Työkoneiden sähköiset energiavarastot

Abstract

Diplomityössä tavoitteena oli tarkastella nykyisten sähköisten energiavarastojen ominaisuuksia erityisesti akkuihin keskittyen. Alitavoite oli mitoittaa litium-ioniakku liikkuvaan työkoneeseen yhden työsyklin perusteella. Työ alkaa laajalla kirjallisuuskatsauksella eri akkutyyppien ominaisuuksista. Yhteistuloksina pohdittiin eri akkutekniikoiden soveltuvuutta suuriin akkukäyttöihin, muun muassa liikkuviin työkoneisiin ja sähköautoihin. Huomiota kiinnitettiin myös superkondensaattoreihin, koska niiden yhteistoiminta akkujen kanssa saattaa olla oikea ratkaisu sähköisiin liikkuviin ratkaisuihin. Lisäksi sivutaan akkuihin tarvittavien raaka-aineiden riittävyydestä ja akun valmistuksen hiilijalanjäljestä.

Lopuksi sovitettiin litium-ioniakku erään työsyklin perusteella liikkuvaan työkoneeseen, sekä simuloitiin tilannetta Matlab Simulinkin avulla käyttäen Matlabin valmista akkumallia. Lopuksi testattiin akun sovitusta askelvasteella ja työsyklillä ja arvioitiin simuloinnin tuloksia. Tässä yhteydessä mietittiin myös akun mitoitusta kyseiseen kohteeseen.

Lopputuloksena saatiin valituksi muutama hyvä vaihtoehto nykyisistä akkutyypeistä liikkuville työkoneille. Lisäksi saatiin työkoneen akun mitoituksen tulos ja päätelmä.

The goal of this Master’s thesis was to take a look at the present electric energy storages, with the main focus on batteries. Another goal was to fit the lithium-ion battery into mobile machinery based on one specific work cycle. This was done by studying the properties of different battery types. As joint results, the suitability of different battery technologies for large battery applications, for example mobile machinery and electric cars, was discussed. Supercapacitors were also discussed in one section because they working together with batteries may be the right solution for electrical mobile solutions. The sufficiency of raw materials and carbon footprint were also briefly touched upon.

Finally, a lithium-ion battery was fitted into a specific mobile machine work cycle on the basis of a work cycle, and this was simulated with Matlab Simulink using a Matlab’s battery model. Finally, the battery fit was tested with a step response and a work cycle, and the results of the simulation were evaluated. At this point, consideration was given to the fit of the battery for the object in question.

As a result, a few good alternatives for the current battery types for mobile machinery were selected. In addition, the result and conclusion of the fit of the machine battery were obtained.