Olen hyvin skeptinen. Samanlaisia uutisia on tullut vuosittain viimeisen 20 vuoden aikana. Evät ole kuitenkaan toteutuneet. Toivon tietysti, että olisi todellinen läpimurto ja saataisiin toimimaan muuallakin kuin laboratoriossa.
Sähköauto on yksi vaikeimmista paikoista akuille; akun pitää kestää kuumaa ja kylmää, tärinää, epäsäännöllistä latausta, isoja latauspiikkeja ja purkauspiikkejä, kestää vuosia ja kestää törmäyksiä. Sen lisäksi akut ovat erittäin hintasensitiivisiä, koska niitä tarvitaan hyvin paljon.
Joten jos joku keksii nykyisiä akkuteknologioita kolme kertaa paremman akkuteknologian, kannattaa niitä akkuja ensin myydä vaikkapa kännykkävalmistajille.
Tässä muuten on vielä sellainen mielenkiintoinen piirre, että tuossa SolidEnergy:n akussa mainitaan olevan paljon varausta, kun mittayksikkönä on Wh/kg. Tämä on sinänsä mielenkiintoista monessa käytössä, mutta sähköautossa kuitenkin tärkeämpää kuin ne parisataa kiloa ovat mittaluvut Wh/L ja Wh/.
No, näitä uutisia tulee ja menee. Voi olla, että SolidEnergy pystyy tuomaan jonkin verran parannusta nykyiseen, ja se olisi jo kova juttu. Takana on ihan oikeita tiedemiehiä, joten kyse ei ole pelkästä rahankeruuhypestä. Tarina kuitenkin jatkuu siten, että päivämäärät viivästyvät ja suorituskykylukemat alenevat.
Meillä siis ei ole vuoden kuluttua sähköautossa sitä kolminkertaisen kapasiteetin akkua. Sen sijaan meillä voi viiden vuoden kuluttua olla kännykässä puolitoistakertaisen kapasiteetin akku, ja sekin on jo kova juttu.
Olen hyvin skeptinen. Samanlaisia uutisia on tullut vuosittain viimeisen 20 vuoden aikana. Evät ole kuitenkaan toteutuneet. Toivon tietysti, että olisi todellinen läpimurto ja saataisiin toimimaan muuallakin kuin laboratoriossa.
20v sitten ei ollut litium akkuja. Nyt on. Väitätkö että ero litium ja lyijyakkujen välillä ei ole mullistava?
Jopa litium ja NiCd akkujen välillä on hurja ero energiatiheydessä.
Varmaan jos ei halua katsoa kuin viime vuotta, kehitystä ei huomaa mutta tuo 20 vuotta pisti aika pahasti silmään. Kehitys on ollut huima akkuteknologiassa.
Varmaan jos ei halua katsoa kuin viime vuotta, kehitystä ei huomaa mutta tuo 20 vuotta pisti aika pahasti silmään. Kehitys on ollut huima akkuteknologiassa.
Ilman muuta kehitystä on tapahtunut, mutta se on tapahtunut pikkuhiljaa pienin askelin. Tarkoitin, että viimeisen 20 vuoden aikana on tullut vuosittain uutisia läpimurrosta, joka moninkertaistaa akkujen kapasiteetin. Ne eivät ole kuitenkaan toteutuneet.
20 vuotta sitten NiMH akut olivat jo arkipäivää. Esim. ostin 20 vuotta sitten ensimmäisen GSM-puhelimeni (Nokia 2110). Siinä oli 550 mAh NiMH akku. Jos vertaa nykyisiä saman kokoisia Litium-akkuja, ei kehitys ole ollut mitenkään huimaa.
Ensimmäiset litium-akutkin tulivat markkinoille yli 20-vuotta sitten.
20 vuotta sitten NiMH akut olivat jo arkipäivää. Esim. ostin 20 vuotta sitten ensimmäisen GSM-puhelimeni (Nokia 2110). Siinä oli 550 mAh NiMH akku. Jos vertaa nykyisiä saman kokoisia Litium-akkuja, ei kehitys ole ollut mitenkään erityisen huimaa.
Verrataanpa tuota iPhonen akkuun. Tämän sivun mukaan 2110:n akun koko on 101x55x12 mm ja jännite 6 v. Akkusi amppeeritunneilla saadaan 3,3 Wh.
iPhonen 6 Plussan akku on kooltaan 119x48x3,3 milliä ja kapasiteetiltaan 11 Wh.
Eli näyttäisi siltä, että tuolla aikavälillä kehitys olisi tuonot kolmekertaisen kapasiteetin akkuun samalla kun akun tilavuus on pienentynyt kolmasosaan. Energiatiheys on siis yhdeksänkertaistunut. Itse pidän tuota kyllä isona kehityksenä.
Ei voi verrata 2110:n akkua iPhonen akkuun ulkomittojen mukaan. iPhonen akku on laitteen sisällä ja muodoltaan suorakaide. Se on kokokailla täynnä akkukennoja. 2110 akku oli samalla puhelimen ulkokuorta. Noiden ulkomittojen sisällä oli paljon ilmaa ja muovia.
Litium-akkujen kehitys ovat massoja vertaamalla kolminkertaisia NiMH akkuihin nähden. Tilavuuksien mukaan kaksinkertaisia.
Ei voi verrata 2110:n akkua iPhonen akkuun ulkomittojen mukaan. iPhonen akku on laitteen sisällä ja muodoltaan suorakaide. Se on kokokailla täynnä akkukennoja. 2110 akku oli samalla puhelimen ulkokuorta. Noiden ulkomittojen sisällä oli paljon ilmaa ja muovia.
Litium-akkujen kehitys ovat massoja vertaamalla kolminkertaisia NiMH akkuihin nähden. Tilavuuksien mukaan kaksinkertaisia.
Ulkokuori toki kuuluu laskea mukaan ja sitä jo hieman karkeasti arvioinkin. Noilla mitoilla 2110:n akku on tilvuuden suhteen yli 3,5 kertainen. Pari milliä paksuudesta karkeasti laskin päässä kuoren osuudeksi, jonka jälkeen saadaan se kolminkertainen tilavuus. Jos sinne kuoren sisään on sitten säilytty ilmaa, niin se on tuon akun ominaisuus, eikä siitä kuulu tasoitusta antaa.
Ulkokuori toki kuuluu laskea mukaan ja sitä jo hieman karkeasti arvioinkin.
Minun mielestä ei kuulu. 2110 akku oli helposti itse vaihdettavissa. Se oli samalla osa puhelimen kuorta. Täten akun kuorten oli oltava selvästi vahvemmat kuin iPhonen sisäisessä akussa. Lisäksi tilaa söivät akun lukitusmekanismit yms.
Tästä kuvasta näkee, kuinka paljon pelkkä lukitusmekanismi syö akun päästä.
Minun mielestä ei kuulu. 2110 akku oli helposti itse vaihdettavissa. Se oli samalla osa puhelimen kuorta. Täten akun kuorten oli oltava selvästi vahvemmat kuin iPhonen sisäisessä akussa. Lisäksi tilaa söivät akun lukitusmekanismit yms.
Tästä kuvasta näkee, kuinka paljon pelkkä lukitusmekanismi syö akun päästä.
Toiselta puolen näkee paremmin, kuinka paljon tuo mekanistmi vie tilaa. Arviolta noin 10 prosenttia. Tuo ei vielä kovin paljon vaikuta. Enemmän minua kiinnostaisi tietää se, onko tuossa 12 millin paksuudessa mukana nuo vastakkaisen pään "kynnet". Mikä on itse akun paksuus ilman noita kynsiä?
20v sitten ei ollut litium akkuja. Nyt on. Väitätkö että ero litium ja lyijyakkujen välillä ei ole mullistava?
PIeni oikomahoito historiaan...
Ensimmäiset kaupalliset litiumioniakut tulivat markkinoille vuonna 1991 (Sony), teknologia on sinänsä vanhempaa. Litiumpolymeeriakut tulivat markkinoille vuonna 1994. Ehkä tuon jälkeen vielä yksi autojen kannalta olennainen (joskin sittemmin lähes hylätty) kohta on 1996 markkinoille tullut litium-rauta-fosfaatti (LiFePO4). Viimeksimainitun energiatiheys ei ole huippua, mutta muuten se olisi hintaansa lukuunottamatta hyvä valinta sähköautoon.
Lyijyakku tuli markkinoille 1800-luvulla, joten ehkä siihen vertaaminen on vähän heikkoa. Tai jos verrataan 1800-luvun teknologiaan, niin sitten on reilua ottaa NiCd-akku, joka on 1800-luvun lopusta. Sen energiatiheys on noin 60 Wh/kg, litiumilla 200 Wh/kg parhaimmillaan. (Autoissa NiCd ei koskaan saanut suosiota käynnistysakkuna, koska lyijyakku on halpa.) Iso kehitys, mutta sata vuotta on pitkä aika.
Akut ovat kyllä kehittyneet viime vuosina. Käytännössä kapasiteettikehitys saman kokoisessa yleisesti käytetyissä akussa on ollut suuruusluokkaa 7 % vuodessa, ilmeisesti kapasiteetti massaa kohden on kehittynyt hiukan vähemmän. Toisaalta olennainen parametri on kapasiteetti euroa kohden, ja se on parantunut enemmän.
Alalla on tiettyjä teknologisia läpimurtoja, jotka voisivat muuttaa tilannetta olennaisesti. Jos hiilianodi voitaisiin vaihtaa piianodiin, sillä saataisiin energiatiheys moninkertaistettua. Ongelmana on kuitenkin anodin turpoaminen latauksen myötä, ja sen ongelman korjaamiseen liittyvistä keksinnöistä ei oikein mikään tunnu pääsevän tuotantoon asti. Vielä kovempi juttu olisi litium-ilma-akku, mutta sen kohdalla tie arkipäivään on vielä paljon pidempi.
Olennaista kuitenkin on se, että vaikka akkujen kehitykseen on laitettu koko ajan enemmän panoksia, viimeiseen 20 vuoteen markkinoille ei ole tullut mitään merkittävää uutta. Kaikki kehitys on liittynyt pieniin inkrementaalisiin parannuksiin ja optimointeihin. Sillä tiellä raja tulee jossain vaiheessa vastaan.
Ihmisillä on taipumus teknologian kehityksessä odottaa eksponentiaalista kehitystä. Tämä on toiminutkin tietokoneiden osalta, koska transistorin koon pieneneminen (joka vaikuttaa niin nopeuteen, muistikapasiteettiin kuin virrankulutukseenkin) ei ole ollut kovin pahasti fysiikan lakien rajoittamaa. (Siitäkin tulee varsin pian, ja merkit ovat jo näkyvissä.) Akuissa sen sijaan fysiikan lakien asettamat rajoitteet tuovat kullekin akkukemialle teoreettiset rajat.
Käytännössä tämä tarkoittaa sitä, että jos uudet teknologiat eivät päädy markkinoille, akkujen teknologinen kehitys hyytyy. Suotuisa hintakehitys voi toki jatkua, ja jos hinnat halpenevat, sähköautoiluun avautuu ihan uusia mahdollisuuksia. Uusien teknologioiden markkinoilletulo voi muuttaa peliä paljonkin, meillä voi oikeasti olla kymmenen tai viidentoista vuoden kuluttua kohtuullisilla kustannuksilla tuotettu sähköauto, jolla pääsee yli 500 km yhdellä latauksella.
Oma valistunut arvaukseni on se, että emme saa sähköautomarkkinoille uusia läpimurtoja seuraavaan kymmeneen vuoteen. Autot kyllä paranevat ja halpenevat, mutta ne jäävät silti ominaisuuksiltaan (hinta/toimintasäde) polttomoottoriautoja heikommaksi.
Alkuperäisakun mitoista minulla ei ole tietoa, mutta ainakin se tarvikeakku (NIMH) joka itselläni on vielä jäljellä on paksuudeltaan 8 mm ja painoltaan 105g. Kapasiteetiksi väitetään 800 mAh. Koska tuon ajan akut oli usein rakennettu pyöreistä pariston näköisistä kennoista, olisi kuvaavampaa ottaa verrokiksi yksi 1,2V kenno.
Varmaan jos ei halua katsoa kuin viime vuotta, kehitystä ei huomaa mutta tuo 20 vuotta pisti aika pahasti silmään. Kehitys on ollut huima akkuteknologiassa.
Ilman muuta kehitystä on tapahtunut, mutta se on tapahtunut pikkuhiljaa pienin askelin. Tarkoitin, että viimeisen 20 vuoden aikana on tullut vuosittain uutisia läpimurrosta, joka moninkertaistaa akkujen kapasiteetin. Ne eivät ole kuitenkaan toteutuneet.
Ehkä asian voisi sanoa ennemmin niin, että teknologai kehittyy toki harppauksin mutta sen jalkauttaminen kestää pitkään. TUntuu silti että jalkauttamisen nopeus on kasvanut. Nyt on tarvetta paremmille akuille jo ihan kännykkä ja tablettipuolella missä tehonkulutus ksavaa kovaa kyytiä. Kehittäjiä on aika paljon ja satsaukset on tänä päivänä valtavia.
AIka pian nähdään uudesta ideasta onko se taloudellisesti kannattava. On hienoja akkuja jotka parempia kuin nykyiset mutta tulevat pirhanan kalliiksi. Ei sellaisilla ole toiveita massamarkkinoilla.
Toinen asia mikä valtavsti kehittynyt ihan jo 10v aikana on akkujen hallintatekniikka. Nykyään prosessorit ei käytännössä maksa mitään ja niitä voi pistää akkupaketin sisään vaikka parikymmentä muutaman euron kustannuksilla.
Kaikka kehittyneet akkutekniikat on herkkiä kennojen epäbalanssille ja niinpä kennoja pitää suojata toisiltaan. Prossuilla tämä on halpa toteuttaa, vaan ei ollut vielä 10-20v sitten.
Lueskelin jokin aika sitten uuduesta kondensaattoritekniikasta missä energiatiheys muistaakseni päihittää jo lyijyakun. Kondensaattori ei käytännössä kulu latauksessa ja purussa kuten akut. Siinäkin on tulollaan läpimurto joka voisi muuttaa hybriditekniikkaa hyvinkin paljon.
Miksihän Toyota käyttää "vanhaa" NiMH tekniikkaa hybrideissään? Ei siinä tosin mitään, luotettavasti nuo ovat toimineet, ei paljoa löydy tarinoita hajonneista akkupaketeista. Onko litium-tekniikka kuitenkin vielä epävarmaa ja Toyota haluaa toki pelata mahdollisimman varmanpäälle.
Sähköautojen kohdalla akuston hinta on hyvin ratkaiseva tekijä. Se tulee laskemaan kun volyymit lisääntyvät. Enemmän uskon silti lähivuosia ajatellen noihin plug-in hybridiratkaisuihin kuin täyssähköautoihin. Kulutusten putoamisen kannalta olenaisinta on se, että auto kulkee muutaman kymmenen kilsaa sähköllä. Suurin osa ajosta on lyhyehköä ajoa, sellaisen kulutusongelmat hoituvat suurelta osin jo nykyisin tarjolla olevalla kalustolla.
Varmaan jos ei halua katsoa kuin viime vuotta, kehitystä ei huomaa mutta tuo 20 vuotta pisti aika pahasti silmään. Kehitys on ollut huima akkuteknologiassa.
Ilman muuta kehitystä on tapahtunut, mutta se on tapahtunut pikkuhiljaa pienin askelin. Tarkoitin, että viimeisen 20 vuoden aikana on tullut vuosittain uutisia läpimurrosta, joka moninkertaistaa akkujen kapasiteetin. Ne eivät ole kuitenkaan toteutuneet.
Ehkä asian voisi sanoa ennemmin niin, että teknologai kehittyy toki harppauksin mutta sen jalkauttaminen kestää pitkään. TUntuu silti että jalkauttamisen nopeus on kasvanut. Nyt on tarvetta paremmille akuille jo ihan kännykkä ja tablettipuolella missä tehonkulutus ksavaa kovaa kyytiä. Kehittäjiä on aika paljon ja satsaukset on tänä päivänä valtavia.
AIka pian nähdään uudesta ideasta onko se taloudellisesti kannattava. On hienoja akkuja jotka parempia kuin nykyiset mutta tulevat pirhanan kalliiksi. Ei sellaisilla ole toiveita massamarkkinoilla.
Toinen asia mikä valtavsti kehittynyt ihan jo 10v aikana on akkujen hallintatekniikka. Nykyään prosessorit ei käytännössä maksa mitään ja niitä voi pistää akkupaketin sisään vaikka parikymmentä muutaman euron kustannuksilla.
Kaikka kehittyneet akkutekniikat on herkkiä kennojen epäbalanssille ja niinpä kennoja pitää suojata toisiltaan. Prossuilla tämä on halpa toteuttaa, vaan ei ollut vielä 10-20v sitten.
Lueskelin jokin aika sitten uuduesta kondensaattoritekniikasta missä energiatiheys muistaakseni päihittää jo lyijyakun. Kondensaattori ei käytännössä kulu latauksessa ja purussa kuten akut. Siinäkin on tulollaan läpimurto joka voisi muuttaa hybriditekniikkaa hyvinkin paljon.
Kondensaattoriakku voi päihittää lyijyakun per massa, mutta voluumipuolella on vielä haastetta. Käynnistysakku joka täyttää peräkontin mutta painaa vähemmän kuin lyijyakku?
Miksihän Toyota käyttää "vanhaa" NiMH tekniikkaa hybrideissään? Ei siinä tosin mitään, luotettavasti nuo ovat toimineet, ei paljoa löydy tarinoita hajonneista akkupaketeista. Onko litium-tekniikka kuitenkin vielä epävarmaa ja Toyota haluaa toki pelata mahdollisimman varmanpäälle.
Jos akun koolla ja massalla ei ole olennaista merkitystä, NiMH tarjoaa paremman yhdistelmän luotettavuutta ja edullisuutta. Toyotan hybrideissä akkua ei pureta alle kolmannekseen eikä ladata yli kahteen kolmannekseen. Tämä tekee NiMH-akusta hyvin luotettavan ja pitkäikäisen, eikä hankalamman litiumteknologian käyttöönotto toisi mitään olennaista hyötyä.
Toyotallahan taitaa olla Prius+:ssa litiumakut olennaisesti samassa hybridijärjestelmässä kuin mitä Auris/Prius käyttää. Tämä johtuu siitä, että kolmatta penkkiriviä varten tarvittiin vähän tilaa.
Hybridien akkujen energiatiheys on alhainen, ja litiumakut ovat kuitenkin kovin hankalia käsiteltäviä.
Toinen asia mikä valtavsti kehittynyt ihan jo 10v aikana on akkujen hallintatekniikka. Nykyään prosessorit ei käytännössä maksa mitään ja niitä voi pistää akkupaketin sisään vaikka parikymmentä muutaman euron kustannuksilla.
Kaikka kehittyneet akkutekniikat on herkkiä kennojen epäbalanssille ja niinpä kennoja pitää suojata toisiltaan. Prossuilla tämä on halpa toteuttaa, vaan ei ollut vielä 10-20v sitten.
BMS:t (akkujenhallintajärjestelmät) ovat teknologisesti monella tavalla hankalia. On ihan totta, että nykyään pieni mikrokontrolleri maksaa massamäärissä kymmeniä senttejä kappaleelta, joten se on paljon halvempi kuin akkukenno. Toisaalta halpoja mikrokontrollereita on ollut jo koko tämän vuosisadan ajan. Akkukennojen parametrien (jännite, lämpötila) mittaaminen ei sinänsä ole iso haaste halvallakaan tehtäväksi, eikä se ole sitä ollut enää vuosiin.
Hommaan liittyy kuitenkin kaksi suurempaa ongelmaa. Ensimmäinen on se, että itse asiassa litiumioniakkujen ideaalista käyttötapaa eri tilanteissa ei tunnisteta. Vaikka varsin tarkasti tiedetään yksittäisten kennojen käytös eri tilanteissa, parametreja on paljon. Kennosta voidaan mitata sen läpi menneet virrat, siinä varastoitu varaus, lämpötila ja jännite. Näistä kaikista pitäisi pystyä päättelemään se, miten kyseistä kennoa optimaalisesti ladataan ja puretaan.
Sitten kun tuo on tiedossa, kennoja pitäisi pystyä kuormittamaan eri tavoin. Ideaalitapauksessa jokaista yksittäistä kennoa voidaan kuormittaa erikseen siten, että kokonaisuuden virranantokyky ja kapasiteetti säilyvät mahdollisimman pitkään mahdollisimman hyvänä. Tämä kuitenkin edellyttäisi esimerkiksi sitä, että joissain tilanteissa energiaa voitaisiin siirtää yksittäisestä kennosta toiseen kennoon, mikä ei olekaan kovin helppo temppu hyvällä hyötysuhteella tehtynä.
Näiden sähköisten asioiden lisäksi myös akuston lämpötilahallinta on tärkeää ja haastavaa. Akku ei pidä kylmästä eikä kuumasta, ja joissakin tilanteissa on järkevää käyttää energiaa akun lämpötilan pitämiseksi järkevänä.
Kehitystä on ollut paljonkin kaikissa näissä kohdissa. Komponenttitekniikan kehitys on siinä suhteessa vähän sivuraiteella, koska ratkaisut on tehtävissä nykyisillä komponenteilla - jos vain ne ratkaisut tunnetaan.
Lueskelin jokin aika sitten uuduesta kondensaattoritekniikasta missä energiatiheys muistaakseni päihittää jo lyijyakun. Kondensaattori ei käytännössä kulu latauksessa ja purussa kuten akut. Siinäkin on tulollaan läpimurto joka voisi muuttaa hybriditekniikkaa hyvinkin paljon.
Superkondensaattorit ovat mielenkiintoinen vaihtoehto hybrideille, koska niillä saa pienestä tilasta ison tehon (muttei isoa energiaa) hyvällä hyötysuhteella. Siinä suhteessa ne toimivat sitä paremmin, mitä lähempänä ollaan pelkkää jarrutusenergian takaisinottoa.
Superkondensaattoreilla on kuitenkin ollut sellainen pieni ilkeä taipumus, että mitä lähemmäs ne tulevat akkuja kapasiteetiltaan, sitä lähemmäs ne tulevat akkuja myös ominaisuuksiltaan. Ne eivät enää ole sellaisia mukavia perusfysiikan lineaarisia kondensaattoreita, vaan niillä on kovin monenlaisia omia ominaisuuksiaan. Näyttää kovasti siltä, että tulossa on jonkinlainen jatkumo, jonka toisessa päässä ovat akut, toisessa päässä tavalliset kondensaattorit.
Superkondensaattoreilla on kyllä myös sähköautossa tietty mahdollienn käyttönsä. Niitä voidaan käyttää tasoittamaan akulle tulevia tai akulta lähteviä virtapiikkejä. Tällöin voidaan tehdä auto, jonka akkujen keskimääräinen huipputeho on pienempi, ja akut kestävät paremmin. Jos auton huippunopeus ei ole kriittinen asia, niin sitten voidaan myös moottorit mitoittaa tietyissä rajoissa pienemmäksi ilman huipputehon pudotusta.
Olen hyvin skeptinen. Samanlaisia uutisia on tullut vuosittain viimeisen 20 vuoden aikana. Evät ole kuitenkaan toteutuneet. Toivon tietysti, että olisi todellinen läpimurto ja saataisiin toimimaan muuallakin kuin laboratoriossa.
Sähköauto on yksi vaikeimmista paikoista akuille; akun pitää kestää kuumaa ja kylmää, tärinää, epäsäännöllistä latausta, isoja latauspiikkeja ja purkauspiikkejä, kestää vuosia ja kestää törmäyksiä. Sen lisäksi akut ovat erittäin hintasensitiivisiä, koska niitä tarvitaan hyvin paljon.
Joten jos joku keksii nykyisiä akkuteknologioita kolme kertaa paremman akkuteknologian, kannattaa niitä akkuja ensin myydä vaikkapa kännykkävalmistajille.
Tässä muuten on vielä sellainen mielenkiintoinen piirre, että tuossa SolidEnergy:n akussa mainitaan olevan paljon varausta, kun mittayksikkönä on Wh/kg. Tämä on sinänsä mielenkiintoista monessa käytössä, mutta sähköautossa kuitenkin tärkeämpää kuin ne parisataa kiloa ovat mittaluvut Wh/L ja Wh/.
No, näitä uutisia tulee ja menee. Voi olla, että SolidEnergy pystyy tuomaan jonkin verran parannusta nykyiseen, ja se olisi jo kova juttu. Takana on ihan oikeita tiedemiehiä, joten kyse ei ole pelkästä rahankeruuhypestä. Tarina kuitenkin jatkuu siten, että päivämäärät viivästyvät ja suorituskykylukemat alenevat.
Meillä siis ei ole vuoden kuluttua sähköautossa sitä kolminkertaisen kapasiteetin akkua. Sen sijaan meillä voi viiden vuoden kuluttua olla kännykässä puolitoistakertaisen kapasiteetin akku, ja sekin on jo kova juttu.
kuruma:
20v sitten ei ollut litium akkuja. Nyt on. Väitätkö että ero litium ja lyijyakkujen välillä ei ole mullistava?
Jopa litium ja NiCd akkujen välillä on hurja ero energiatiheydessä.
Varmaan jos ei halua katsoa kuin viime vuotta, kehitystä ei huomaa mutta tuo 20 vuotta pisti aika pahasti silmään. Kehitys on ollut huima akkuteknologiassa.
kello68:
Ilman muuta kehitystä on tapahtunut, mutta se on tapahtunut pikkuhiljaa pienin askelin. Tarkoitin, että viimeisen 20 vuoden aikana on tullut vuosittain uutisia läpimurrosta, joka moninkertaistaa akkujen kapasiteetin. Ne eivät ole kuitenkaan toteutuneet.
20 vuotta sitten NiMH akut olivat jo arkipäivää. Esim. ostin 20 vuotta sitten ensimmäisen GSM-puhelimeni (Nokia 2110). Siinä oli 550 mAh NiMH akku. Jos vertaa nykyisiä saman kokoisia Litium-akkuja, ei kehitys ole ollut mitenkään huimaa.
Ensimmäiset litium-akutkin tulivat markkinoille yli 20-vuotta sitten.
kuruma:
Verrataanpa tuota iPhonen akkuun. Tämän sivun mukaan 2110:n akun koko on 101x55x12 mm ja jännite 6 v. Akkusi amppeeritunneilla saadaan 3,3 Wh.
iPhonen 6 Plussan akku on kooltaan 119x48x3,3 milliä ja kapasiteetiltaan 11 Wh.
Eli näyttäisi siltä, että tuolla aikavälillä kehitys olisi tuonot kolmekertaisen kapasiteetin akkuun samalla kun akun tilavuus on pienentynyt kolmasosaan. Energiatiheys on siis yhdeksänkertaistunut. Itse pidän tuota kyllä isona kehityksenä.
NHB:
Ei voi verrata 2110:n akkua iPhonen akkuun ulkomittojen mukaan. iPhonen akku on laitteen sisällä ja muodoltaan suorakaide. Se on kokokailla täynnä akkukennoja. 2110 akku oli samalla puhelimen ulkokuorta. Noiden ulkomittojen sisällä oli paljon ilmaa ja muovia.
Litium-akkujen kehitys ovat massoja vertaamalla kolminkertaisia NiMH akkuihin nähden. Tilavuuksien mukaan kaksinkertaisia.
kuruma:
Ulkokuori toki kuuluu laskea mukaan ja sitä jo hieman karkeasti arvioinkin. Noilla mitoilla 2110:n akku on tilvuuden suhteen yli 3,5 kertainen. Pari milliä paksuudesta karkeasti laskin päässä kuoren osuudeksi, jonka jälkeen saadaan se kolminkertainen tilavuus. Jos sinne kuoren sisään on sitten säilytty ilmaa, niin se on tuon akun ominaisuus, eikä siitä kuulu tasoitusta antaa.
NHB:
Minun mielestä ei kuulu. 2110 akku oli helposti itse vaihdettavissa. Se oli samalla osa puhelimen kuorta. Täten akun kuorten oli oltava selvästi vahvemmat kuin iPhonen sisäisessä akussa. Lisäksi tilaa söivät akun lukitusmekanismit yms.
Tästä kuvasta näkee, kuinka paljon pelkkä lukitusmekanismi syö akun päästä.
kuruma:
Toiselta puolen näkee paremmin, kuinka paljon tuo mekanistmi vie tilaa. Arviolta noin 10 prosenttia. Tuo ei vielä kovin paljon vaikuta. Enemmän minua kiinnostaisi tietää se, onko tuossa 12 millin paksuudessa mukana nuo vastakkaisen pään "kynnet". Mikä on itse akun paksuus ilman noita kynsiä?
kello68:
PIeni oikomahoito historiaan...
Ensimmäiset kaupalliset litiumioniakut tulivat markkinoille vuonna 1991 (Sony), teknologia on sinänsä vanhempaa. Litiumpolymeeriakut tulivat markkinoille vuonna 1994. Ehkä tuon jälkeen vielä yksi autojen kannalta olennainen (joskin sittemmin lähes hylätty) kohta on 1996 markkinoille tullut litium-rauta-fosfaatti (LiFePO4). Viimeksimainitun energiatiheys ei ole huippua, mutta muuten se olisi hintaansa lukuunottamatta hyvä valinta sähköautoon.
Lyijyakku tuli markkinoille 1800-luvulla, joten ehkä siihen vertaaminen on vähän heikkoa. Tai jos verrataan 1800-luvun teknologiaan, niin sitten on reilua ottaa NiCd-akku, joka on 1800-luvun lopusta. Sen energiatiheys on noin 60 Wh/kg, litiumilla 200 Wh/kg parhaimmillaan. (Autoissa NiCd ei koskaan saanut suosiota käynnistysakkuna, koska lyijyakku on halpa.) Iso kehitys, mutta sata vuotta on pitkä aika.
Akut ovat kyllä kehittyneet viime vuosina. Käytännössä kapasiteettikehitys saman kokoisessa yleisesti käytetyissä akussa on ollut suuruusluokkaa 7 % vuodessa, ilmeisesti kapasiteetti massaa kohden on kehittynyt hiukan vähemmän. Toisaalta olennainen parametri on kapasiteetti euroa kohden, ja se on parantunut enemmän.
Alalla on tiettyjä teknologisia läpimurtoja, jotka voisivat muuttaa tilannetta olennaisesti. Jos hiilianodi voitaisiin vaihtaa piianodiin, sillä saataisiin energiatiheys moninkertaistettua. Ongelmana on kuitenkin anodin turpoaminen latauksen myötä, ja sen ongelman korjaamiseen liittyvistä keksinnöistä ei oikein mikään tunnu pääsevän tuotantoon asti. Vielä kovempi juttu olisi litium-ilma-akku, mutta sen kohdalla tie arkipäivään on vielä paljon pidempi.
Olennaista kuitenkin on se, että vaikka akkujen kehitykseen on laitettu koko ajan enemmän panoksia, viimeiseen 20 vuoteen markkinoille ei ole tullut mitään merkittävää uutta. Kaikki kehitys on liittynyt pieniin inkrementaalisiin parannuksiin ja optimointeihin. Sillä tiellä raja tulee jossain vaiheessa vastaan.
Ihmisillä on taipumus teknologian kehityksessä odottaa eksponentiaalista kehitystä. Tämä on toiminutkin tietokoneiden osalta, koska transistorin koon pieneneminen (joka vaikuttaa niin nopeuteen, muistikapasiteettiin kuin virrankulutukseenkin) ei ole ollut kovin pahasti fysiikan lakien rajoittamaa. (Siitäkin tulee varsin pian, ja merkit ovat jo näkyvissä.) Akuissa sen sijaan fysiikan lakien asettamat rajoitteet tuovat kullekin akkukemialle teoreettiset rajat.
Käytännössä tämä tarkoittaa sitä, että jos uudet teknologiat eivät päädy markkinoille, akkujen teknologinen kehitys hyytyy. Suotuisa hintakehitys voi toki jatkua, ja jos hinnat halpenevat, sähköautoiluun avautuu ihan uusia mahdollisuuksia. Uusien teknologioiden markkinoilletulo voi muuttaa peliä paljonkin, meillä voi oikeasti olla kymmenen tai viidentoista vuoden kuluttua kohtuullisilla kustannuksilla tuotettu sähköauto, jolla pääsee yli 500 km yhdellä latauksella.
Oma valistunut arvaukseni on se, että emme saa sähköautomarkkinoille uusia läpimurtoja seuraavaan kymmeneen vuoteen. Autot kyllä paranevat ja halpenevat, mutta ne jäävät silti ominaisuuksiltaan (hinta/toimintasäde) polttomoottoriautoja heikommaksi.
Nokian venttikympin vakioakku oli kylläkin NiCD alunperin.
http://www.eliaskokoelmat.fi/content/uploads/Nokia2110.jpg
Alkuperäisakun mitoista minulla ei ole tietoa, mutta ainakin se tarvikeakku (NIMH) joka itselläni on vielä jäljellä on paksuudeltaan 8 mm ja painoltaan 105g. Kapasiteetiksi väitetään 800 mAh. Koska tuon ajan akut oli usein rakennettu pyöreistä pariston näköisistä kennoista, olisi kuvaavampaa ottaa verrokiksi yksi 1,2V kenno.
kuruma:
Ehkä asian voisi sanoa ennemmin niin, että teknologai kehittyy toki harppauksin mutta sen jalkauttaminen kestää pitkään. TUntuu silti että jalkauttamisen nopeus on kasvanut. Nyt on tarvetta paremmille akuille jo ihan kännykkä ja tablettipuolella missä tehonkulutus ksavaa kovaa kyytiä. Kehittäjiä on aika paljon ja satsaukset on tänä päivänä valtavia.
AIka pian nähdään uudesta ideasta onko se taloudellisesti kannattava. On hienoja akkuja jotka parempia kuin nykyiset mutta tulevat pirhanan kalliiksi. Ei sellaisilla ole toiveita massamarkkinoilla.
Toinen asia mikä valtavsti kehittynyt ihan jo 10v aikana on akkujen hallintatekniikka. Nykyään prosessorit ei käytännössä maksa mitään ja niitä voi pistää akkupaketin sisään vaikka parikymmentä muutaman euron kustannuksilla.
Kaikka kehittyneet akkutekniikat on herkkiä kennojen epäbalanssille ja niinpä kennoja pitää suojata toisiltaan. Prossuilla tämä on halpa toteuttaa, vaan ei ollut vielä 10-20v sitten.
Lueskelin jokin aika sitten uuduesta kondensaattoritekniikasta missä energiatiheys muistaakseni päihittää jo lyijyakun. Kondensaattori ei käytännössä kulu latauksessa ja purussa kuten akut. Siinäkin on tulollaan läpimurto joka voisi muuttaa hybriditekniikkaa hyvinkin paljon.
Miksihän Toyota käyttää "vanhaa" NiMH tekniikkaa hybrideissään? Ei siinä tosin mitään, luotettavasti nuo ovat toimineet, ei paljoa löydy tarinoita hajonneista akkupaketeista. Onko litium-tekniikka kuitenkin vielä epävarmaa ja Toyota haluaa toki pelata mahdollisimman varmanpäälle.
Sähköautojen kohdalla akuston hinta on hyvin ratkaiseva tekijä. Se tulee laskemaan kun volyymit lisääntyvät. Enemmän uskon silti lähivuosia ajatellen noihin plug-in hybridiratkaisuihin kuin täyssähköautoihin. Kulutusten putoamisen kannalta olenaisinta on se, että auto kulkee muutaman kymmenen kilsaa sähköllä. Suurin osa ajosta on lyhyehköä ajoa, sellaisen kulutusongelmat hoituvat suurelta osin jo nykyisin tarjolla olevalla kalustolla.
kello68:
Kondensaattoriakku voi päihittää lyijyakun per massa, mutta voluumipuolella on vielä haastetta. Käynnistysakku joka täyttää peräkontin mutta painaa vähemmän kuin lyijyakku?
no-kia:
Jos akun koolla ja massalla ei ole olennaista merkitystä, NiMH tarjoaa paremman yhdistelmän luotettavuutta ja edullisuutta. Toyotan hybrideissä akkua ei pureta alle kolmannekseen eikä ladata yli kahteen kolmannekseen. Tämä tekee NiMH-akusta hyvin luotettavan ja pitkäikäisen, eikä hankalamman litiumteknologian käyttöönotto toisi mitään olennaista hyötyä.
Toyotallahan taitaa olla Prius+:ssa litiumakut olennaisesti samassa hybridijärjestelmässä kuin mitä Auris/Prius käyttää. Tämä johtuu siitä, että kolmatta penkkiriviä varten tarvittiin vähän tilaa.
Hybridien akkujen energiatiheys on alhainen, ja litiumakut ovat kuitenkin kovin hankalia käsiteltäviä.
kello68:
BMS:t (akkujenhallintajärjestelmät) ovat teknologisesti monella tavalla hankalia. On ihan totta, että nykyään pieni mikrokontrolleri maksaa massamäärissä kymmeniä senttejä kappaleelta, joten se on paljon halvempi kuin akkukenno. Toisaalta halpoja mikrokontrollereita on ollut jo koko tämän vuosisadan ajan. Akkukennojen parametrien (jännite, lämpötila) mittaaminen ei sinänsä ole iso haaste halvallakaan tehtäväksi, eikä se ole sitä ollut enää vuosiin.
Hommaan liittyy kuitenkin kaksi suurempaa ongelmaa. Ensimmäinen on se, että itse asiassa litiumioniakkujen ideaalista käyttötapaa eri tilanteissa ei tunnisteta. Vaikka varsin tarkasti tiedetään yksittäisten kennojen käytös eri tilanteissa, parametreja on paljon. Kennosta voidaan mitata sen läpi menneet virrat, siinä varastoitu varaus, lämpötila ja jännite. Näistä kaikista pitäisi pystyä päättelemään se, miten kyseistä kennoa optimaalisesti ladataan ja puretaan.
Sitten kun tuo on tiedossa, kennoja pitäisi pystyä kuormittamaan eri tavoin. Ideaalitapauksessa jokaista yksittäistä kennoa voidaan kuormittaa erikseen siten, että kokonaisuuden virranantokyky ja kapasiteetti säilyvät mahdollisimman pitkään mahdollisimman hyvänä. Tämä kuitenkin edellyttäisi esimerkiksi sitä, että joissain tilanteissa energiaa voitaisiin siirtää yksittäisestä kennosta toiseen kennoon, mikä ei olekaan kovin helppo temppu hyvällä hyötysuhteella tehtynä.
Näiden sähköisten asioiden lisäksi myös akuston lämpötilahallinta on tärkeää ja haastavaa. Akku ei pidä kylmästä eikä kuumasta, ja joissakin tilanteissa on järkevää käyttää energiaa akun lämpötilan pitämiseksi järkevänä.
Kehitystä on ollut paljonkin kaikissa näissä kohdissa. Komponenttitekniikan kehitys on siinä suhteessa vähän sivuraiteella, koska ratkaisut on tehtävissä nykyisillä komponenteilla - jos vain ne ratkaisut tunnetaan.
Superkondensaattorit ovat mielenkiintoinen vaihtoehto hybrideille, koska niillä saa pienestä tilasta ison tehon (muttei isoa energiaa) hyvällä hyötysuhteella. Siinä suhteessa ne toimivat sitä paremmin, mitä lähempänä ollaan pelkkää jarrutusenergian takaisinottoa.
Superkondensaattoreilla on kuitenkin ollut sellainen pieni ilkeä taipumus, että mitä lähemmäs ne tulevat akkuja kapasiteetiltaan, sitä lähemmäs ne tulevat akkuja myös ominaisuuksiltaan. Ne eivät enää ole sellaisia mukavia perusfysiikan lineaarisia kondensaattoreita, vaan niillä on kovin monenlaisia omia ominaisuuksiaan. Näyttää kovasti siltä, että tulossa on jonkinlainen jatkumo, jonka toisessa päässä ovat akut, toisessa päässä tavalliset kondensaattorit.
Superkondensaattoreilla on kyllä myös sähköautossa tietty mahdollienn käyttönsä. Niitä voidaan käyttää tasoittamaan akulle tulevia tai akulta lähteviä virtapiikkejä. Tällöin voidaan tehdä auto, jonka akkujen keskimääräinen huipputeho on pienempi, ja akut kestävät paremmin. Jos auton huippunopeus ei ole kriittinen asia, niin sitten voidaan myös moottorit mitoittaa tietyissä rajoissa pienemmäksi ilman huipputehon pudotusta.