Turun AMK kehittää akkuteknologian osaamista – lupaavia tuloksia raskaiden työkoneiden sähköistymiseen

Teksti: Veera Lunden
Kuva: Siiri Welling

Yhdessä LUT-yliopiston ja yrityskumppaneiden kanssa Turun AMK selvitti työkoneiden akkujärjestelmiä ja niiden erilaisia käyttöprofiileja. Työkone voi olla esimerkiksi leikkuupuimuri, traktori, kaivosdumpperi tai metsäkone. Selvitystyön pohjalta on mahdollista mallintaa ja kartoittaa tarkasti, millaisia ominaisuuksia työkoneissa käytettävissä akkukennoissa tulee olla.

Tutkimuksen myötä todettiin, että raskaissa työkoneissa on järkevää käyttää LTO-akkukennoilla varustettuja akkuratkaisuja. Turun AMK:n Computational Engineering and Analysis -tutkimusryhmävastaava Eero Immosen mukaan LTO-akut ovat turvallisia käyttää, minkä lisäksi niillä on hyvä kestävyys kylmissä ja kuumissa olosuhteissa.

– Kun normaalin sähkökäyttöisen henkilöauton akku kestää noin tuhat lataus- ja purkukertaa, ovat vastaavat lukemat meillä testatuissa LTO-akuissa parhaimmillaan yli kymmenkertaiset. Olemme tutkineet kennojen suoritus- ja raja-arvoja, eli erilaisten akkujen ominaisuuksia suhteessa käyttötarkoitukseen, Immonen kertoo.

Käyttöprofiili on mahdollista selvittää tarkasti

Immosen mukaan projektissa hyödynnettiin mallinnusta, simulointia ja käytännön testausta. Mallinnuksen ja suunnittelumenetelmien avulla pystyttiin tutkimaan ja osoittamaan erittäin tarkasti eri akkujen ja työkoneiden suorituksia ja raja-arvoja.

– Tarpeet työkoneiden akuille ovat usein hyvin erilaisia kuin esimerkiksi henkilöautojen akuille. Työmaalla ajoneuvot altistuvat yleensä hetkittäisille tehontarpeille, kuormavaihteluille ja erilaisille olosuhteille, mikä vaikuttaa muun muassa akun varaustilaan ja elinikään.

Mallinnusten avulla oli mahdollista ennustaa akkujen sähköistä käyttäytymistä sekä lämmitykseen ja jäähdyttämiseen liittyviä asioita. Immosen mukaan akkukennoja pitäisi turvallisuuden ja kestävyyden vuoksi käyttää huoneenlämmössä. Siksi vaaditaan usein joko jäähdytystä tai lämmitystä. 

Yhtenä testiympäristönä on käytetty Turun AMK:ssa rakennettua sähkökäyttöistä eRallyCross-autoa. 

– Rallicrossauton käyttötilanteet ovat verrattavissa työmaakoneisiin, sillä myös rallicrossissa voimalinjan tulee yltää yksittäisiin toimintapiikkeihin lyhyitä aikoja kerrallaan. Siksi auto oli myös tässä projektissa oiva apu mallinnukseen ja tulosten varmistamiseen käytännössä. 

Tavoitteena kouluttaa opiskelijoita ja henkilöstöä

Immonen korostaa, että optimoinnin ja mallinnuksen merkitys korostuu työkoneiden akkuteknologiaa suunnitellessa, sillä työkoneiden tuotantomäärät ovat henkilöauton akkuihin verrattuna huomattavasti pienempiä. Työkoneiden käyttötarkoitukset ovat määriteltävissä mallinnuksen avulla hyvin tarkasti, minkä ansiosta on mahdollista suunnitella akku ja sähköinen voimalinja suoraan työkoneen käyttötarkoitukseen.

Sähköistymiseen siirtyminen edellyttää alaan liittyvän osaamisen lisäämistä. Immonen on mielissään siitä, että e3Power-projektin myötä henkilöstön tietämys ja osaaminen ovat kasvaneet. ICT:n, kemiantekniikan ja konetekniikan opintoihin pyritään sisällyttämään akkuteknologiaan liittyviä sisältöjä, jotta osaaminen kehittyy monella alalla.

– Osaajia tarvitaan ilman muuta, ja tulevaisuudessa koulutuksiin voisi olla hyödyllistä lisätä akkuteknologiaan liittyviä opintoja esimerkiksi sivuainetyyppisesti. Tulevaan sähkö- ja automaatiotekniikan koulutukseen voisi olla mahdollista sisällyttää akkuteknologiaa, Immonen pohtii. 

Keskustelua käydään paljon siitä, tulisiko raskasta liikennettä sähköistää enemmän ja nopeammin. Immonen kannustaa eri yritys- ja organisaatiotahoja panostamaan täyssähköistymisen sijaan puhtaaseen energiantuotantoon ja raskaan liikenteen osittaiseen sähköistämiseen. 

– Olen sitä mieltä, että sähköistämisen osalta hybridimalli voisi toimia. Kaikkia työkoneita ei tarvitse sähköistää, osakin voi riittää. Lisäksi kannatan ympäristöystävällisten polttoaineiden suosimista, kuten esimerkiksi synteettisesti tuotetun metaanin hyödyntämistä. Polttomoottori on teknologiana erittäin hyvin toimiva, tunnettu ja pitkälle optimoitu, ja niiden käytön osalta ilmastolle riittäisi ympäristöystävällisesti tehty polttoaine, perustelee Immonen.

Tutkimus jatkuu

Projektin kautta onnistuttiin kehittämään ymmärrystä akkujen erilaisista käyttöympäristöistä sekä kartoittamaan yrityskumppaneiden haasteita ja tarpeita akkujen valmistuksessa ja käytössä. Valmet Automotive oli yksi projektiin osallistuneista yrityskumppaneista.

Immonen paljastaa, että projektille suunnitellaan myös jatkoa. 

– Mahdollisessa jatkoprojektissa haluamme jatkaa tutkimustyötä. Jatkohankkeessa on tavoitteena hyödyntää e3Power-hankkeen akkumalleja ja mittausdataa akkujen käytön optimointiin yli niiden koko elinkaaren. Tällä hetkellä valmista dataa on jo huomattavasti enemmän kuin e3Power-projektin alussa vuonna 2019 oli. 

Jatkoprojektissa tutkitaan Immosen mukaan myös tarkemmin hybridimenetelmiä.