Puskuriakkujen soveltaminen suuritehoisissa sähköajoneuvojen latausjärjestelmissä

Abstract

Tämän tutkielman tavoitteena on tutkia puskuriakkujen soveltuvuutta suuritehoisiin sähköajoneuvojen latausasemiin. Työssä tutkitaan kirjallisuuskatsauksen ja pilottihankkeiden avulla, miksi ja miten puskuriakkuja käytetään suurteholataukseen. Lisäksi arvioidaan suurteholatauksen aiheuttamia ongelmia sähköverkon kannalta, ja miten puskuriakut voivat ehkäistä niitä.

Työssä selvitetään eri akkuteknologioita sekä puskuriakkujärjestelmiä, ja litiumioniakut osoittautuvat teknisesti sopivimmiksi suurteholatauksen energianvarastointiin. Puskuriakun tukena järjestelmissä on myös mahdollista käyttää aurinkopaneeleita ja superkondensaattoreita, jotka täydentävät akuston toimintaa ja tarjoavat lisäenergiaa. Kirjallisuuskatsauksen lisäksi työssä toteutetaan puskuriakun mitoitus kahdelle suomalaiselle sähköajoneuvojen latausasemalle, joissa arvioidaan akun kokoa ja vaikutusta sähköverkon tehorajoitukseen todelliseen latausdataan pohjautuen.

Puskuriakkujen käyttö tarjoaa teknisten hyötyjen lisäksi myös potentiaalisia säästöjä sähköverkon laajennuskustannuksista ja mahdollistaa osallistumisen sähkömarkkinoille. Työ osoittaa, että puskuriakut voivat olla keskeinen osa suurteholatausinfrastruktuuria. Erityisesti alueilla, missä jakeluverkon kapasiteetti voi rajoittaa latausta.

The aim of this thesis is to examine the applicability of buffer batteries in high-power electric vehicle charging stations. The study investigates, through a literature review and analysis of pilot projects, why and how buffer batteries are used in high-power charging applications. In addition, it assesses the challenges that high-power charging poses to the electrical grid and explores how buffer batteries can help mitigate these issues.

The thesis reviews various battery technologies and buffer battery systems, concluding that lithium-ion batteries are the most technically suitable option for energy storage in highpower charging. It is also possible to complement the battery system with solar panels and supercapacitors, which support the operation of the battery by providing additional energy and handling short-term power peaks. In addition to the literature review, the thesis includes a sizing analysis of buffer batteries for two Finnish electric vehicle charging stations, estimating appropriate battery capacities and their impact on grid connection limits based on real-world charging data.

Beyond technical advantages, the use of buffer batteries may also offer significant cost savings by reducing the need for grid infrastructure upgrades and enabling participation in electricity markets. This study demonstrates that buffer batteries can play an important role in the development of high-power charging infrastructure, particularly in areas where distribution grid capacity may limit charging performance.