится при нажатии на акселератор и желании водителя продвинуться вперед. Основная идея заключается в сокращении времени, в течение которого двигатель без необходимости сжигает топливо, например, при остановке на светофорах или перекрестках во время поездки.
Это наиболее эффективно там, где путешествие часто прерывается, например, в городе или поселке, где по пути к пункту назначения часто возникают паузы. К сожалению, непредвиденным следствием этого стало воздействие на аккумуляторную батарею SLI (пуск, освещение, зажигание) автомобиля. По сути, в первые несколько лет производства этих автомобилей наблюдались беспрецедентные гарантийные рекламации, когда совершенно новые батареи SLI выходили из строя в течение нескольких месяцев эксплуатации.
Причин отказа было несколько: чрезмерный разряд, сульфатация и проблемы, связанные с PSoC, такие как преждевременная потеря емкости (PCL). Основная проблема заключалась в том, что аккумуляторы не могли достаточно зарядиться от генератора за то время, которое отводилось на движение автомобиля между периодами стоянки. Проще говоря, когда автомобиль останавливается, двигатель и, следовательно, зарядка аккумулятора от генератора прекращается.
Однако нагрузка на батарею продолжается от различных устройств, которые продолжают работать, например, радио, управление двигателем, фары, кондиционер и даже обогрев лобового стекла. Во время таких остановок для питания этих устройств из аккумулятора отбирается больше энергии, чем восполняется генератором переменного тока при работающем двигателе. В таких условиях батарея будет постепенно разряжаться и большую часть своей жизни проведет в состоянии низкого заряда с низким уровнем SG электролита.
Зарядное устройство EFB
Программа испытаний начинается с 10-секундного отдыха, после чего начинается зарядка от генератора переменного тока для имитации движения. Период зарядки рассчитывается исходя из емкости аккумулятора (рис. 2). В конце периода движения автомобиль останавливается, и потребляется ток 50 ампер. Это описывается как больничная нагрузка или основная электрическая нагрузка, такая как отопление, кондиционирование, освещение, радио и т.д. Это типичные устройства, которые могут работать во время стоянки автомобиля.
Это стало серьезной проблемой для аккумуляторов и автомобильной промышленности, и в 2015 году в европейскую норму 50342 -6 был добавлен новый стандартный тест. который представлял собой микрогибридный тест на выносливость для стартерных батарей. Основной принцип испытания схематично показан на рис.1. Здесь видно, что периоды разрядки и зарядки аккумулятора имитируют поездку автомобиля в перегруженном или застроенном районе, например, в городе или поселке.
Следующий период — это несколько секунд разряда при силе тока 300 ампер, что имитирует токовую нагрузку на батарею EFB при запуске двигателя. Весь этот цикл повторяется непрерывно. Не вдаваясь в абсолютную процедуру испытания, можно заметить, что данное испытание предназначено для имитации городской езды. Минимальное количество таких циклов, которое должна выдерживать батарея, составляет 8 000. Рис. 3 представляет собой выдержку из предварительного стандарта pr50342-6, который в настоящее время заменен утвержденной версией.
Рис. 3 представляет собой выдержку из предварительного стандарта pr50342-6, который в настоящее время заменен утвержденной версией.
Чем батарея EFB отличается от залитой батареи?
Основная функция испытания заключается в том, чтобы показать влияние на батареи SLI постепенного снижения уровня заряда батареи (SoC) из-за частых разрядов во время остановки автомобиля и недостаточной подзарядки во время движения между остановками. В целом, разрушение батареи имеет катастрофические последствия, и отказ может произойти в течение нескольких месяцев из-за сульфатации пластин, эффектов PSoC, таких как деградация активного материала и расслоение электролита, что приводит к коррозии решетки и выпадению пасты.
Необходимо подчеркнуть, что это симуляция. Однако это подчеркивает необходимость наличия батареи EFB, которая может поглощать энергию за короткий промежуток времени, чтобы восполнить изъятую энергию. Очевидно, что в абсолютном выражении способность восполнить энергию, используемую батареей EFB в автомобиле с системой старт-стоп, зависит от внешних факторов. Вот несколько примеров: в какой стране вы живете, едете ли вы в городе или за городом, середина ли зимы в Москве, когда тепло и свет работают на полную мощность, или Франция весной, когда не работает ни свет, ни тепло, ни кондиционер.
Основной вопрос заключается в следующем: при использовании в автомобиле старт-стопной батареи EFB, как можно получить достаточно заряда в батарею EFB в течение имеющегося времени, чтобы, по крайней мере, заменить отбираемую энергию?
Мы знаем, что генератор переменного тока автомобиля и система управления двигателем фиксированы в своей работе, поэтому остается только батарея EFB, которую можно модифицировать. Итак, какие свойства батареи EFB необходимо скорректировать, чтобы улучшить поглощение тока и предотвратить разрушительные последствия низкого SG, работы PSoC, расслоения и PCL, перечисленные ранее? На данном этапе мы можем перечислить характеристики батареи, которые влияют на ее поглощение тока и склонность к перечисленным эффектам.
К ним относятся:
- Внутреннее сопротивление
- Емкость аккумулятора
- Активный материал
- Подвижность электролитов
- Состав сплава сетки
Для того чтобы повысить производительность батареи, мы можем изучить каждый из вышеперечисленных пунктов, чтобы внести соответствующие улучшения.
Во-первых, внутреннее сопротивление: чем оно выше, тем меньше ток, потребляемый при фиксированном напряжении от генератора I = V/R. Чем меньше ток, тем меньше ампер-часов возвращается в аккумулятор EFB в периоды, когда двигатель автомобиля работает. В первых автомобилях с системой старт-стоп батарея EFB, безусловно, была недозаряжена во время большинства коротких поездок. Это вскоре привело к раннему выходу аккумуляторов из строя с высоким процентом возврата по гарантии. Внутреннее сопротивление является функцией конструкции батареи, используемых материалов и производственных процессов, применяемых при ее изготовлении
Конструктивные аспекты включают решетку, которая при правильной форме может минимизировать путь сбора тока. Общая площадь поверхности пластин — еще одна важная характеристика: чем больше площадь, тем ниже сопротивление батареи. Как правило, большее количество и более тонкие пластины максимально увеличивают площадь проводника. Площадь поперечного сечения и качество всех металлических соединений, т.е. межэлементных сварных швов, соединений накладок и соединений отвода/окончания, вносят свой вклад в общее внутреннее сопротивление батареи EFB. Площадь поперечного сечения наплавленных, сваренных участков должна быть максимальной, чтобы обеспечить наименьшее металлическое сопротивление компонентов.
EFB Время автономной работы. Как улучшить свойства батареи EFB?
- Некоторые аспекты производства свинцово-кислотных аккумуляторов, такие как этапы смешивания и отверждения пасты, требуют строгого контроля технологического процесса. Контроль температуры имеет решающее значение для получения оптимальной кристаллической структуры в предварительно сформированном активном материале (AM). Более высокие температуры обработки способствуют образованию тетрабазидного сульфата больших размеров, меньшая площадь поверхности которого снижает свойства приема заряда AM и, следовательно, эффективность батареи EFB в режиме старт-стоп.
- Емкость батареи EFB является еще одним важным фактором, определяющим скорость поглощения тока. Чем выше емкость, тем выше ток, потребляемый при любом конкретном состоянии заряда. Мощность связана с площадью активного материала в пластинах (упоминалось выше). Увеличение емкости дает меньший ИК при большем потреблении тока, чем батарея меньшей емкости при зарядке при фиксированном напряжении.
Опять же, это означает, что при работе двигателя в батарею EFB возвращается больше емкости. Это также дает преимущество, позволяя не разряжаться слишком глубоко во время циклической работы и тем самым поддерживать более высокое состояние заряда (SOC) в течение всего срока службы. Преимущество более высокого SOC заключается в том, что батарея с меньшей вероятностью может пострадать от расслоения электролита и последующего коррозионного повреждения, которое это может вызвать.
- Эффективность активного материала — еще один фактор, который связан с выходом батареи из строя. Улучшения в принятии заряда могут быть достигнуты за счет добавок, главным образом углерода в нескольких формах, в отрицательно активный материал (ОАМ). Существует много спекуляций о роли углерода, и многие компании, производящие присадки, имеют свой собственный запатентованный продукт. Они варьируются от углеродных нанотрубок до чешуйчатого графита, и все они обладают свойством повышать эффективность активного материала в принятии заряда.
Опять же, это положительное преимущество для батарей, используемых в системах «старт-стоп». В залитых батареях EFB и все чаще в батареях AGM повышается содержание углерода в NAM. Использование залитой батареи большей емкости поможет предотвратить расслоение за счет уменьшения глубины разряда при нормальной эксплуатации. Это, в свою очередь, означает, что батарея EFB с меньшей вероятностью пострадает от разрушительного разделения плотной и низкосернистой кислоты во время циклического заряда-разряда.
- Подвижность электролита относится к способности электролита перемещаться в батарее EFB. Затопленные конструкции обладают максимальной мобильностью, в то время как AGM и GEL варианты свинцово-кислотных батарей обладают малой или нулевой мобильностью. В таких случаях говорят, что электролит иммобилизован. Если не принимать во внимание преимущества рекомбинации газов и, следовательно, незначительные потери воды, присущие этим конструкциям, они обеспечивают преимущество минимизации или предотвращения расслоения электролита в результате циклов глубокого разряда.
- Материалы, особенно свинцовый сплав, используемый для изготовления решетки, оказывают значительное влияние на внутреннее сопротивление (IR) батареи EFB. Использование свинцово-кальциевого сплава вместо свинцово-сурьмяного даст более низкое удельное сопротивление, прежде всего потому, что количество вторичных легирующих элементов намного меньше. При выборе подходящего сплава необходимо проявить большую осторожность, поскольку методы литья и контроль обработки должны быть адаптированы к конкретным комбинациям сплавов.
Неправильная обработка сетки может привести к тому, что некоторые компоненты сплава сетки будут удалены либо путем выпадения осадка, либо путем окисления в расплавленном состоянии. Эти потери могут серьезно повлиять на коррозионную стойкость и сопротивление ползучести решетки, что может привести к серьезному росту решетки и проникающей коррозии, способствующей раннему выходу из строя батарей EFB.
До сих пор было перечислено множество требований для создания оптимальной батареи EFB для использования в режиме старт-стоп. Первоначально производители комплектующих для автомобилей предпочитали использовать батареи EFB конструкции AGM, которые, как правило, имеют более низкий ИК-излучение благодаря сплаву сетки и незначительному увеличению размера для предотвращения чрезмерного разряда. Также считалось, что он снижает частоту расслоения из-за неподвижности электролита. Однако снижение стоимости также было основным фактором для OEM-производителей при поиске батареи, подходящей для данного применения. Наиболее предпочтительным и, возможно, наиболее эффективным решением в настоящее время является усовершенствованная затопленная батарея (EFB-батарея).
Итак, что же такое EFB?
До сих пор в блоге описывались проблемы микрогибридной среды для свинцово-кислотной батареи SLI. Причины отказов почти всегда связаны с неспособностью батареи EFB достаточно быстро поглощать заряд, чтобы заменить энергию, отбираемую при работе автомобильного двигателя на холостом ходу. Это также является причиной расслоения электролита, которое играет значительную роль в сокращении срока службы батареи SLI в автомобилях с системой старт-стоп. Решение EFB обеспечивает большинство характеристик, необходимых батарее EFB для значительного улучшения приема заряда. Прием заряда для батареи SLI EFB в процессе эксплуатации часто называют динамическим приемом заряда или DCA.
Краткое описание характеристик EFB:
- Низкое внутреннее сопротивление за счет лучшей конструкции решетки и использования сплавов с низким сопротивлением (тройной сплав Pb/Sn/Ca).
- Снижение внутреннего сопротивления за счет увеличения площади пластин (более тонкие пластины).
- Более высокая емкость (большая батарея EFB ) для увеличения величины потребляемого тока при фиксированном напряжении перезаряда и ограничения глубины разряда для предотвращения расслоения электролита и увеличения срока службы цикла.
- Улучшенный активный материал (как правило, добавки на основе углерода) для улучшения приема заряда батареи.
Эти меры приводят к тому, что залитая батарея EFB имеет большую емкость (как правило, большую), чем стандартные батареи, имеет усовершенствованные решетки из свинцового сплава, большую площадь пластин и обогащенный углеродом активный материал. В настоящее время это предпочтительная конструкция для батарей SLI в автомобилях с системой старт-стоп. Его предпочитают в первую очередь потому, что он дешевле, чем AGM-версия. AGM-версии также имеют тенденцию иметь примерно на 15% меньшую емкость, чем аналогичные по размеру залитые версии. Это означает более высокую DoD в эксплуатации, что приводит к снижению срока службы. Удивительно, но конструкции AGM также могут страдать от расслоения электролита, если DoD при циклическом использовании составляет около 80%.
Крайне важно понимать, какой тип аккумулятора следует приобрести, если (и определенно когда) аккумулятор выйдет из строя на вашем автомобиле с системой старт-стоп. Если вам нужна помощь в этом вопросе, обращайтесь в компанию Microtex, которая обладает достаточным опытом и знаниями, чтобы помочь вам в приобретении батареи. На самом деле, если у вас есть какие-либо проблемы с батареями, по которым вам нужна помощь или руководство, Microtex, по большей части, будет вашим универсальным магазином для консультаций и продукции для батарей.
