Akun ikääntyminen

Akun ikääntyminen tarkoittaa ajan, lämpötilan ja käytön aiheuttamaa pysyvää energiavaraston kapasiteetin tai tehontuottokyvyn menetystä.

Sähköautossa ikääntyminen voi näkyä seuraavasti:

Vähemmän käytettävissä olevaa energiaa ja lyhyempi toimintamatka
Suurempi sisäinen vastus
Enemmän kuormituksessa syntyvää lämpöä
Pienempi lataus- tai regeneratiivisen jarrutuksen teho
Pienempi ajo- tai jatkuva teho
Yksi heikko kennoryhmä rajoittaa muuta akkupakettia

Kaikki ladattavat sähköautojen akut ikääntyvät. Nopeuteen vaikuttavat kemia, elektrodien rakenne, akun lämpötila, varaustila, latausteho, akkupaketin jäähdytys, ohjelmistorajat ja ajoneuvon käyttö. Tätä pysyvää menetystä ei pidä sekoittaa talven tilapäiseen toimintamatkan lyhenemiseen tai akkujärjestelmän vikaan.

Mitä akun ikääntyminen muuttaa?

Akun kunto pelkistetään usein jäljellä olevaan kapasiteettiin. Se on tärkeä mutta ei täydellinen kuva.

Kaksi akkua, joiden mitattu kapasiteetin säilyminen on sama, voi käyttäytyä eri tavoin, jos toisen sisäinen vastus on kasvanut huomattavasti enemmän.

Kapasiteetin heikkeneminen

Kapasiteetin heikkeneminen tarkoittaa, että akku varastoi uutena saatua määrää vähemmän käytettävissä olevaa energiaa.

Jos akku esimerkiksi tuotti uutena 80 kWh käytettävissä olevalla toiminta-alueellaan ja tuottaa myöhemmin vertailukelpoisissa testiolosuhteissa 72 kWh, sen mitattu käytettävissä oleva kapasiteetti on pienentynyt 10 %.

Kapasiteetin säilyminen =
Nykyinen mitattu kapasiteetti ÷ Vertailukapasiteetti uutena

Kapasiteetin säilyminen =
72 kWh ÷ 80 kWh
= 90 %

Käytettävissä olevan energian väheneminen voi lyhentää toimintamatkaa, vaikka todellinen muutos riippuu myös ajoneuvon energiatehokkuudesta, säästä, renkaista, nopeudesta ja reitistä.

Vastuksen kasvu ja tehon heikkeneminen

Sisäinen vastus kasvaa tavallisesti akun ikääntyessä.

Suurempi vastus aiheuttaa:

Suuremman jännitteen laskun kiihdytyksessä
Suuremman jännitteen nousun latauksessa
Enemmän lämmöntuottoa
Kennojänniterajojen aikaisemman saavuttamisen
Pienemmän lataustehon
Vähemmän regeneratiivisen jarrutuksen tehoa
Pienemmän huippu- tai jatkuvan ajotehon

Virran, vastuksen ja vastuslämmön suhde on likimäärin:

Vastuslämpö ∝ Virta² × Vastus

Akku voi siis säilyttää suuren osan alkuperäisestä energiakapasiteetistaan mutta heikentyä suuren tehon vastaanottamisessa tai tuottamisessa.

Valmistajat varaavat usein riittävän tehomarginaalin, jotta kohtuullinen vastuksen kasvu ei näy heti. Kapasiteetin menetys voi näkyä toimintamatkan lyhenemisenä ennen kuin kuljettaja huomaa tehon heikkenemistä.

Lataustehon heikkeneminen

Ikääntyneen akun latausvirtaa voidaan joutua pienentämään aikaisemmin, koska kasvanut vastus nostaa kennojännitettä ja lämpötilaa nopeammin.

Mahdollisia vaikutuksia ovat:

Pienempi DC-latauksen huipputeho
Lataustehon aikaisempi pienentäminen
Pidempi latausaika
Aktiivisempi jäähdytys
Suurempi herkkyys kylmälle
Heikommin toistettava lataus useilla pysähdyksillä

Hitaampi lataus ei todista akun ikääntyneen. Myös laturin suorituskyky, akun lämpötila, saapumisvaraustila, tehonjako ja esivalmistelu täytyy huomioida.

Kennojen epätasapaino

Akkupakettia rajoittaa ensimmäinen valvottu kennoryhmä, joka saavuttaa ylemmän tai alemman jänniterajansa.

Jos yksi ryhmä on menettänyt muita enemmän kapasiteettia tai sen vastus on kasvanut enemmän, se voi:

Saavuttaa täyden jännitteen aikaisin latauksessa
Saavuttaa vähimmäisjännitteen aikaisin purkauksessa
Pienentää akkupaketin käytettävissä olevaa energiaa
Aikaistaa lataustehon pienentämistä
Rajoittaa ajotehoa akun ollessa lähes tyhjä

Kennojen tasapainotus voi korjata varaustason eroja, mutta se ei palauta ikääntyneen ryhmän pysyvästi menettämää kapasiteettia.

Tilapäinen toimintamatkan lyheneminen ei ole ikääntymistä

Toimintamatka voi muuttua huomattavasti ilman pysyvää akkuvauriota.

Tilapäisen lyhenemisen syitä voivat olla:

Akun matala lämpötila
Matkustamon lämmitys
Märät, lumiset tai kylmät tiet
Talvirenkaat
Voimakas tuuli
Suurempi moottoritienopeus
Kattoteline tai kattolaatikko
Perävaunun vetäminen
Muuttunut ajotapa
Epätarkka toimintamatka-arvio
Äskettäinen BMS:n uudelleenkalibrointi

Kylmän akun vastus on suurempi, ja se voi saavuttaa alemman jänniterajansa kuormituksessa aikaisemmin. Osa varastoidusta energiasta voi tulla uudelleen käyttöön kennojen lämmetessä tai akun levättyä.

Pysyvä ikääntyminen jää jäljelle, kun lämpötilan, kuormituksen ja varaustila-arvion vaikutukset on huomioitu.

Siksi latauksen jälkeen näytetty toimintamatka ei ole luotettava akun kuntomittaus. Ennustin voi reagoida viimeaikaiseen kulutukseen eikä mitata akun kapasiteettia.

Kalenteri-ikääntyminen

Kalenteri-ikääntymistä tapahtuu ajan kuluessa myös ajoneuvon ollessa pysäköitynä.

Akun ei tarvitse käydä läpi lataussyklejä, jotta kemialliset ikääntymisreaktiot jatkuvat.

Kalenteri-ikääntymiseen vaikuttavat voimakkaasti:

Aika
Kennon lämpötila
Varaustila
Kennojännite
Akkukemia
Elektrodien ja elektrolyytin rakenne

Korkea lämpötila nopeuttaa haitallisia kemiallisia reaktioita. Korkea varaustila pitää monet litiumionikemiat rasittavammassa kennojännitteessä. Lämmön ja pitkäaikaisen korkean varaustilan yhdistelmä on siksi erityisen kuormittava.

Tämä ei tarkoita, että satunnainen lataaminen 100 %:iin olisi välttämättä haitallista. Olennaisempi ero on siinä, saavutetaanko korkea varaustila hetkeksi ennen matkaa vai jätetäänkö ajoneuvo lähes täyteen ladattuna päiviksi tai viikoiksi.

Akun säilytysrasitus eri lämpötiloissa ja varaustiloissa

Kalenteri-ikääntyminen voi johtaa:

Käytettävissä olevan litiumin menetykseen
Elektrolyytin hajoamiseen
Pintakerrosten kasvuun
Sisäisen vastuksen kasvuun
Kaasun muodostumiseen
Energiakapasiteetin pienenemiseen
Lataus- ja purkaustehon heikkenemiseen

Kalenteri- ja sykli-ikääntyminen ovat hyödyllisiä luokituksia, mutta ne eivät ole täysin erillisiä. Monia samoja kemiallisia reaktioita tapahtuu molemmissa, ja syklit voivat luoda olosuhteita, joissa ikääntyminen jatkuu virran katkeamisen jälkeen.

Sykli-ikääntyminen

Sykli-ikääntyminen liittyy akun lataamiseen ja purkamiseen.

Joka kerta kun energia kulkee akun läpi, elektrodit laajenevat ja supistuvat, ionit liikkuvat kennossa ja osa energiasta menetetään lämpönä. Samalla tapahtuu pieniä haitallisia sivureaktioita.

Vaikutus riippuu muustakin kuin latauskaapelin kytkentäkertojen määrästä.

Tärkeitä tekijöitä ovat:

Energian kokonaisläpivirtaus
Purkaussyvyys
Keskimääräinen varaustila
Latauksen C-arvo
Purkausteho
Akun lämpötila
Kennokemia
Syklien välinen lepoaika

Matala sykli kohtuullisissa olosuhteissa ei vastaa syvää suurtehosykliä epäsuotuisassa lämpötilassa.

Vastaavat täydet syklit

Yksi latauskerta ei tarkoita yhtä akkusykliä.

Vastaava täysi sykli eli EFC tarkoittaa kumulatiivista energian läpivirtausta, joka vastaa 100 % akun käytettävissä olevasta kapasiteetista.

Esimerkkejä:

Kaksi 50 prosenttiyksikön sykliä vastaa noin yhtä EFC:tä
Neljä 25 prosenttiyksikön sykliä vastaa noin yhtä EFC:tä
Viisi 20 % kapasiteetista käyttävää sykliä vastaa noin yhtä EFC:tä

Myös regeneratiivinen jarrutus kasvattaa latauksen läpivirtausta.

Geotab käyttää samaa kumulatiivista käsitettä kalustoanalyysissään: 25 % kapasiteetista käyttäminen ja palauttaminen neljä kertaa vastaa yhtä kokonaista vastaavaa sykliä. (Geotab)

Tämän vuoksi EFC on hyödyllisempi kuin pelkkä latauskertojen laskeminen.

Purkaussyvyys ja keskimääräinen varaustila

Purkaussyvyys ja keskimääräinen varaustila kuvaavat erilaista rasitusta.

Purkaussyvyys

Purkaussyvyys kuvaa, kuinka suuri osa akun toimintaikkunasta käytetään syklin aikana.

Esimerkkejä:

70 %:sta 50 %:iin on 20 prosenttiyksikön sykli
80 %:sta 30 %:iin on 50 prosenttiyksikön sykli
100 %:sta 10 %:iin on 90 prosenttiyksikön sykli

Toistuva syvä syklaus voi aiheuttaa enemmän mekaanista ja sähkökemiallista rasitusta kuin matala syklaus, vaikka tarkka suhde riippuu kemiasta ja toimintaikkunasta.

Keskimääräinen varaustila

Kahdella syklillä voi olla sama syvyys mutta eri keskimääräinen varaustaso:

20 %:sta 70 %:iin
50 %:sta 100 %:iin

Molemmat käyttävät 50 prosenttiyksikköä, mutta jälkimmäisessä kennot ovat pidempään korkeassa jännitteessä.

Suurempi keskimääräinen varaustila voi lisätä kalenterirasitusta, vaikka syvyys olisi sama.

Pitääkö sähköauton akun pysyä 20 %:n ja 80 %:n välillä?

Laajalti toistettu 20–80 %:n sääntö on liian yksinkertainen.

Geotabin päivitetyssä kalustoanalyysissä havaittiin vain vähän eroa ajoneuvojen välillä, kun niiden altistus alle 20 %:n tai yli 80 %:n varaustiloille oli vähäistä tai kohtalaista. Selvempi kasvu näkyi vasta ryhmässä, joka vietti näissä ääripäissä yli 80 % kokonaisajastaan. Tämän suuren altistuksen ryhmän keskimääräinen vuotuinen heikkeneminen oli 2,0 %, kun pienemmän altistuksen ryhmissä se oli 1,4–1,5 %. (Geotab)

Tämä ei tarkoita, ettei varaustilalla olisi vaikutusta. Tulokset viittaavat siihen, että pitkä aika lähes täytenä tai tyhjänä merkitsee enemmän kuin akun näiden alueiden satunnainen käyttö.

Useimmille omistajille:

100 %:n käyttäminen ennen pitkää matkaa on normaalia
Kotiin tai laturille saapuminen matalassa varaustilassa on normaalia
Ajoneuvon pitkäaikainen jättäminen lähes täyteen ladattuna ei ole suositeltavaa
Sen jättämistä pitkäksi aikaa lähes tyhjänä pitää välttää
Ajoneuvokohtaiset latausohjeet ovat yleisiä sääntöjä tärkeämpiä

Joillekin LFP-ajoneuvoille myös ohjeistetaan säännöllinen lataaminen täyteen, jotta BMS voi kalibroida varaustilan tarkasti.

Mitä kennon sisällä muuttuu?

Akun ikääntyminen ei ole yksi ainoa reaktio. Useita mekanismeja voi tapahtua samanaikaisesti.

Litiumvarannon menetys

Osa litiumista jää sivureaktiotuotteisiin eikä ole enää käytettävissä tavalliseen liikkumiseen elektrodien välillä.

Merkittävä tekijä on negatiivisen elektrodin kiinteän elektrolyyttirajapinnan eli SEI:n kasvu.

SEI on välttämätön, koska se suojaa elektrodia jatkuvalta elektrolyytin hajoamiselta ja päästää silti litiumionit läpi. Kerroksen muodostuminen ja kasvu kuluttaa kuitenkin aktiivista litiumia ja elektrolyyttiä.

Laboratorio- ja diagnostiikkatutkimukset osoittavat SEI:n kasvusta johtuvan litiumvarannon menetyksen olevan merkittävä varhaisen kapasiteetin heikkenemisen lähde. Joissakin kennoissa sitä seuraa aktiivimateriaalin menetyksen lisääntyminen. (Yhdysvaltain energiaministeriö)

SEI:n paksuuntuminen tai vaurioituminen voi myös kasvattaa sisäistä vastusta.

Aktiivimateriaalin menetys

Osa elektrodista voi lakata osallistumasta akun reaktioon.

Mahdollisia syitä ovat:

Hiukkasten halkeilu
Rakenteelliset faasimuutokset
Elektrodin irtoaminen
Sähköisen kosketuksen menetys
Sideaineen heikkeneminen
Aktiivimateriaalin liukeneminen
Ionireittien tukkeutuminen

Aktiivimateriaali voi edelleen olla fyysisesti kennossa mutta niin huonosti yhteydessä, ettei se enää varastoi ja vapauta ioneja riittävästi.

Akkujen ikääntymistutkimus tunnistaa sekä litiumvarannon että aktiivimateriaalin menetyksen tärkeiksi kapasiteetin ja tehon heikkenemisen syiksi. (Yhdysvaltain energiaministeriö)

Elektrolyytin heikkeneminen

Elektrolyytti ei ole täysin vakaa kennon koko jännite- ja lämpötila-alueella.

Se voi reagoida elektrodien kanssa erityisesti:

Korkeassa kennojännitteessä
Korkeassa lämpötilassa
Vaurioituneilla elektrodipinnoilla
Suurella latausvirralla
Epäpuhtailla tai viallisilla alueilla

Elektrolyytin hajoaminen voi aiheuttaa:

Kaasun muodostumista
Vastuksen kasvua
Litiumin menetystä
Pintakalvojen kasvua
Heikompaa ionijohtavuutta
Kuivia kohtia elektrodirakenteessa

Elektrolyytti ja elektrodien rajapinnat liittyvät tiiviisti toisiinsa. Yhden komponentin vaurio voi nopeuttaa ikääntymistä muualla kennossa.

Litiumin pinnoittuminen

Latauksessa litiumionien pitäisi siirtyä negatiivisen elektrodin rakenteeseen.

Jos litium saapuu grafiittipohjaiselle anodille nopeammin kuin se pystyy sitoutumaan rakenteeseen, pinnalle voi saostua metallista litiumia.

Litiumin pinnoittuminen on todennäköisempää, kun:

Kenno on kylmä
Latausvirta on suuri
Varaustila on korkea
Negatiivinen elektrodi on paksu
Sisäinen vastus on kasvanut
Ionireitit ovat epätasaisia
Kennossa on valmistusvirheitä

Yhdysvaltain energiaministeriön tutkimus tunnistaa suuren latausnopeuden, matalan lämpötilan ja suuren elektrodikuormituksen tärkeiksi pinnoittumisolosuhteiksi. Saostunut litium voi aiheuttaa kapasiteetin menetystä, vastuksen kasvua ja mahdollisesti sisäisen oikosulun. (Yhdysvaltain energiaministeriö)

Osa pinnoittuneesta litiumista voi palautua, mutta osa voi menettää sähköisen yhteyden ja muuttua passiiviseksi kuolleeksi litiumiksi. Tavallinen purkaus ei välttämättä palauta sitä.

Siksi kylmä sähköauto voi rajoittaa DC-latausta ja regeneratiivista jarrutusta voimakkaasti, kunnes akku on lämmennyt.

Mekaaninen vaurio ja piin laajeneminen

Elektrodimateriaalien tilavuus muuttuu ionien siirtyessä niihin ja niistä pois.

Grafiitti kestää liikkeen melko hyvin. Pii voi varastoida paljon enemmän litiumia mutta laajenee latauksessa huomattavasti enemmän.

Toistuva laajeneminen voi:

Halkaista piihiukkasia
Vaurioittaa elektrodipinnoitetta
Katkaista sähköisiä yhteyksiä
Rikkoa SEI:tä
Paljastaa uusia pintoja
Kuluttaa lisää elektrolyyttiä ja litiumia
Lisätä kennon turpoamista

Pii-grafiitti- ja piipainotteiset anodit edellyttävät siksi huolellisesti suunniteltuja hiukkasia, sideaineita, elektrolyyttilisäaineita, huokoisuutta ja paineenhallintaa.

Kalenteri- ja sykli-ikääntyminen vaikuttavat toisiinsa

Kalenteri-ikääntyminen jatkuu ajon ja latauksen aikana, ja syklit muuttavat olosuhteita, joissa kalenterityyppisiä reaktioita tapahtuu.

Esimerkiksi:

Pikalataus nostaa lämpötilaa
Latauksen jälkeinen korkea varaustila lisää jännitteeseen liittyvää rasitusta
Ajo voi lämmittää akkupaketin ennen pysäköintiä
Halkeilleet hiukkaset paljastavat uusia pintoja, jotka reagoivat ajoneuvon levätessä
SEI:n kasvu lisää vastusta ja tuottaa enemmän lämpöä myöhemmissä sykleissä

Jokaista ikääntymisen prosenttiyksikköä ei siksi voi siististi osoittaa joko ajalle tai syklaukselle.

Erottelu on silti hyödyllinen, koska se selittää, miksi sekä vähän ajetuissa vanhemmissa sähköautoissa että paljon ajetuissa uudemmissa sähköautoissa voi olla mitattavaa ikääntymistä eri syistä.

Lämpötila ja ikääntyminen

Lämpötila vaikuttaa lähes kaikkiin ikääntymismekanismeihin.

Korkea lämpötila

Lämpö nopeuttaa kennon sisäisiä kemiallisia reaktioita.

Pitkittynyt korkea lämpötila voi lisätä:

SEI:n kasvua
Elektrolyytin hajoamista
Kaasun muodostumista
Siirtymämetallien liukenemista
Kalenteri-ikääntymistä
Vastuksen kasvua

Geotabin uusimmissa kalustotiedoissa kuuman ilmaston ryhmän ajoneuvot ikääntyivät keskimäärin 0,4 prosenttiyksikköä vuodessa nopeammin kuin leudommissa oloissa olevat. Tutkimuksessa ryhmät määriteltiin yli 25 °C:n päivien osuuden perusteella, eikä yhtäjaksoisesti kylmiä ilmastoja voitu erottaa samalla tavalla. (Geotab)

Aktiivinen jäähdytys pienentää vaikutusta, mutta ei poista kaikkia ilmastojen ja käyttötapojen lämpötilaeroja.

Matala lämpötila

Kylmäsäilytys ei yleensä vastaa kuumasäilytystä. Matala lämpötila hidastaa monia ikääntymisreaktioita.

Suurin huolenaihe on kylmän grafiittipohjaisen kennon liian voimakas lataaminen.

Matalassa lämpötilassa:

Ionien liike hidastuu
Sisäinen vastus kasvaa
Grafiitti vastaanottaa litiumia hitaammin
Kennojännite nousee latauksessa nopeammin
Litiumin pinnoittumisen riski kasvaa

BMS:n pitäisi rajoittaa latausvirtaa tai lämmittää akkua ennen suuren tehon sallimista.

Kylmän sään latausrasitus riippuu siksi voimakkaasti esivalmistelusta, lämmönhallinnasta ja latausohjelmistosta.

Pikalataus ja ikääntyminen

DC-pikalataus kuuluu modernin sähköauton normaaliin suunniteltuun käyttöön. Akku ja BMS on suunniteltu vastaanottamaan sitä määriteltyjen rajojen sisällä.

Vaikutus ikääntymiseen riippuu paljon muustakin kuin laturiin painetusta luvusta:

Akun todellinen teho
Akun kapasiteetti
Latauksen C-arvo
Akun lämpötila
Saapumisvaraustila
Latauskäyrä
Kennorakenne
Jäähdytyksen suorituskyky
Suuren tehon käyttötiheys

150 kW:n lataus vastaa suunnilleen:

1C 150 kWh:n akulle
2C 75 kWh:n akulle
3C 50 kWh:n akulle

Sama laturiteho ei siten aiheuta samaa kennotason rasitusta kaikissa ajoneuvoissa.

Todellisen käytön pikalataustiedot

Geotab jakoi yli 22,700 sähköautoa latauskäytön ryhmiin. Ajoneuvot, joissa DC-latauksen osuus oli alle 12 % latauskerroista, ikääntyivät keskimäärin 1,5 % vuodessa. Useammin DC-latausta käyttäneiden ajoneuvojen keskiarvo oli 2,5 %. (Geotab)

Usein DC-latausta käyttävässä ryhmässä myös latausteholla oli merkitystä:

Latauskäyttöryhmä	Määritelmä	Keskimääräinen vuotuinen heikkeneminen
DC-lataus harvoin	DC-latausta alle 12 % kaikista latauskerroista	1,5 %
DC-lataus usein, pienempi teho	DC-latausta yli 12 %; alle 40 % DC-latauksista yli 100 kW	2,2 %
DC-lataus usein, suuri teho	DC-latausta yli 12 %; yli 40 % DC-latauksista yli 100 kW	3,0 %

Nämä ovat yhdistettyjen ryhmien keskiarvoja, eivät ennusteita tietylle ajoneuvolle. Geotab anonymisoi mallit eikä eristänyt kemiaa, akkupaketin kokoa, jäähdytysrakennetta, ilmastoa ja latauskäyrää kontrolloiduiksi laboratoriomuuttujiksi. Tulokset osoittavat silti aineistossa selvän yhteyden usein toistuvan suurteholatauksen ja nopeamman kapasiteetin menetyksen välillä. (Geotab)

Käytännön johtopäätös ei ole, että omistajien pitäisi välttää DC-latausta. Pikalataus mahdollistaa pitkät matkat ja intensiivisen käytön.

Käytä sitä, kun siitä on käytännön hyötyä. Hitaampi lataus on parempi vaihtoehto, kun auto on joka tapauksessa pysäköitynä useita tunteja eikä nopeasta latauksesta ole etua.

Suuritehoinen ajo ja regenerointi

Suuri purkausteho tuottaa myös lämpöä ja mekaanista rasitusta, mutta vaikutus riippuu kestosta ja lämmönhallinnasta.

Lyhyet kiihdytykset ovat yleensä vähemmän kuormittavia kuin:

Jatkuva ajo suurella nopeudella
Pitkät vuoristonousut
Perävaunun vetäminen
Rata-ajo
Toistuva täydellä teholla kiihdyttäminen

Regeneratiivinen jarrutus lisää latauksen energialäpivirtausta. BMS rajoittaa regenerointia, kun lämpötila, varaustila, jännite tai tehontuottokyky tekee suuresta latausvirrasta sopimattoman.

Useimmilla yksityisomistajilla tavallinen kiihdytys ja regeneratiivinen jarrutus eivät todennäköisesti hallitse akun ikääntymistä. Aika, lämpötila, altistuminen eri varaustiloille ja lataustapa ovat yleensä merkittävämpiä.

Kennokemioiden erot

Kemian nimi ei yksin määrää ikääntymistä, mutta se muuttaa lähtökohtaisia kompromisseja.

NMC, NCA ja NCMA

Nikkelipohjaiset kennot tarjoavat suuren energiatiheyden ja hyvän tehontuottokyvyn.

Niiden ikääntyminen voi olla herkkää seuraaville:

Korkea kennojännite
Korkea lämpötila
Runsasnikkelisen katodin vakaus
Hiukkasten halkeilu
Elektrolyytin hapettuminen
Siirtymämetallien liukeneminen

Valmistajat hallitsevat rasitusta pinnoitteilla, elektrolyyttilisäaineilla, jänniterajoilla, jäähdytyksellä ja BMS-kalibroinnilla.

LFP

LFP tarjoaa yleensä:

Pitkän syklisen käyttöiän
Hyvän lämpövakauden
Hyvän sietokyvyn usein toistuvaan syklaukseen
Pienemmät katodimateriaalikustannukset

Se ei ole immuuni ikääntymiselle.

Myös LFP-kennoissa esiintyy:

SEI:n kasvua
Aktiivisen litiumin menetystä
Elektrolyytin ikääntymistä
Vastuksen kasvua
Kennojen epätasapainoa
Kylmälatauksen rajoituksia

Pitkäaikainen säilytys korkeassa varaustilassa ja lämpötilassa voi silti aiheuttaa vältettävissä olevaa rasitusta.

LFP:n tasainen jännitekäyrä vaikeuttaa myös varaustilan arviointia. BMS:n uudelleenkalibroinnin aikana näennäiset toimintamatkan tai prosenttiluvun muutokset voivat siksi näyttää ikääntymiseltä.

Piitä sisältävät anodit

Suurempi piipitoisuus voi kasvattaa energiatiheyttä, mutta se aiheuttaa myös enemmän elektrodin laajenemista ja toistuvaa pintakalvon vaurioitumista.

Ikääntymistulos riippuu voimakkaasti:

Piipitoisuudesta
Hiukkasrakenteesta
Sideaineesta
Elektrolyyttilisäaineista
Kennopaineesta
Latausstrategiasta

Piin käytöllä mainostetulla akulla ei automaattisesti ole huono kestävyys. Toteutus ratkaisee.

Natriumioni

Natriumionikennoissa käytetään eri elektrodimateriaaleja, ja niiden ikääntymismekanismit eroavat litiumionikennoista.

Mahdolliset kustannus- ja lämpötilakäyttäytymisen edut eivät automaattisesti tarkoita pidempää käyttöikää. Autokäytön pitkäaikaista kenttädataa on edelleen vähän verrattuna vakiintuneisiin litiumionikemioihin.

Natriumionin kestävyyttä koskevat väitteet pitää siksi arvioida tietylle kennorakenteelle eikä yleistää koko teknologiaperheeseen.

Ikääntyminen ei yleensä ole lineaarista

Akku ei välttämättä menetä joka vuosi samaa prosenttiosuutta kapasiteetistaan.

Tyypilliseen käyrään voi kuulua:

Alun asettumisjakso, jossa varhainen menetys näkyy suhteellisen selvästi
Pitkä asteittaisen ikääntymisen jakso
Mahdollinen nopeutuneen loppuiän alue, jota kutsutaan joskus polveksi

Kaikkiin sähköautojen akkuihin ei muodostu selvää polvea ajoneuvon käyttöiän aikana.

Geotab havaitsi, että monet sen aineiston uudemmat ajoneuvot heikkenivät jyrkemmin ensimmäisen vuoden tai kahden aikana ennen tasaantumista. Aiemmasta aineistosta jatkaneista kaikkiaan 11 mallista kahdeksan keskimääräinen vuotuinen heikkeneminen oli tulosten tasaannuttua 1,4 %. (Geotab)

Siksi keskimääräisen vuosiprosentin kertominen ajoneuvon iällä ei anna luotettavaa tulosta:

2,3 % × 10-vuotisjakso ≠ luotettava ennuste 23 %:n menetyksestä

Luku 2,3 % on ryhmäkeskiarvo, ei yleispätevä lineaarisen ikääntymisen laki.

Ikääntyminen ei ole sama kuin akun vika

Akku voi ikääntyä asteittain vioittumatta.

Akkujärjestelmän vian voi sen sijaan aiheuttaa:

Viallinen kenno
Kennon sisäinen oikosulku
Liiallinen itsepurkautuminen
Viallinen kontaktori
Eristysvika
Jäähdytysnestevuoto
Viallinen jännite- tai lämpötila-anturi
Vaurioitunut virtakisko
Viestintävika
Törmäys tai pohjavaurio
Akunhallintajärjestelmän komponenttivika

Akkupaketti voi säilyttää 95 % energiakapasiteetistaan ja vaatia silti korjausta yhden sähkökomponentin vikaannuttua.

Toinen akkupaketti voi toimia normaalisti 80 %:n jäljellä olevalla kapasiteetilla mutta tarjota lyhyemmän toimintamatkan.

Ero vaikuttaa myös takuisiin. Vikatakuu ja kapasiteetin säilymisen takuu eivät välttämättä kata samoja tilanteita.

Miten akun kunto mitataan?

Akun kunnon tarkka mittaaminen on vaikeampaa kuin kojelaudan toimintamatkan lukeminen.

Yleisiä menetelmiä ovat:

BMS:n ilmoittama kuntotila
Hallittu energiapurkaustesti
Valmistajan diagnostiikkamenettelyt
Korjaamon kapasiteettitestit
Energian mittaaminen tunnetulla varaustila-alueella
Kennojännitteiden hajonnan ja vastuksen analysointi
Pitkäaikainen telematiikka-analyysi

BMS:n ilmoittama kuntotila

BMS arvioi akun kuntoa muun muassa seuraavista tiedoista:

Energian läpivirtaus
Virran integrointi
Jännitekäyttäytyminen
Sisäinen vastus
Kennojen epätasapaino
Lämpötilahistoria
Lataushistoria
Akun ikä

Näytetty SOH-prosentti voi tarkoittaa kapasiteetin säilymistä, tehontuottokykyä tai niiden valmistajakohtaista yhdistelmää.

Eri valmistajien SOH-lukuja ei välttämättä voi verrata, koska ne voivat käyttää erilaisia:

Vertailukapasiteetteja
Puskureita
Lämpötilakorjauksia
Testimenetelmiä
Arviointimalleja
”Uuden” määritelmiä

Hallittu energiatesti

Hallitussa kapasiteettitestissä mitataan määritellyllä varaustila-alueella ja tunnetuissa olosuhteissa luovutettu energia.

Hyödyllisessä vertailussa pitää huomioida:

Akun lämpötila
Alku- ja loppuvaraustila
Ajoneuvon apulaitteiden kulutus
Lataus- ja purkaushäviöt
BMS:n kalibrointi
Onko vertailuarvo brutto- vai käytettävissä oleva kapasiteetti?
Akkupuskurit

Korjaamon tai valmistajan sisäänrakennettu testi on tavallisesti luotettavampi kuin ikääntymisen päätteleminen yhdestä latauslaskusta.

Teslan akun kuntotesti

Tuetuissa Tesla-ajoneuvoissa on sisäänrakennettu akun kuntotesti.

Teslan mukaan ajoneuvon pitää olla kytkettynä AC-laturiin, ja prosessi voi kestää jopa 24 tuntia. Testi voi purkaa akun 0 %:iin ja ilmoittaa sitten energian säilymisen verrattuna akun uuteen tilaan. Tesla huomauttaa myös, että näytetty toimintamatka voidaan kalibroida uudelleen testin jälkeen. (Tesla)

Tesla suosittelee testin suorittamista vain, kun akun energian säilymisestä on syytä huoleen.

Tällainen hallittu prosessi eroaa olennaisesti 100 %:n varaustilassa eri päivinä näytettyjen toimintamatkojen vertailusta.

Miksi näytetty toimintamatka on huono kuntotesti?

Täyden latauksen näytetty toimintamatka voi muuttua seuraavien vuoksi:

Viimeaikainen energiankulutus
Lämpötila
Ohjelmistopäivitykset
BMS:n kalibrointi
Vanne- ja rengasyhdistelmä
Ajotila
Sertifiointiarvojen muutokset
Akun ikääntyminen

Jotkin ajoneuvot näyttävät varaustilasta johdetun kiinteän nimellistoimintamatkan, kun taas toiset ennustavat sen viimeaikaisen ajon perusteella.

Pienempi kojelautalukema ei siksi riitä akun ikääntymisen diagnosointiin.

Todellisen käytön tiedot akun ikääntymisestä

Suuret kalustoaineistot tarjoavat hyödyllisen kuvan todellisesta ikääntymisestä, mutta niitä pitää tulkita huolellisesti.

Geotabin vuoden 2026 julkaisu

Geotabin päivitetty vuoden 2026 julkaisu perustuu yli 22,700 sähköauton ja 21 anonymisoidun mallin analyysiin.

Siinä ilmoitetaan:

Kaikkien analysoitujen ajoneuvojen keskiarvo: 2,3 % vuodessa
Kevyet henkilöautot: 2,0 % vuodessa
Monikäyttöajoneuvot, pakettiautot mukaan lukien: 2,7 % vuodessa
Vakaat jatkomallit: keskimäärin 1,4 % vuodessa
Kuuman ilmaston lisävaikutus: noin 0,4 prosenttiyksikköä vuodessa
Usein ja suurella teholla DC-ladattu ryhmä: 3,0 % vuodessa
Harvoin DC-ladattu ryhmä: 1,5 % vuodessa (Geotab)

Geotabin aiemmassa analyysissä ilmoitettiin 1,8 % vuodessa. Nousu 2,3 %:iin ei todista uudempien akkujen olevan huonompia. Geotab selittää eron ajoneuvovalikoimalla, suuremmalla käyttömäärällä, tehokkaammalla latauksella ja suuremmalla määrällä uusia ajoneuvoja, jotka ovat vielä alkuvaiheen heikkenemisjaksossa. (Geotab)

Rajoitukset ovat tärkeitä:

Ajoneuvomallit on anonymisoitu
Kalustokäyttö vaikuttaa voimakkaasti aineistoon
Akkukemiaa ei ole eristetty
Lämmönhallintarakenne ja akkukoko vaihtelevat
Vuosiarvot ovat ryhmäkeskiarvoja
Lukuja ei pidä jatkaa suorina viivoina tulevaisuuteen

Tutkimus soveltuu parhaiten suuntausten tunnistamiseen, ei yhden auton tarkan kunnon ennustamiseen.

Teslan kalustotiedot

Teslan vuoden 2023 Impact Reportin mukaan Model 3 and Model Y -akut olivat menettäneet 200,000 mailin jälkeen keskimäärin noin 15 % alkuperäisestä kapasiteetistaan.

Kyseessä on valmistajan ilmoittama kalustoaineisto eikä riippumaton kontrolloitu tutkimus. Tesla huomauttaa myös, että ajomatka on vain yksi tekijä ja akun ikä vaikuttaa kapasiteetin säilymiseen. (Tesla)

Aineisto on silti hyödyllinen, koska se kattaa paljon ajettuja tuotantoajoneuvoja. Sen ei pidä olettaa edustavan jokaista akkukemiaa, tehdasta, mallivuotta, ilmastoa tai käyttötapaa.

Mitä ikääntyminen merkitsee käytetyn sähköauton ostajalle?

Akun kunto on yksi vanhemman sähköauton tärkeimmistä ominaisuuksista, mutta sitä ei pidä arvioida yksin iän tai matkamittarilukeman perusteella.

Hyödyllisiä tietoja ovat:

Jäljellä oleva käytettävissä oleva kapasiteetti
Valmistajan tai riippumaton SOH-testi
Kennojännitteiden hajonta
Sisäisen vastuksen kehitys
Latauskäyrä
Akku- ja voimansiirtovaroitukset
Takuuhistoria
Korjaus- tai moduulinvaihtohistoria
Ilmasto- ja käyttöhistoria
Pystyykö auto esivalmistelemaan ja jäähdyttämään akun oikein?

Paljon ajetun ajoneuvon akkupaketti voi hyvän lämmönhallinnan ja kohtuullisen akkurasituksen ansiosta olla terveempi kuin vähemmän ajetussa ajoneuvossa, jota on säilytetty kuumassa ilmastossa korkeassa varaustilassa.

Kysymisen arvoisia kysymyksiä

Onko akulle tehty dokumentoitu kuntotesti?
Perustuuko testi mitattuun energiaan vai vain BMS:n arvioon?
Saavuttaako ajoneuvo oikein valmisteltuna edelleen odotetun lataustehon?
Onko kennojännitteissä poikkeavia eroja?
Onko akkupakettia tai jotakin moduulia korjattu?
Siirtyykö takuu seuraavalle omistajalle?
Mitä kapasiteettirajaa takuu käyttää?
Onko ilmoitettu kapasiteetti brutto-, käytettävissä oleva vai nykyinen mitattu kapasiteetti?

Läpinäkyvä akun kuntotodistus on paljon hyödyllisempi kuin kojelaudan valokuva arvioidusta toimintamatkasta.

Mitä kuljettajat voivat tehdä?

Akun ikääntymistä ei voi pysäyttää, mutta tarpeetonta rasitusta voidaan vähentää.

Käytännöllisiä tapoja ovat:

Noudata juuri kyseisen ajoneuvon latausohjeita
Älä jätä akkua pitkäksi aikaa lähes täyteen, kun toimintamatkaa ei tarvita
Älä säilytä ajoneuvoa lähes tyhjällä akulla
Esilämmitä akku ennen suurteholatausta kylmässä säässä
Käytä DC-pikalatausta, kun siitä on käytännön hyötyä
Suosi AC- tai pienempitehoista latausta, kun auto on joka tapauksessa pysäköitynä tuntikausia
Vältä mahdollisuuksien mukaan tarpeetonta pitkäaikaista kuumuutta
Jätä akku kohtuulliseen varaustilaan pitkäaikaissäilytyksessä
Pidä lämmönhallinta- ja latausohjelmisto ajan tasalla
Älä huolestu satunnaisista täyteen latauksista tai tavallisesta pikalatauksesta automatkalla

Omistajan kannattaa käyttää akkua niin, että ajoneuvosta on hyötyä. Jokaisen korkean varaustilan, syvän purkauksen tai pikalatauksen välttäminen voi aiheuttaa enemmän haittaa kuin merkittävää hyötyä akun käyttöiälle.

Käytännöllisiä omistusohjeita on artikkelissa Näin pidennät sähköauton akun käyttöikää.

Mikä merkitsee eniten?

Sähköauton akun ikääntymiseen vaikuttavat yhdessä aika, lämpötila, varaustila, energian läpivirtaus ja akun rakenne.

Tärkeimmät erot ovat:

Tilapäinen toimintamatkan lyheneminen ei välttämättä ole ikääntymistä
Kapasiteetin ja tehon heikkeneminen ovat eri asioita
Kalenteri- ja sykli-ikääntyminen ovat päällekkäisiä
Korkea lämpötila on merkittävä pitkäaikainen rasitustekijä
Kylmä on erityisen merkityksellinen latauksessa
Usein toistuva suuritehoinen DC-lataus liittyy nopeampaan ikääntymiseen mutta kuuluu sähköauton normaaliin käyttöön
Äärimmäisessä varaustilassa vietetty aika merkitsee enemmän kuin sen satunnainen läpäiseminen
Akun ikääntyminen on harvoin täysin lineaarista
Ikääntyminen ei ole sama kuin komponenttivika
Kojelaudan toimintamatka ei ole akun kuntotesti

Modernit sähköautojen akut ovat osoittautumassa yleisesti kestäviksi, mutta yksi prosenttiluku ei kuvaa jokaista ajoneuvoa. Kemia, jäähdytys, kennorakenne, BMS:n kalibrointi, ilmasto ja käyttötapa määräävät kunkin akkupaketin ikääntymisen.

Takuurajoista ja ajoneuvokäytön jälkeisistä vaihtoehdoista kerrotaan artikkeleissa Sähköauton akun takuu ja Sähköauton akun elinkaari, korjaus, uusiokäyttö ja kierrätys.