Awans systemów mikrohybrydowych – technologii napędu, w którym zastosowano systemy Start/Stop, oznacza, że kierowca nie będzie już w stanie samodzielnie wymienić akumulatora na nowy. Procedura taka wymaga bowiem użycia urządzeń wspomagających proces wymiany i odpowiednich testerów, dlatego warto przygotować swój warsztat do serwisowania pojazdów z systemami Start/Stop.

Technologie akumulatorowe odgrywają wiodącą rolę w rozwoju produktów przemysłu samochodowego, od którego oczekuje się wyraźnego zmniejszenia emisji szkodliwych substancji. Obowiązujące dyrektywy UE zmuszają producentów samochodów do anonsowania pojazdów o znacznie obniżonej emisji CO2. Rozwój techniki motoryzacyjnej sprawił, że akumulator jest dziś znacznie ważniejszym elementem układu elektrycznego pojazdu niż jeszcze 10-15 lat temu, bo też stanowi serce systemu Start/Stop, którego upowszechnienie pozwala w prosty sposób ograniczyć emisję szkodliwych substancji do atmosfery i oczywiście zużycie paliwa.
Samochody wyposażone w system Start/Stop nazywane są czasami pojazdami mikrohybrydowymi i stanowią najbardziej obiecujący powód do wizyt w naszych warsztatach. Już dziś po drogach jeździ ponad 3 miliony takich pojazdów, natomiast w roku 2015 ich liczba z pewnością przekroczy 20 milionów! Co więcej, technologia ta w ciągu paru lat stanie się obowiązującym standardem przemysłu samochodowego przez kolejne 15-20 lat. Koncepcja systemów Start/Stop (w skrócie S&S) okazuje się bardzo skuteczna w osiąganiu zamierzonych przez UE celów. Redukcję emisji CO2 łatwiej osiągnąć – skoro silnik nie pracuje, to nie jest emiterem. Z dobrodziejstwem S&S pojawiają się jednak pewne rygory.

Akumulator systemu Start/Stop
Szacuje się, że typowy akumulator kwasowo-ołowiowy zamontowany do auta z takim systemem traci każdego tygodnia 7-16% pojemności ładowania, dlatego tak ważne jest stosowanie odpowiednich (dedykowanych) baterii.
- Ze względu na zwiększoną cykliczność (średnio 3-4 uruchomień silnika na 1 km) od akumulatorów wymaga się bardziej intensywnej pracy – przybliża zagadnienie Adam Potępa, Key Account Manager, Johnson Controls Power Solutions EMEA. - Konwencjonalny akumulator zamontowany w pojeździe z systemem Start/Stop „zużyje się” w czasie od 3 tygodni do 3 miesięcy. Wynika to z faktu, że podstawowym zadaniem akumulatorów konwencjonalnych jest przede wszystkim rozruch, a zadaniem akumulatorów przeznaczonych do systemów S&S jest również dostarczanie energii do wszystkich urządzeń pokładowych w momencie postoju pojazdu w trybie „engine off”, czyli wtedy, kiedy silnik nie pracuje i nie ma dostępu do prądu ładownia z alternatora. Przy okazji wspomnijmy. To właśnie dzięki tak intensywnemu rozwojowi technologii nabierają na znaczeniu wyspecjalizowane punkty akumulatorowe, które dzięki odpowiednim narzędziom diagnostycznym oraz solidnej wiedzy świadczą usługi w zakresie wymiany akumulatorów w pojazdach S&S, nie ograniczając użytkowników tych pojazdów do autoryzowanej stacji serwisowej danej marki.
Trzeba bowiem wiedzieć, że nowo wyprodukowane pojazdy mogą być wyposażone w podstawowy lub zaawansowany system S&S. W obu sytuacjach zadanie tego nowoczesnego systemu sprowadza się w głównej mierze do ograniczania emisji CO2 poprzez wyłączanie silnika w momencie zatrzymania samochodu i ponowne uruchomienie silnika, gdy konieczne jest kontynuowanie jazdy. Na uwagę zasługuje zaawansowany system S&S, którego funkcjonalność została wzbogacona m.in. o akumulację energii hamowania (proces rekuperacji) oraz alternator ograniczający ładowanie akumulatora w momencie przyspieszania.
W każdym przypadku działanie systemu S&S uzależnione jest od wielu czynników, jak na przykład: temperatura otoczenia, temperatura silnika, zadana temperatura wewnątrz pojazdu, ale najważniejszym i podstawowym czynnikiem jest poziom naładowania akumulatora. Akumulator połączony jest z elektroniką pokładową poprzez system zarządzania akumulatora (BMS) lub inteligentny sensor (IBS), które dokładnie monitorują jego stan oraz jego współpracę z pozostałymi systemami pokładowymi.
Wspomnieliśmy, że system Start/Stop stawia specjalne wymagania wobec komponentów pojazdu. Podzespoły silników pojazdów z takim systemem są bowiem zaprojektowane do wyższych obciążeń. Nic dziwnego. Przy każdym zatrzymaniu silnika spada ciśnienie oleju w jego układzie smarowania, co może doprowadzić do krytycznego mikrotarcia powodującego zwiększone zużycie wraz z powiązanymi kosztami następczymi. Rozrusznik musi być także dedykowany.
Przykładowo, rozruszniki Bosch do systemów Start/Stop mają znacznie zwiększoną trwałość (m.in. wzmocnienie łożyskowań, wzmocnienie przekładni planetarnej), aby sprostać wielokrotnie większej liczbie rozruchów. Podobnie jest z alternatorem. Ten przystosowano bowiem do funkcji rekuperacji energii hamowania. Alternatory te wyróżniają się wyjątkowo wysoką sprawnością, co pozwala zmniejszyć zużycie paliwa i emisję CO2 nawet o kolejne 2% – z korzyścią dla kierowcy i środowiska.
Ponadto udoskonalona konstrukcja elektryczna i zoptymalizowane materiały zastosowane w alternatorach Efficiency Line pozwalają uzyskać nieosiągalną wcześniej sprawność na poziomie 77%. Alternator odpowiada za generowanie dużej ilości energii przy niskich obrotach, musi więc gwarantować wiele większą wydajność i sprawność. Duża moc umożliwia szybkie ładowanie akumulatora. Dzięki temu akumulator po każdym rozruchu silnika zostaje szybko doładowany. Ilość energii elektrycznej jest wystarczająca do zasilania urządzeń elektrycznych w trakcie kolejnego postoju, jak i przy rozruchu, a osiągi pojazdu nie ulegają pogorszeniu.

Sterownik systemu
Przy okazji rozwiejmy pewną wątpliwość. Czy ciągłe wyłączanie i włączanie silnika jest opłacalne? Czy nie powoduje to nadmiernego zużycia silnika wraz z kosztami, które znacznie przekroczą cenę zaoszczędzonego paliwa? Otóż systemy tego typu potrafią „przewidzieć” te i podobne sytuacje. Przykładowo, jeżeli sterownik pojazdu zarejestruje, że katalizator nie osiągnął temperatury roboczej, akumulator jest zbyt słaby, a w układzie wspomagania hamulców panuje za niskie ciśnienie lub nie została osiągnięta wymagana temperatura w kabinie, wtedy silnik się nie wyłączy. W przypadku systemów Start/Stop analizowane są więc czynniki, których kierowca nie jest w stanie uwzględnić, a które są istotne z punktu bilansu energetycznego. Za każdym razem bowiem (w czasie rzeczywistym) analizowane są sygnały o zwiększonym zapotrzebowaniu na energię, tak by napięcie w akumulatorze nie spadło poniżej założonego poziomu i nie obróciło dobrodziejstwa systemu w… przekleństwo (rozładowanie akumulatora).
Spośród kilku czynników decydujących o aktywacji trybu „engine off” wypada wymienić: stopień naładowania akumulatora, temperaturę otoczenia (w zależności od producenta wynosi ona od -5 do +30oC), temperaturę silnika, a także różnicę (zwykle niewielką, bo w zakresie do 8oC) pomiędzy temperaturą zadaną na klimatyzacji a temperaturą w kabinie.
- Jeżeli powyższe warunki są spełnione, system przechodzi w tryb „engine off”. W tym trybie auto pozostaje tak długo, aż poziom naładowania akumulatora osiągnie „napięcie krytyczne” i dopiero wtedy nastąpi automatyczne uruchomienie silnika – precyzuje Adam Potępa. - Analogiczna sytuacja ma miejsce, jeżeli zwiększy się różnica w temperaturach – zadanej klimatyzacji samochodowej, a panującej w kabinie. Podobne zjawisko zaobserwujemy na postoju, gdy przyjdzie nam ochota ruszyć kierownicą czy naciskać na pedał hamulca. W trybie „engine off” korzystanie z układu wspomagania kierownicy czy hamowania również spowoduje uruchomienie silnika, czyli przejście „z elektryki na hydraulikę”.

Architektura mikrohybryd
W odróżnieniu od konwencjonalnych sterowników silnika sterowniki przeznaczone do systemów Start/Stop są wyposażone w dodatkowe złącza. Umożliwiają one współpracę z rozrusznikiem, a także czujnikami akumulatora, wału korbowego, prędkości obrotowej kół i biegu jałowego. Specjalny algorytm analizuje dane dostarczane przez czujniki, realizując działanie funkcji Start/Stop. Elektroniczny czujnik monitoruje nie tylko stan akumulatora. O tym, jak ważną odgrywa rolę i jak bardzo precyzyjny to układ, świadczą kolejne odczyty. Aktywny czujnik obrotów i położenia wału korbowego – to na podstawie danych z tego czujnika sterownik silnika może precyzyjnie określić kątowe położenia wału korbowego, nawet po zatrzymaniu się silnika. Dzięki temu proces ponownego rozruchu silnika jest łatwiejszy i znacznie szybszy.
To nie wszystko. Jako że wykorzystywany jest przez system ABS/ESP (informuje sterownik o aktualnej prędkości lub zatrzymaniu się pojazdu), więc nadzoruje ciśnienie siłownika wspomagającego hamulce przy zatrzymanym pojeździe i wyłączonym silniku. Sygnał z czujnika uruchamia silnik, co pozwala zapewnić wspomaganie siły hamowania.
Architektura pojazdów wzbogaconych w system Start/Stop stanowi niezwykłe wyzwanie dla niezależnych warsztatów samochodowych i serwisów akumulatorowych. Akumulator może być zamontowany w różnych, czasem trudno dostępnych miejscach, co w połączeniu z dodatkową i nadmierną ilością połączeń elektrycznych zdecydowanie utrudnia proces jego wymiany. Ponadto w większości takich pojazdów do wymiany akumulatora niezbędne jest urządzenie diagnostyczne wspomagające procedurę wymiany i rejestracji akumulatora.
Jednym z najczęściej popełnianych błędów jest już sam zakup akumulatora. Nie chodzi tu jednak tylko o niedopasowanie parametrów, ale także o niesprawdzenie stanu akumulatora przed jego zakupem, a zwłaszcza napięcia spoczynkowego, które stanowi ważny sygnał o rzeczywistym stanie baterii i powinno wynosić więcej niż 12,5 V.
- Dylematów przybywa i wiele więcej spotykać będziemy kierowców, którzy mają samochód z systemem S&S, bo właśnie oni muszą zwrócić uwagę na jeszcze jeden szczegół – czy nowy akumulator dysponuje tą samą technologią co poprzedni akumulator – dodaje Adam Potępa. - I tak na przykład dostosowanego do wymagań nowoczesnych samochodów akumulatora z serii VARTA Silver AGM czy VARTA Blue EFB nie można wymienić na akumulator konwencjonalny, w którym nie zastosowano odpowiedniej technologii, np. grubszych płyt lub chłonnego włókna, ponieważ dużo częstsze niż w standardowych układach napędowych rozruchy silnika powodują wyeksploatowanie tradycyjnego akumulatora już nawet po kilku tygodniach użytkowania.
Z tych i innych powodów na potrzeby branży warsztatowej powstały programy serwisowe anonsowane zwykle przez wiodących producentów akumulatorów i liderów systemów Start/Stop. Jednym z ważniejszych elementów wsparcia dla profesjonalistów branży warsztatowej są urządzenia, które poprzez połączenie do gniazda EOBD umożliwiają wykonanie testu systemu Start/Stop i komponentów składowych (akumulatora). Urządzenie diagnostyczne wyszukuje również informacje o awarii przyrządów sterujących systemem celem ich usunięcia (kasowanie błędów). Końcowa faza wymiany obejmuje jego rejestrację w systemie danego pojazdu, co gwarantuje kompatybilność akumulatora z elektroniką pokładową poprzez systemy zarządzania akumulatorem BMS i/lub IBS, zapewniając prawidłowe funkcjonowanie systemu.

Rafał Dobrowolski
Fot. Bosch, Johnson Controls