Sähköautojen akkuteknologioiden tilannekatsaus

Abstract

Tämän kandidaatintyön tavoitteena oli tutkia sähköautoissa käytettäviä akkuteknologioita ja verrata niiden ominaisuuksia keskenään sekä sähköautojen asettamien akkuvaatimusten kanssa. Akkuteknologiakartoituksen ja ominaisuusvertailun avulla tutkimuksessa oli tarkoitus selvittää sähköautojen akkujen kehitystä menneestä nykyhetkeen ja luoda katsaus akkuteknologian tulevaisuuteen. Tutkimuksessa painotettiin akkujen suorituskykynäkökulmaa, mutta tutkimuksessa otettiin kantaa myös eri akkuteknologioiden turvallisuuteen, ympäristötekijöihin ja hintaan. Työ toteutettiin kirjallisuustutkimuksena ja lähteinä käytettiin alan kirjallisuutta, IEEE artikkeleita, tutkimusraportteja ja verkkodokumentteja. Lisäksi tutkimuksessa hyödynnettiin akku- ja sähköautovalmistajilta saatavaa tietoa, johon suhtauduttiin varauksin.

Tutkimuksessa kävi ilmi, että erilaisia litiumioniakkuteknologioita käytetään tällä hetkellä eniten sekä täyssähköautoissa että pistokehybrideissä. Huomattiin, että akkujen suorituskyvyn kehittyminen on nopeutunut viime vuosina. Erityisesti akkujen energianvarastointikykyyn vaikuttavat ominaisenergiatasot ovat kasvaneet selkeästi. Nykyisen kehittyneen litiumioniakkuteknologian todettiin täyttävän jo osittain lähivuosien suorituskykytavoitteet. Tutkimuksessa tultiin siihen tulokseen, että litiumrikkiakkuteknologia voi korvata litiumioniakkuteknologian ainakin täyssähköautoissa parempien ominaisenergiatasojen ja halvempien valmistuskustannuksien takia. Myös litiumilma-akkuteknologialla havaittiin olevan mahdollisuuksia haastaa muut litiumakkuteknologiat seuraavalla vuosikymmenellä.

Tutkimuksen johtopäätöksenä todetaan, että sähköautot voivat kaupallistua laajemmin lähivuosina akkujen suorituskykyominaisuuksien kehittyessä jatkuvasti. Suorituskykyominaisuuksien parantuminen tulee todennäköisesti johtamaan siihen, että täyssähköautot yleistyvät enemmän ja pistokehybridit tulevat jäämään sähköautojen välivaiheeksi. Uusien akkuteknologioiden käyttöönotto kaupallisiin sähköautoihin voi viedä kuitenkin odotettua kauemmin, sillä akut tarvitsevat huolellista testausta ja käyttöönotto edellyttää, että kaikki ominaisuudet ovat vaaditulla tasolla.

In this Bachelor’s Thesis the target was to research battery technologies of electric vehicles and compare properties of those technologies among themselves and also to the battery demands of electric vehicles. Purpose of battery technology survey and property comparison was to chart development of batteries from past to this day and make review for the future. Main perspective in the research was batteries performance but there are also some commitment for batteries safety, environmental aspect and costs. This Bachelor’s Thesis was accomplished by literature research and literature of the field, IEEE articles, research reports and network documents were used as sources. Knowledge was also collected from battery and car companies but this knowledge was related with reservation. Based on the results of this research different Lithium-Ion battery technologies are currently used most in battery electric vehicle and plug-in hybrid vehicle applications. It was also noticed that the development of batteries performance has accelerated over the past few years. Particularly specific energy of the batteries has clearly increased. Existing advanced Lithium-Ion battery technologies already partly fill the performance objectives that electric vehicles set for the near future. In study it was noticed that Lithium-Sulfur batteries have a good potential to replace Lithium-Ion batteries at least in battery electric vehicle applications. Also Lithium-Air batteries have good possibilities to take a place on electric vehicle applications in the next decade. The conclusions state that electric vehicles can be widely commercialized in the coming years because the development of batteries performance improve constantly. Because of the battery performance improvement battery electric vehicles are coming more common and plug-in hybrid vehicles will be only temporary solutions in electric vehicles. Commercial introduction of the new battery technologies may take longer than expected because all properties of batteries have to be requisite level and batteries also need careful testing.