Sähköauton akunhallintajärjestelmä

Abstract

Akunhallintajärjestelmän tehtävänä on maksimoida akulla toimivan sähkölaitteen turvallisuus ja hidastaa laitteen akun kulumista. Tämä toteutetaan estämällä akun toimintatilan joutuminen pois turvalliselta toiminta-alueeltaan. Järjestelmän tehtävä tekee siitä erityisen oleellisen osajärjestelmän sähköautoissa, joissa akku on alttiina auton käyttöympäristön muuttuville olosuhteille. Lisäksi sähköautojen moottoreiden tehot ovat suhteellisen suuria, joten akku on suojattava luotettavasti myös sähkövioilta. Järjestelmän mitoituksessa ja sen toiminnan analyysissä on hyödyllistä käyttää apuna simulointimallia. Tässä työssä esitellään sähköautolle tyypillisen akunhallintajärjestelmän mikrokontrolleriin pohjautuvaa rakennetta ja eri suureiden hallintaperiaatteita. Työssä testataan simuloimalla yksinkertaisen akunhallintajärjestelmän mallin toimintaa akusta otettavan virran ja jännitteen rajoittamisessa. Tutkittava moottorikäyttö perustuu sähkömopoauton tasavirtamoottoriin. Simuloinneissa keskitytään erityisesti moottorin kiihdytyksissä ottaman maksimivirran rajoittamiseen. Työssä havaittiin, että akunhallintajärjestelmän perusrakenne ja – toimintaperiaate ovat nykyisin selkeästi määriteltävissä. Järjestelmän toimintaympäristön eri osa-alueet, kuten sähköauton muun tekniikan toteutustapa ja käyttöolosuhteet, määrittävät järjestelmän yksityiskohtaisemman toiminnan. Näihin yksityiskohtiin liittyy useita vaihtoehtoisia toteutustapoja. Niistä parhaan löytäminen ja edelleen kehittäminen vaatii tulevaisuudessa tutkimusta ja perehtymistä kulloinkin suunnittelun kohteena olevaan autoon. Tämä on huomioitava erityisesti sähköautojen yleistyessä. Simuloitu akunhallintajärjestelmä rajoitti saatujen tulosten perusteella hyvin hetkellisiä ylivirtoja. Akun käyttöiän maksimoimiseksi ja vallitsevan ilmaston huomioon ottamiseksi mallia olisi kuitenkin oleellista laajentaa tarkkailemaan myös akun varaus- ja lämpötiloja. Mallia tulisi myös muokata sopivaksi henkilöautojen vaihtovirtakoneille. Nämä muutokset vaativat monimutkaista laskentaa. Mallinnuksen haasteena voi kuitenkin olla todellisiin akkuihin ja moottoreihin liittyvän tiedon heikko saatavuus julkisesti, joten yritysyhteistyö on tällä hetkellä merkittävää aiheen tutkimiseksi.