Tutkimus VAG-konsernin MEB-alustan akuista

Abstract

Opinnäytetyössä tutkitaan VAG-konsernin MEB-alustan sähköautojen akuissa havaittua ennenaikaista vanhenemista. Tutkimus tehtiin, koska havaittuun ongelmaan haluttiin perehtyä tarkemmin. Ongelmia on havaittu erityisesti 77 kWh kapasiteetilla olevissa LG:n pussikennomoduuleilla varustetuissa akuissa, kun on käytetty pääasiassa pikalatausta. Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää mahdollisia syitä ja tekijöitä, jotka johtavat siihen, että akun kapasiteetti huononee ja johtaa siihen, että akku ei ole enää käyttökelpoinen ajoneuvossa.

Tarkempia tutkimuksia varten päätettiin purkaa yksi 77 kWh:n sähköauton akku, jossa oli havaittu ennenaikaista vanhenemista ja kapasiteetin laskua. Akkuun oli vaihdettu aiemmin jo kaksi uutta akkumoduulia huonojen tilalle. Ennen purkua akulle tehtiin alustava kunnon kartoitus, jonka perusteella valittiin neljä akkumoduulia kapasiteettimittauksiin. Kapasiteettimittauksissa oli mukana akkuun vaihdetut moduulit ja kaksi akun alkuperäistä moduulia. Kun moduulit oli irrotettu akusta, niille suoritettiin kapasiteettimittaustestit. Kapasiteettimittausten perusteella heikoin testissä romahtanut moduuli päätettiin vielä purkaa niin, että päästiin tutkimaan tarkemmin sen sisällä olevia pussikennoja ja mittaamaan niistä sisäistä resistanssia.

Alustavan tutkimuksen ja kapasiteettimittausten perusteella suurin osa akun moduuleista oli kapasiteetiltaan enää noin 63 % tasolla. Sisäisen resistanssin mittauksissa suurin löydetty poikkeama sallittuun arvoon oli yhdellä yksittäisellä kennolla 66 %. Osassa kennoista oli havaittavissa myös huomattavaa turpoamista alkuperäiseen kokoon nähden. Tämä johti epäilyyn siitä, toimiiko akun lämmönhallintajärjestelmä riittävän tehokkaasti ja tarkoituksenmukaisesti kaikissa tilanteissa. Tutkimuksen perusteella ei löydetty yksiselitteistä syytä havaittuun ongelmaan, mutta jatkuva akkua kuormittava pikalataaminen yhdistettynä riittämättömään lämmönhallintaan nopeuttaa akkua vanhentavaa prosessia.

Jatkotutkimuksena olisi mielenkiintoista toteuttaa akun sisäisten lämpötilojen kuvantaminen latauksen ja käytön aikana. Tällä voisi vahvistaa ja selvittää lisää oletusta siitä, että akun lämmönhallinajärjestelmä on riittämätön nykyisellään.

The thesis investigates the premature aging observed in the batteries of VAG Group's MEB platform electric cars. The research was conducted because the observed problem wanted to be studied in more detail. Problems have been observed especially in 77 kWh batteries equipped with LG pouch cell modules, mainly when using fast charging. The aim of the research was to investigate possible causes and factors that lead to the battery capacity deteriorating and leading to the battery no longer being usable in the vehicle.

For more detailed investigations, it was decided to disassemble one 77 kWh electric car battery, in which premature aging and a decrease in capacity had been observed. The battery had previously been replaced with two new battery modules to replace the bad ones. Before disassembly, a preliminary condition assessment was carried out on the battery, based on which four battery modules were selected for capacity measurements. The capacity measurements included the modules replaced in the battery and two original modules in the battery. After the modules had been removed from the battery, capacity measurement tests were performed. Based on the capacity measurements, it was decided to disassemble the weakest module that collapsed in the test so that the pouch cells inside could be examined in more detail and their internal resistance could be measured.

Based on the preliminary investigation and capacity measurements, most of the battery modules were only around 63% of their capacity. In the internal resistance measures, the largest deviation found from the permitted value was 66% for a single cell. Some of the cells also showed significant swelling to their original size. This led to doubts about whether the battery thermal management system was working efficiently and as intended in all situations. The investigation did not find a clear cause for the observed problem, but continuous fast charging, which places a strain on the battery, combined with insufficient thermal management, accelerates the battery aging process.

As a follow-up study, it would be interesting to conduct imaging of the battery's internal temperatures during charging and use. This could further confirm and clarify the assumption that the battery's thermal management system is currently inadequate.