Täyssähköautojen ajoakkujen kestoikätutkimus

Abstract

Tiivistelmä Tekijä: Eemi Laurell Otsikko: Täyssähköautojen ajoakkujen kestoikätutkimus Sivumäärä: 21 sivua + 1 liite Aika: 5.11.2021 Tutkinto: Insinööri (AMK) Tutkinto-ohjelma: Ajoneuvotekniikka Ammatillinen pääaine: Ajoneuvojen jälkimarkkinointi Ohjaajat: Tekninen johtaja Jouko Sohlberg, AKL Lehtori Pasi Kovanen

Insinöörityössä tutkittiin Autoalan Keskusliiton (AKL) toimeksiannosta täyssähköautojen ajoakkujen odotettavissa olevaa kestoikää normaalikäytössä. Akun kuntoa selvitettiin muiden arvojen avulla siinä tapauksessa, ettei SOH-arvoa olisi ilmaistu tarpeeksi selkeästi. Akun ikääntymisen syitä pohdittiin akunhallintajärjestelmän antamia arvoja tutkimalla. Lisäksi selvitettiin kemioiltaan erilaisten akkujen kestoikäeroja.

Työ toteutettiin keräämällä satunnaisesti valittujen käytettyjen autojen itsediagnostiikasta tietoja kahta monimerkkitesteriä käyttäen. Nämä testerit olivat Launch X-431 PRO sekä Bosch-kokonaisuus, joka koostuu DCU 220 -tietokoneesta, KTS 560 -diagnostiikkatyökalusta ja ESI[tronic] 2.0 Online -ohjelmistosta. Näin saatiin kerättyä akunhallintajärjestelmän antama akun kuntoarvio (SOH) ja monia muita arvoja. Työtä varten etsittiin lähinnä pääkaupunkiseudun autoliikkeistä mahdollisimman vanhoja ja paljon ajettuja täyssähköautoja. Tämän lisäksi sähköautoilijoita kutsuttiin suoraan Metropolian autolaboratorioon luettamaan autojensa tietoja tutkimusta varten. Aineistoa haettiin myös internetistä. Teslan osalta oltiin täysin ulkopuolisen tiedon varassa, koska käytössä olleilla laitteilla ei voitu lukea Teslan diagnostiikkaa.

Insinöörityön tuloksena saatiin melko kattavan otoksen perusteella muodostettua arvio täyssähköautojen akkujen kestoiästä ja siihen eniten vaikuttavista seikoista. Testereillä saatiin luettua SOH-arvo monista sellaisista automalleista, joita autoliikkeissä oli. Käytettävissä olleista arvoista oli pääteltävissä akkujen iän olevan selkeimmin niiden kuntoon vaikuttava asia. Toisaalta myös akun kemiallinen rakenne vaikuttaa kestoikään. Kolmesta yleisesti käytetystä akkukemiasta LMO:n havaittiin ikääntyvän nopeimmin, mutta myös Nissan Leafin 30 kWh:n akut saattavat olla alttiita nopealle ikääntymiselle. Aineiston perusteella noin kymmenen vuotta vanha täyssähköauto on voinut menettää noin neljänneksen alkuperäisestä akkukapasiteetistaan. Akun purkaminen aivan tyhjäksi ja lataaminen aivan täyteen ovat ajoneuvon käytön aikana tapahtuvia asioita, jotka vaikuttavat akun kestoikään kielteisesti.

Avainsanat: täyssähköauto, ajoakku, akun kestoikä, litiumakku, akkukemia

Abstract Author: Eemi Laurell Title: Lifetime Study of Electric Car Traction Batteries Number of Pages: 21 pages + 1 appendix Date: 5 November 2021 Degree: Bachelor of Engineering Degree Programme: Automotive Engineering Professional Major: After Sales Auto Engineering Instructors: Jouko Sohlberg, Technical Director, AKL Pasi Kovanen, Senior Lecturer

In this Bachelor's thesis, the lifetime of electric car traction batteries under normal circumstances was studied. The thesis was commissioned by The Finnish Central Organisation for Motor Trades and Repairs (AKL). The members of the organisation were given advice concerning liability for errors which is highly topical at the time of electric vehicle generalisation. In addition to lifetime, reasons behind battery cell aging and differences between battery chemistries were considered.

In this thesis, measured values from the battery management system using two multi-brand testers were collected. These testers were Launch X-431 PRO and a Bosch unit, which is comprised of a DCU 220 computer, a KTS 560 diagnostics tool and the ESI[tronic] 2.0 Online software. The thesis began by visiting used car dealerships mainly in the Helsinki metropolitan area. This was followed by directly inviting electric car drivers to the laboratory of automotive engineering of Metropolia University of Applied Sciences to have diagnostic data read from their vehicles. This in turn was followed by a second visit to the dealerships, and finally, online data was examined. Online data could not be verified; however, the data were very extensive and considered important electric car models.

A reasonable number of electric cars were examined and based on the analysis it was possible to estimate the lifetime of traction batteries and the reasons affecting it. It was found that the age of the battery is the main cause of aging, but the battery chemistry also has an effect. Out of the three most used chemistries LMO seemed to be the most sensitive. However, the 30 kWh batteries of Nissan Leaf may also be prone to aging quickly. It was found that an electric car approximately ten years of age may have lost about one fourth of its battery capacity. Discharging the battery all the way down and charging it fully seems to have a negative effect on battery lifetime.

Keywords: Electric Car, Traction Battery, Battery Lifetime, Lithium-Ion Battery, Battery Chemistry