Akunvaihto : teknologiat, sovellukset ja markkinat
Vuorinen, Veeti (2023)
Kandidaatintyö
2023
School of Energy Systems, Sähkötekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2023041736870
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2023041736870
Tiivistelmä
Nykyisten sähköautojen latausmenetelmien ongelmina ovat muun muassa pitkät latausajat sekä sähköverkon ylikuormitus. Akunvaihdossa sähköajoneuvon tyhjentynyt akku vaihdetaan ladattuun akkuun automaattisesti robottikäsien avulla vain muutamassa minuutissa, muistuttaen ajallisesti perinteisen polttomoottoriauton tankkausta.
Tämän kandidaatintyön tavoitteena oli selvittää, minkälaisia teknisiä ratkaisuja akunvaihdossa käytetään, miten akunvaihtoasema toimii sekä miten sitä voidaan käyttää sähköverkon tukena. Lisäksi selvitettiin, minkälaiset ovat akunvaihdon markkinoiden tulevaisuuden näkymät Euroopassa, Intiassa ja Kiinassa. Akunvaihdossa käytettäviä liiketoimintamalleja ja akunvaihtoaseman hyödyntämistä reservimarkkinoilla tutkittiin myös. Työ toteutettiin kirjallisuuskatsauksena.
Akunvaihdossa käytetään monia akunvaihtotekniikoita. Yleisesti akku vaihdetaan alavaihtoa käyttäen, jolloin vaihtorobotti sijaitsee ajoneuvon alapuolella. Sähkökuorma-autoissa voidaan hyödyntää sivu- ja ylävaihtoa. Akunvaihtoasema voi tukea kaksisuuntaisen tehovuon ansiosta sähköverkkoa ongelmatilanteissa sekä korkean kulutuksen aikoina, osallistumalla samalla energia- ja reservimarkkinoille. Kiinasta on syntynyt suurin markkina-alue akunvaihdolle. Euroopan akunvaihdon markkinakehitys on taas hidastunut akunvaihtoyritys Better Placen konkurssin jälkeen. Akku palveluna - liiketoimintamallissa sähköajoneuvon ja akun omistus erotetaan. Sähköajoneuvo on yksityisomistuksessa, kun taas yritykset tarjoavat kuluttajille akun vuokraus- ja vaihtopalveluita. Long charging times and growing loads on the electricity grid are among the problems of current charging methods for electric vehicles. Battery swapping is a method where the discharged battery of an electric vehicle is swapped for a fully recharged battery instead of conventional charging. The swapping takes place in a battery swapping station where a robotic arm swaps the batteries in a few minutes.
The goal of this bachelor’s thesis was to research the different technical solutions used in battery swapping and how battery-to-grid technology can be used for electricity grid support in battery swapping stations. The outlook of battery swapping markets in Europe, India and China, as well as the different business models used in battery swapping including the use of battery swapping stations in the energy and reserve markets were also researched.
Many different swapping methods are used in battery swapping. Usually the battery is swapped using bottom swapping. Side and top swapping can be utilized in electric heavy trucks. The battery swapping station can support the electricity grid due to its bidirectional power flow during peak load periods and power outages while taking part of the energy and reserve markets. The batteries can be charged during off peak hours. China has become the largest market for battery swapping. The battery swapping market growth of Europe has slowed down after the failure of Better Place. Battery-as-a-Service is a business model where the purchase and ownership of the vehicle and battery is separated. This lowers the cost of electric vehicle and makes battery swapping more financially attractive for consumers.
Tämän kandidaatintyön tavoitteena oli selvittää, minkälaisia teknisiä ratkaisuja akunvaihdossa käytetään, miten akunvaihtoasema toimii sekä miten sitä voidaan käyttää sähköverkon tukena. Lisäksi selvitettiin, minkälaiset ovat akunvaihdon markkinoiden tulevaisuuden näkymät Euroopassa, Intiassa ja Kiinassa. Akunvaihdossa käytettäviä liiketoimintamalleja ja akunvaihtoaseman hyödyntämistä reservimarkkinoilla tutkittiin myös. Työ toteutettiin kirjallisuuskatsauksena.
Akunvaihdossa käytetään monia akunvaihtotekniikoita. Yleisesti akku vaihdetaan alavaihtoa käyttäen, jolloin vaihtorobotti sijaitsee ajoneuvon alapuolella. Sähkökuorma-autoissa voidaan hyödyntää sivu- ja ylävaihtoa. Akunvaihtoasema voi tukea kaksisuuntaisen tehovuon ansiosta sähköverkkoa ongelmatilanteissa sekä korkean kulutuksen aikoina, osallistumalla samalla energia- ja reservimarkkinoille. Kiinasta on syntynyt suurin markkina-alue akunvaihdolle. Euroopan akunvaihdon markkinakehitys on taas hidastunut akunvaihtoyritys Better Placen konkurssin jälkeen. Akku palveluna - liiketoimintamallissa sähköajoneuvon ja akun omistus erotetaan. Sähköajoneuvo on yksityisomistuksessa, kun taas yritykset tarjoavat kuluttajille akun vuokraus- ja vaihtopalveluita.
The goal of this bachelor’s thesis was to research the different technical solutions used in battery swapping and how battery-to-grid technology can be used for electricity grid support in battery swapping stations. The outlook of battery swapping markets in Europe, India and China, as well as the different business models used in battery swapping including the use of battery swapping stations in the energy and reserve markets were also researched.
Many different swapping methods are used in battery swapping. Usually the battery is swapped using bottom swapping. Side and top swapping can be utilized in electric heavy trucks. The battery swapping station can support the electricity grid due to its bidirectional power flow during peak load periods and power outages while taking part of the energy and reserve markets. The batteries can be charged during off peak hours. China has become the largest market for battery swapping. The battery swapping market growth of Europe has slowed down after the failure of Better Place. Battery-as-a-Service is a business model where the purchase and ownership of the vehicle and battery is separated. This lowers the cost of electric vehicle and makes battery swapping more financially attractive for consumers.