Täyssähköauton energiatehokkuusanalyysi
Kopakkala, Teemu (2025)
Diplomityö
2025
School of Energy Systems, Sähkötekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2025031417705
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2025031417705
Tiivistelmä
Diplomityön tavoitteena on tutkia täyssähköauton (BEV) voimalinjan energiatehokkuutta sähköverkosta rengasta pyörittävään mekaaniseen energiaan asti. Työssä energiatehokkuudella tarkoitetaan sitä, kuinka suuri osuus täyssähköautoon verkosta otetusta energiasta siirtyy lopulta pyörille. Energiatehokkuutta tarkastellaan WLTP-mittaustulosten ja kirjallisuuden avulla. WLTP-mittaus sisältää määrätyn ajosyklin ja akun lataamisen energiatehokkuuden. WLTP-mittaus mittaa täyssähköauton energian kulutuksen kWh/100 km. Lataustapahtuman (AC- ja DC-lataus) energiatehokkuutta analysoidaan erikseen eri lataustehoilla. DC-latauksessa käytetään Teslan DC-latauskäyriä.
Energiatehokkuuden analysointiin käytetään WLTP-mittauksen osalta valmista Simulink-mallia Battery Electric Vehicle Model in Simscape, joka tarjoaa komponenttitason mallinnuksen täyssähköautosta. Mallilla simuloidaan ajosyklin (WLTC) energiatehokkuus. Työssä mallinnetaan lisäksi Simulinkillä täyssähköauton korkeajänniteakku hyödyntäen 18650-litiumionkennon dataa. Mallinnettua akkua käytetään WLTP-mittauksessa sekä erillisessä lataustapahtumien energiatehokkuuden mittauksessa.
Voimalinjan energiatehokkuus riippuu käytetyistä komponenteista ja niiden laadusta sekä käytetyistä tekniikoista. Eri autovalmistajien välillä voi olla suuriakin eroja komponenttien laadun ja energiatehokkuuden välillä. Simulaatioiden perusteella saadaan selville voimalinjan komponenttien energiahäviöjakauma sekä lataustapahtuman energiahäviöön vaikuttavat tekijät. Yksi suurimmista energiahäviöistä komponenttitasolla voimalinjassa WLPT-mittauksen perusteella tapahtuu sähkömoottorissa. Lataustapahtumassa latausteholla on merkittävä rooli energiatehokkuuden näkökulmasta. The thesis evaluates the energy efficiency of battery electric vehicles (BEVs) from battery charging to vehicle movement. It examines how much energy input turns the wheels, using the Worldwide Harmonised Light Vehicles Test Procedure (WLTP) and literature reviews. The WLTP assesses BEV energy efficiency in kWh/100 km, considering driving cycle efficiency (WLTC) and battery charging losses. Additionally, the thesis analyzes the energy efficiency of AC and DC charging modes at various power levels.
The Simulink model (Battery Electric Vehicle Model in Simscape) measures BEV energy efficiency in WLTP by simulating the driving cycle (WLTC). The thesis includes high voltage battery models using Simulink and 18650-lithium-ion cell data, used in WLTP simulations and separate charging event energy efficiency measurements.
The energy efficiency of the powertrain depends on the components that are used and their quality, as well as the technologies used. There can be big differences between the quality of components and energy efficiency between different vehicle manufacturers. Based on the driving cycle (WLTC) simulation we can find out energy loss distribution of the power train components and what affects them. One of the largest energy losses at the component level in the powertrain based on the WLPT measurement occurs in the electric motor. In the charging event, the charging power plays a significant role from the point of view of energy efficiency.
Energiatehokkuuden analysointiin käytetään WLTP-mittauksen osalta valmista Simulink-mallia Battery Electric Vehicle Model in Simscape, joka tarjoaa komponenttitason mallinnuksen täyssähköautosta. Mallilla simuloidaan ajosyklin (WLTC) energiatehokkuus. Työssä mallinnetaan lisäksi Simulinkillä täyssähköauton korkeajänniteakku hyödyntäen 18650-litiumionkennon dataa. Mallinnettua akkua käytetään WLTP-mittauksessa sekä erillisessä lataustapahtumien energiatehokkuuden mittauksessa.
Voimalinjan energiatehokkuus riippuu käytetyistä komponenteista ja niiden laadusta sekä käytetyistä tekniikoista. Eri autovalmistajien välillä voi olla suuriakin eroja komponenttien laadun ja energiatehokkuuden välillä. Simulaatioiden perusteella saadaan selville voimalinjan komponenttien energiahäviöjakauma sekä lataustapahtuman energiahäviöön vaikuttavat tekijät. Yksi suurimmista energiahäviöistä komponenttitasolla voimalinjassa WLPT-mittauksen perusteella tapahtuu sähkömoottorissa. Lataustapahtumassa latausteholla on merkittävä rooli energiatehokkuuden näkökulmasta.
The Simulink model (Battery Electric Vehicle Model in Simscape) measures BEV energy efficiency in WLTP by simulating the driving cycle (WLTC). The thesis includes high voltage battery models using Simulink and 18650-lithium-ion cell data, used in WLTP simulations and separate charging event energy efficiency measurements.
The energy efficiency of the powertrain depends on the components that are used and their quality, as well as the technologies used. There can be big differences between the quality of components and energy efficiency between different vehicle manufacturers. Based on the driving cycle (WLTC) simulation we can find out energy loss distribution of the power train components and what affects them. One of the largest energy losses at the component level in the powertrain based on the WLPT measurement occurs in the electric motor. In the charging event, the charging power plays a significant role from the point of view of energy efficiency.