Sähkökuorma-auton akkumoduulit
Salokangas, Mikael (2023)
Salokangas, Mikael
2023
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2023100326787
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2023100326787
Tiivistelmä
Tässä opinnäytetyössä käsitellään sähköistettävän kuorma-auton akkupakettien suunnittelua. Opinnäytetyö on osa Helsingin kaupungin liikelaitos Staran eRetrofit hanketta. Työssä suunnitellaan kaksi erilaista akkumoduulin prototyyppiä, joista toinen malleista 3D tulostetaan ja todetaan mallin istuvuus käytössä oleviin akkuihin.
Työn teoriaosuudessa perehdytään, mitkä ovat akkujen toiminnan perusperiaatteet. Selvitetään akkujen sähkökemiallisia suureita ja miten niitä lasketaan. Syvennytään työssä käytettävään litiumioniakun kemiaan, aloittaen litiumatomista ja sen muodostumisesta ioniksi. Havainnollistetaan, miten akusta saadaan varausten eroja purettaessa sähköistä tehoa ulkoiseen sähköpiiriin, ja mitä komponentteja litiumioni akun sisältä löytyy. Akun sisäistä toimintaa havainnoidaan ladattaessa, sekä purettaessa. Kerrotaan kirjalliseen materiaaliin perustuvaa historiaa litium paristojen hinta-, ja kapasiteetin kehityksestä, sekä perustellaan, miksi Li-ioni teknologiasta on tullut alan järkkymätön kulmakivi. Selvitetään eri katodi materiaalien eroja, sekä missä paikoissa niitä tulisi käyttää. Lopuksi syvennytään tässä työssä käytettyyn litium-rautafosfaattiakkuun.
Työn tuloksena on moduulien rakennesuunnitelma, josta 3D tulostettiin kahden akun kotelot. Suurempana tavoitteena työssä oli toteuttaa malli, jota voitaisiin massa tuottaa ruiskumuotilla. Tällöin kaikkien akkujen yksittäinen kotelointi olisi ollut järkevää toteuttaa.
Työssä tärkeimmäksi työkaluksi muodostui Autodesk Inventor -ohjelmisto, jolla työn prototyypit suunniteltiin. Ohjelmisto havaittiin helppokäyttöiseksi ja erittäin monipuoliseksi. Ohjelmiston parhaimpana ominaisuutena on suunniteltujen palojen helppo liittäminen toisiinsa. Lisäksi nykyään lähes kaikista tuotteista löytyy valmiit 3D mallit, joita voidaan tuoda oman projektin suunnitelmiin.
Työn teoriaosuudessa perehdytään, mitkä ovat akkujen toiminnan perusperiaatteet. Selvitetään akkujen sähkökemiallisia suureita ja miten niitä lasketaan. Syvennytään työssä käytettävään litiumioniakun kemiaan, aloittaen litiumatomista ja sen muodostumisesta ioniksi. Havainnollistetaan, miten akusta saadaan varausten eroja purettaessa sähköistä tehoa ulkoiseen sähköpiiriin, ja mitä komponentteja litiumioni akun sisältä löytyy. Akun sisäistä toimintaa havainnoidaan ladattaessa, sekä purettaessa. Kerrotaan kirjalliseen materiaaliin perustuvaa historiaa litium paristojen hinta-, ja kapasiteetin kehityksestä, sekä perustellaan, miksi Li-ioni teknologiasta on tullut alan järkkymätön kulmakivi. Selvitetään eri katodi materiaalien eroja, sekä missä paikoissa niitä tulisi käyttää. Lopuksi syvennytään tässä työssä käytettyyn litium-rautafosfaattiakkuun.
Työn tuloksena on moduulien rakennesuunnitelma, josta 3D tulostettiin kahden akun kotelot. Suurempana tavoitteena työssä oli toteuttaa malli, jota voitaisiin massa tuottaa ruiskumuotilla. Tällöin kaikkien akkujen yksittäinen kotelointi olisi ollut järkevää toteuttaa.
Työssä tärkeimmäksi työkaluksi muodostui Autodesk Inventor -ohjelmisto, jolla työn prototyypit suunniteltiin. Ohjelmisto havaittiin helppokäyttöiseksi ja erittäin monipuoliseksi. Ohjelmiston parhaimpana ominaisuutena on suunniteltujen palojen helppo liittäminen toisiinsa. Lisäksi nykyään lähes kaikista tuotteista löytyy valmiit 3D mallit, joita voidaan tuoda oman projektin suunnitelmiin.