Sähköautojen lataamisen ominaispiirteet kylmissä ääriolosuhteissa

Abstract

Tämän työn tarkoituksena on tarkastella kylmien ääriolosuhteiden vaikutusta sähköautojen lataustapahtumaan. Työ tehdään kirjallisuuskatsauksena, jossa käytetään hyväksi valmiita tutkimuksia ja tieteellisiä artikkeleita. Työssä käydään läpi sähköautojen akun rakennetta, akun erilaisia lataustapoja, sekä tutkimuksia, joissa aiheena on akkujen lataaminen kylmissä lämpötiloissa. Työn suorittamista varten saadaan käyttöön myös Metropolian ammattikorkeakoulun kylmälaboratoriossa suoritettujen sähköautojen lataustapahtumien mittauksia, joiden avulla tehdään johtopäätöksiä kylmän lämpötilan vaikutuksesta lataustapahtumaan.

Sähköautojen akut ovat yleisimmin nikkeli- tai litiumakkuja, joiden suosituslatauslämpötila on yli 0 °C. Akkuja ladataan eri lataustavoilla, jotka määrittävät suurimman mahdollisen latausvirran ja -tehon akulle.

Sähköautojen lataustapahtumissa huomattiin, että latausteho laskee, latauksen kokonaisenergia, sekä latauksen kesto kasvavat lämpötilan laskiessa alle 0 °C. Lataustapahtuman kokonaisenergia ja kesto kasvavat merkittävästi, jos sähköauton laittaa lataukseen alle -20 °C:n lämpötilassa lataukseen kylmällä akulla.

Kylmän vaikutusta voidaan vähentää laittamalla sähköauto lataukseen aina suoraan ajosta, jolloin akku on vielä lämmin, sekä jos auto sisältää akunlämmitysjärjestelmän. Jos autossa ei ole akunlämmitysjärjestelmää, voi lataus hidastua kovissa pakkasissa merkittävästi, jolloin lataamiseen voi mennä moninkertainen aika verrattuna lämpimässä suoritettavaan lataustapahtumaan.

The purpose of this bachelor’s thesis is to examine the impact of extreme cold conditions on the charging process of electric cars battery. This thesis is done as a literature review, which utilizes ready-made studies and scientific articles. Thesis reviews the structure of an electric car’s battery, how it is charged and studies where they examine the cold temperatures effect on charging a battery. Measurements done in cold laboratory of Metropolia University of Applied Sciences will be used to make conclusions about the effect of cold temperatures on the charging process.

Electric car batteries are most commonly nickel or lithium batteries with charging temperatures above 0 °C. Car batteries have different charging methods with different charging currents and charging powers for the battery.

Measurements made in cold laboratories showed that charging power decreases, the total charging energy and charging duration increases when the temperature drops below 0 °C. The total charging energy and duration of charging increase significantly if the electric car is charged below -20 °C with a cold battery.

The effect of cold temperatures can be reduced by always charging the car immediately after driving the car and if the car has a battery heating system. If car does not have a battery heating system charging may be significantly slowed down, when car is charged in extreme cold temperatures such as -20 °C, where charging may take several times longer to charge compared to charging done in warm temperatures.