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.

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.

W 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.

Akumulatory 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.