Akun toiminnan mallitus piirisimulaattorilla

Abstract

Kandidaatintyössä mallitettiin litiumioniakun ja nikkelimetallihydridiakun toimintaa LTspice-piirisimulaattorilla. Akkujen mallittamisessa käytettiin kahden erillisen piirin yhdistelmäpiiriä, jonka varauksen mukaan vaihtuvien komponenttien arvot muunnettiin matemaattisesti virtayhtälöiksi ja mallitettiin ohjatuilla virtalähteillä. Piirin napajännite ja lähtöimpedanssiin vaikuttavat komponentit muodostettiin piirisimulaattorin table-funktioilla. Yhdistelmäpiirin toinen osapuoli määrittää akun eliniän ja toinen mallittaa akun ominaisuudet sekä purkuvirran. Akkujen ominaisuuksien tutkimisen sekä parhaan akkumallin valinnan jälkeen tutkittiin akkujen varauskäyriä ja simulaatiossa tarvittavien komponenttien arvoja. Tutkittaviksi purkuvirroiksi valittiin litiumioniakulle 320 mA ja 160 mA ja nikkelimetallihydridiakulle 100 mA ja 300 mA. Simulointi suoritettiin transienttianalyysilla ja tuloksista huomattiin akulle ominaiset piirteet kuten litiumioniakun tasainen virranantokyky sekä nikkelimetallihydridiakun jännitepiikit virran muuttuessa. Akkusimulaatioista näkyi virran vaikutus akun kestoon, ja myös lämpötilan, akun nimellisen kapasiteetin sekä lataussyklien määrät pystyttiin ottamaan huomioon simulaatioissa. Muisti-ilmiötä ja akun elinikää ei pystytty havainnollistamaan testeissä johtuen siitä, että pitkäaikaisia testauksia useille akkuyksilöille ei suoritettu.