WP1 eStorage3

Energy Storages for Electric Vehicles: eStorage3 (VTT)

eStorage3 project has finished but the research is continued in a new Batteries for Business (B4B) project.

During the eStorage3 project, a nationally significant expert, testing, and research network and infrastructure for the energy storages and powertrains of electric vehicles was created. The development of energy storages is crucial for widespread adoption of electric vehicles and mobile machinery.

The technology for energy storages of electric vehicles is developing rapidly. New battery chemistries and size scales bring about new features, like requirements for cooling, heating and battery management systems. Often, these requirements are critical in terms of reliability and safety.

Energy storage: the critical component of an electric vehicle

All electric vehicles have an energy storage, and the expertise and research environment related to these is included in the eStorage3 work package of the ECV. The knowledge useful for all parties is the know-how related to the behaviour of batteries, like

  • design and dimensioning of the battery for each application
  • cooling/heating (thermal management) of batteries
  • battery management systems
  • performance, lifetime, and ageing of batteries
  • reliability and safety of batteries.

Companies will have benefit for their development and purchase operations from the possibility to study new technologies together with researchers and from an opportunity to test energy storages for own products or for customers in relevant duty cycles and/or environmental conditions.

Results from the eStorage3 work package

As a result of the experimental testing done at VTT, we have gathered a battery database consisting of characteristics from close to 150 battery cells from 11 different manufacturers. Four different battery types were tested in different temperatures (-30 to +40 ºC). Calendar life testing was also conducted for four types of batteries. Cycle lifetime testing was done with 18 battery cells and these results will be published in scientific journals.

The wide variety of different cells tested has shown that there are significant differences between battery manufacturers. High quality cell manufacturers are able to produce very homogenous cells whereas some produce low quality cells whose performance varies. The uniform quality of cells is very important when battery packs with hundreds or thousands of cells connected in series and in parallel are built. The more homogenous the cells of the battery pack are the better is the pack performance.

In addition to experimental work, modelling and simulation know-how and tools were developed during the project. A detailed battery model takign into account entropy changes inside the battery was developed in Aalto University. At VTT, the same battery model was simplified to enable fast parametrization for all the cells already included in the battery database. These tools can be used in design and dimensioning of energy storages.

Parties of the work package

Research parties:

  • VTT Technical Research Centre of Finland
  • Aalto University

Companies:

  • ABB
  • Cargotec
  • Celltech
  • Fortum
  • Konecranes
  • Rocla
  • Sandvik Mining and Construction
  • Valmet Automotive

Contacts

Mikko Pihlatie, VTT
mikko.pihlatie@vtt.fi
puh. 020 722 4884

Ville Erkkilä, VTT
ville.erkkila@vtt.fi
puh. 020 722 4590

 


 

Sähköajoneuvojen energiavarastot: eStorage3 (VTT)

eStorage3 projekti tullut päätökseen, mutta energiavarastojen tutkimus jatkuu uudessa Batteries for business (B4B) -hankkeessa.

eStorage3-projektissa onnistuttiin luomaan kansallisesti erittäin merkittävän asiantuntija-, testaus- ja tutkimusverkosto ja infrastruktuuri sähköajoneuvojen energiavarastoille sekä voimalinjojen testaamiselle ja kehitykselle. Energiavarastojen kehittäminen on keskeisessä roolissa, jotta sähköiset ajoneuvot ja työkoneet voisivat yleistyä.

Sähköajoneuvojen energiavarastot ovat teknologisesti nopeasti kehittyvä aihepiiri. Uudet akkukemiat ja suuruusluokat tuovat mukanaan uusia ominaisuuksia, kuten vaatimuksia jäädyttämisestä, lämmittämisestä ja akunhallintajärjestelmistä. Usein nämä vaatimukset ovat luotettavuuden ja turvallisuuden kannalta kriittisiä.

Sähkövarasto: sähköajoneuvon kriittinen komponentti

Jokaisessa sähköajoneuvossa käytetään energiavarastoja, ja näihin liittyvä asiantuntemus ja tutkimus/testausympäristö on ECV:ssä sisällytettynä eStorage3:n yhteyteen. Kaikkia toimijoita hyödyntävää tuotettua tietoa on akkujen käyttäytymiseen liittyvä tietotaito, kuten

  • akuston suunnitteluperusteet ja valinta sovelluskohteeseen,
  • akkujen jäähdytys/lämmitys (lämmönhallinta),
  • akun hallintajärjestelmät
  • akustojen suorituskyky, elinikä ja ikääntyminen
  • luotettavuus ja turvallisuus.

Yritykset hyötyvät kehitys- ja ostamistoiminnoissaan merkittävästi mahdollisuudesta tarkastella uusia teknologioita yhdessä tutkijoiden kanssa ja mahdollisuuksista testata energiavarastoja omalle tuotteelleen tai asiakkaalleen ominaisessa rasituksessa / olosuhteissa.

eStorage3 työpaketin tulokset

VTT:llä suoritetun kokeellisen testauksen tuloksena olemme koonneet akkutietokannan, joka sisältää lähes 150 akkukennon ominaisuudet 11 eri valmistajalta. Neljä erilaista akkutyyppiä testattiin eri lämpötiloissa (-30 - +40 °C) ja myös kalenterielinikätesteja suoritettiin neljälle eri akkutyypille. Syklielinikää testattiin yhteensä 18 eri akulla ja näitä tuloksia tullaan julkaisemaan tieteellisten artikkeleiden muodossa.

Testaamamme laaja kirjo erilaisia akkuja on osoittanut että akkuvalmistajien välillä on merkittäviä eroja. Laadukkaimmat kennovalmistajat pystyvät tuottamaan hyvin tasalaatuisia kennoja kun taas heikompien valmistajien akkujen suorituskyky vaihtelee. Kennojen tasalaatuisuus on hyvin tärkeää kun yksittäisistä kennoista rakennetaan akkupaketteja jossa on satoja tai tuhansia kennoja sarja- ja rinnankytkettyinä. Mitä tasalaatuisempia akkupaketin kennot ovat sitä parempia ovat sen ominaisuudet.

Kokeellisen toiminnan lisäksi projektin aikana kehitettiin mallinnus- ja simulaatio-osaamista ja -työkaluja. Aalto-yliopistossa kehitettiin tarkka akkumalli, joka ottaa huomioon akussa tapahtuvat entropiamuutokset. VTT:llä akkumallia yksinkertaistettiin siten, että mallin parametrisointi onnistuu nopeasti kaikille akkutietokantaan testatuille kennoille. Näitä työkaluja voidaan käyttää energiavarastojen suunnittelun ja mitoituksen apuna.

Akkuteknologia kuitenkin kehittyy vauhdilla ja pysyäksemme mukana kehityksessä tutkimusta jatketaan uudessa B4B-projektissa. Tässä projektissa tutkimme akkujen käytön elinkaarta ja sen hallintaa, turvallisuutta sekä optimaalisen ratkaisun löytämistä.

Työpaketin osapuolet

eStorage3 asiantuntijaverkoston muodostavat:

  • Teknologian tutkimuskeskus VTT
  • Aalto-yliopisto

Mukana olevat yritykset:

  • ABB
  • Cargotec
  • Celltech
  • Fortum
  • Konecranes
  • Rocla
  • Sandvik Mining and Construction
  • Valmet Automotive

Yhteystiedot

Mikko Pihlatie, VTT
mikko.pihlatie@vtt.fi
puh. 020 722 4884

Ville Erkkilä, VTT
ville.erkkila@vtt.fi
puh. 020 722 4590