Sähköajoneuvoakkujen tutkimuslaboratorion laitteistomäärittely
Haavisto, Jari (2012)
Haavisto, Jari
Tampereen ammattikorkeakoulu
2012
All rights reserved
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-201205046197
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-201205046197
Tiivistelmä
Sähköajoneuvoja halutaan käyttöön niiden vähäpäästöisyyden, energiatehokkuuden ja alhaisten käyttökustannusten vuoksi, mutta niiden yleistymistä rajoittavat lähinnä sähköenergiavarastojen suorituskyvyn puutteet ja hinta. Sähköajoneuvojen akkuihin kohdistuvat kuormitusprofiilit vaihtelevat merkittävästi ajoneuvon käyttötarkoituksen ja toimintaperiaatteen mukaan ja kuhunkin käyttökohteeseen tarvitaan sovelluksen vaatimukset täyttävä sähköenergiavarasto. Suomalaiset yritykset ja korkeakoulut ovat kiinnostuneita sähköajoneuvojen ja niiden sähköenergiavarastojen kehittämisestä, mutta tarvittavaan testaukseen ei Suomessa ole kattavaa laitteistoa.
Testaustarpeiden johdosta VTT:lle perustetaan sähköajoneuvojen energiavarastojen tutkimusympäristö, jonka laitteiston vaatimusten määrittely on tämän työn aiheena. Työssä on aluksi esitelty olemassa olevia ja suunnitteilla olevia sähköisiä ajoneuvoja ja niissä käytettyjä akkutekniikoita kirjallisuusselvityksen muodossa. Testauslaitteistolta vaaditut ominaisuudet perustuvat näiden nykyisten sähköajoneuvojen ja niissä käytettyjen sähköenergiavarastojen suorituskykyyn. Suunnittelun lähtökohtana on, että laitteistolla pystytään testaamaan erilaisiin kemioihin perustuvia ja erilaisiin kuormitustyyppeihin suunniteltuja akkuja mukaan lukien tehokkaimmat nykyiset kaupalliset tuotteet. Testaus ja mittaustietojen keruu tulee voida suorittaa tarkkuus- ja luotettavuusvaatimusten vuoksi automaattisesti ennalta ohjelmoidun testausproseduurin mukaan.
Työn tuloksena on kuvaus tavoitteiden mukaisesta akkutestauslaboratoriosta ja sen laitteistosta, jolla voidaan suorittaa tarvittavat testit akkukennoille, -moduuleille ja -paketeille. Laitteistolla voidaan laboratorio-olosuhteissa kuormittaa erilaisissa sähköajoneuvoissa käytettäviä sähköenergiavarastoja niiden todellisia käyttöolosuhteita vastaavalla tavalla sekä sähköisen kuormitusprofiilin että lämpötilojen osalta. Tällaisen testauksen avulla tuotteista on mahdollista saada entistä aiemmin ja helpommin monipuolisia käyttökokemuksia niiden jatkokehitystä varten.
Kenno- ja moduulitestaukseen tarvittava laitteisto koostuu pääasiassa valmiista kaupallisista laitteista, mutta akkupakettien testaukseen tarvittava olosuhdekontti varusteluineen ja oheislaitteineen on räätälöity tämän tutkimusympäristön ehdoilla. Laboratorion laitteistojen suorituskyvylle ja toiminnallisuudelle asetettujen vaatimusten ohella myös kustannustehokkuus on otettu suunnitteluvaiheessa huomioon.
Testaustarpeiden johdosta VTT:lle perustetaan sähköajoneuvojen energiavarastojen tutkimusympäristö, jonka laitteiston vaatimusten määrittely on tämän työn aiheena. Työssä on aluksi esitelty olemassa olevia ja suunnitteilla olevia sähköisiä ajoneuvoja ja niissä käytettyjä akkutekniikoita kirjallisuusselvityksen muodossa. Testauslaitteistolta vaaditut ominaisuudet perustuvat näiden nykyisten sähköajoneuvojen ja niissä käytettyjen sähköenergiavarastojen suorituskykyyn. Suunnittelun lähtökohtana on, että laitteistolla pystytään testaamaan erilaisiin kemioihin perustuvia ja erilaisiin kuormitustyyppeihin suunniteltuja akkuja mukaan lukien tehokkaimmat nykyiset kaupalliset tuotteet. Testaus ja mittaustietojen keruu tulee voida suorittaa tarkkuus- ja luotettavuusvaatimusten vuoksi automaattisesti ennalta ohjelmoidun testausproseduurin mukaan.
Työn tuloksena on kuvaus tavoitteiden mukaisesta akkutestauslaboratoriosta ja sen laitteistosta, jolla voidaan suorittaa tarvittavat testit akkukennoille, -moduuleille ja -paketeille. Laitteistolla voidaan laboratorio-olosuhteissa kuormittaa erilaisissa sähköajoneuvoissa käytettäviä sähköenergiavarastoja niiden todellisia käyttöolosuhteita vastaavalla tavalla sekä sähköisen kuormitusprofiilin että lämpötilojen osalta. Tällaisen testauksen avulla tuotteista on mahdollista saada entistä aiemmin ja helpommin monipuolisia käyttökokemuksia niiden jatkokehitystä varten.
Kenno- ja moduulitestaukseen tarvittava laitteisto koostuu pääasiassa valmiista kaupallisista laitteista, mutta akkupakettien testaukseen tarvittava olosuhdekontti varusteluineen ja oheislaitteineen on räätälöity tämän tutkimusympäristön ehdoilla. Laboratorion laitteistojen suorituskyvylle ja toiminnallisuudelle asetettujen vaatimusten ohella myös kustannustehokkuus on otettu suunnitteluvaiheessa huomioon.