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.

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.

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.