Sähkö- ja hybridiautojen akuston toimintaperiaate

Abstract

Oulun ammattikorkeakoulun konetekniikan osastolle suunnitellaan uutta opetuskokonaisuutta sähköajoneuvojen autojen akustoista. Tämän vuoksi kyseisistä akustoista tarvitaan teoriatietoa, jotta aiheesta saadaan riittävän kattava opetuspaketti. Tämä opinnäytetyö kokoaa tietoa sähkö- ja hybridiautojen akustoista, tekniikasta, osista, materiaaleista, sekä riski- ja turvallisuustekijöistä. Yleisesti ottaen tämä opinnäytetyö kertoo sen, mikä on sähkö- ja hybridiautojen ajoakusto ja mitä se pitää sisällään. Lyhyesti kerrottuna akustot ovat sähkön varastointiin kehitetty ajoneuvojen rakenteisiin asennettu pakkaus. Akuston varastoimaa energiaa käytetään ajoneuvon käyttövoimana ajon aikana. Akuston koko kilowattitunteina kertoo jonkin verran kyseisen ajoneuvon ajomatkasta yhdellä latauskerralla. Mitä isompi akusto, sitä pitemmälle autolla pääsee. Akusto on itse akkukokonaisuus, joka on rakennettu pienemmistä osista, akkumoduuleista. Moduulit ovat helposti käsiteltävään pakettiin rakennettuja akkukokonaisuuksia, joita voi yhdistellä keskenään halutun jännite- ja tehotason saamiseksi. Kokoluokaltaan ja muodoltaan yksi moduuli on verrattavissa yleisesti tunnettuun ajoneuvon käynnistysakkuun. Yksi akkumoduuli pitää sisällään useita akkukennoja, jotka tuottavat koko akustolle halutun jännitteen. Kennojen päätehtävä on tuottaa riittävän iso jännite ja teho koko ajoneuvon tarpeisiin. Kukin akkukenno on identtinen muiden saman akkukokonaisuuden kennojen kanssa, joten jokainen akkukenno ja kennokokonaisuus antaa saman jännite- ja tehoarvon. Akkukennot määrittävät rakennemateriaaleillaan akuston tyypin, joita ovat muun muassa lyijyakku ja litiumioniakku. Jokaisella akkutyypillä on omat akkumateriaalinsa, jotka pakataan haluttuun pakettiin, jota sanotaan ajoneuvoissa akkukennoksi, sekä muissa yhteydessä ihan vain akuksi. Kullakin akkutyypillä on omat tekniset ominaisuudet, jotka vaikuttavat kennojen kestävyyteen, ikään, sekä jännite- ja tehoarvoihin. Osa akkutyypeistä, kuten litiumioniakku, on kohtalaisen herkkä vaurioitumaan jännitteiden, tehojen ja lämpötilan muutoksista. Tästä syystä kyseiset akkutyypit tarvitsevat akuston hallintajärjestelmän, sekä mahdollisen jäähdytysjärjestelmän, jotka optimoivat akuston kestävyyttä. Akuston hallintajärjestelmä seuraa akuston jännitteiden, tehoarvojen ja lämpötilan muutoksia, sekä ohjaa niiden toiminnallisia muutoksia pidentäen akuston ikää huomattavasti.