Jokaisella lienee muistoja elektronisesta vimpaimesta, josta on mennyt akku vaihtoon (tai halvimpien kapineiden tapauksessa koko kapistus vaihtoon) vain muutaman vuoden käytön jälkeen.

Omakohtainen tapausesimerkki löytyy Dellin sinänsä laadukkaasta kannettavasta tietokoneesta, jonka akku kuoli yllättäen vain kolmen vuoden käytön jälkeen. Kun tällaisia tapauksia osuu kaveripiiriin, omasta kokemuksesta puhumattakaan, on helppo tehdä johtopäätös, että sähköauton akun kanssa tulee sama vastaan.

Ihmismieli on siitä erikoinen, että ikävät sattumukset jäävät mieleen. Ennen aikojaan kuollut akku muistetaan, laitteen eliniän kestänyttä ei. Ja kulutuselektroniikan, kuten kameroiden, tablettien ja puhelinten kanssa käy tyypillisesti niin, että laite hylätään pöytälaatikkoon uudemman mallin tieltä, jolloin akun todellinen kesto jää hämärän peittoon.

Kuluttajaelektroniikan ja auton ero

Litiumakun käyttöikään vaikuttaa dramaattisesti se, kuinka suurta osaa akkukennojen kapasiteetista käytetään. Jos akku ladataan aivan täyteen ja puretaan aivan tyhjäksi, kapasiteetti hiipuu nopeammin kuin mitä tapahtuu, jos näitä ääripäitä vältetään.

Kannettavassa kuluttajaelektroniikassa, joka suunnitellaan kestämään käyttöä hinnasta riippuen parista vuodesta useampaan vuoteen – ja jossa akku on tarvittaessa vaihdettavissa muutaman kymmenen euron hintaan, voidaan akku laittaa kovempaan rääkkiin kuin ajoneuvossa, jossa akun osuus kuluttajahinnasta on huomattavasti suurempi.

Litiumakku kestää – tarkemmasta akkukemiasta ja valmistusprosessin laadusta riippuen – suuruusluokaltaan noin tuhat täyttä lataus-purkusykliä ennen kuin sen kapasiteetti on hiipunut noin 70 prosenttiin alkuperäisestä. Koska kuluttaja ei polta päreitään tällaisesta hiipumisesta, voidaan akusta ottaa niin sanotusti kaikki irti, eli ladata se ihan täyteen ja purkaa niin tyhjäksi kuin kennon vaurioitumatta mahdollista.

Jos puhelimen akku puretaan tyhjäksi kerran päivässä ja ladataan sitten täyteen, tuhat lataus-purkusykliä tulee täyteen kolmessa vuodessa. Akun kapasiteetti hiipuu pikku hiljaa, ja jos se alkaa kuluttajaa korpeamaan, hän voi ostaa uuden akun – mikäli puhelin ei sitä ennen päädy elektroniikkaromuun tai lasten leluksi uudemman mallin tieltä.

Ajoneuvokäytössä tilanne on toinen: jos reilun 30000 euron hintaisella autolla pääsee sujuvasti 200 kilometrin päähän mökille yhdellä latauksella ja toimintasäde hiipuisi tästä 30 prosenttia kolmen vuoden käytön jälkeen – eli 140 kilometriin, merkin maine saisi kovan kolauksen.

Tämän johdosta ajoneuvojen akustonhallintajärjestelmä on ohjelmoitu niin, että akun kapasiteetista käytetään vain osa, ei koko kapasiteettia. Esimerkiksi kun auto sanoo kuljettajalle, että akku on tyhjä, siellä on oikeasti vielä 10 % varausta jäljellä. Ja kun akku on täysi, sen ”oikea” varaustaso on vain 95 %.

Kun lisäksi otetaan huomioon, että auton akkua ei ajeta joka päivä tyhjäksi, auton akuston käyttöikä pitenee huomattavasti. Eräässä tutkimuksessa litiumkennoja rääkättiin testerillä, ja saatiin seuraavanlaiset tulokset:

Eli jos akku ladataan aivan täyteen ja puretaan 25 prosenttiin asti, lataus-purkusyklejä saa olla 4500, ennen kuin kapasiteetti on romahtanut alkuperäisestä 100 prosentista edes 80 prosenttiin. Jos oletetaan, että auton akku ajetaan joka päivä sinne 25 prosenttiin ja sitten taas ladataan täpötäyteen, 4500 sykliä tarkoittaa 12 vuotta.

Tässä on huomioitava muutama mutta: testi tehtiin laboratoriossa ja nyt puhutaan oikeasta auton akusta joka on pahemmassa rääkissä lämpötilavaihteiluineen. Lisäksi auton akustossa on useita kennoja kytketty sarjaan ja rinnakkain, mikä ei koskaan takaa täysin tasaista kuormitusta kennoille ja näin ollen kuluttaa niitä enemmän. Ja kolmanneksi, 12 vuodessa akun kapasiteettia puraisee myös ajan hammas.

Varaustilan ääripäiden välttäminen on joka tapauksessa hyväksi akulle. Akun tyhjäksi ajaminen on huono idea, eli autoa kannattaa ladata aina kun se on mahdollista.

Täyssähköauton akun keston maksimoinnin voikin tiivistää muutamaan nyrkkisääntöön:

• Vältä varaustilan ääripäitä. Jos mahdollista, lataa akku tarpeen mukaan vain 80-90 prosenttiin maksimista äläkä aja sitä aivan tyhjäksi.
• Vältä korkeita lämpötiloja. Tätä tulee Suomessa noudatettua kuin itsestään. Ja lähes kaikki autot on varustettu akuston jäähdytyksellä.
• Älä käytä pikalaturia bensapumpun korvikkeena. Pikalataus ei ole akulle niin vahingollista kuin vuosikymmenen alussa peloteltiin, mutta suuri latausvirta rasittaa kennoja hieman enemmän kuin muutaman tunnin kestävä lataus.

Viimeisenä neuvona voisi antaa: älä stressaa. Silloin tällöin voi olla tarve ajaa akku melkein tyhjäksi ja ennen pidempää reissua se kannattaa ladata täpötäyteen. Kaikissa autoissa ei edes ole mahdollista pysäyttää latausta automaattisesti johokin tiettyyn prosenttimäärään ja sen käsin vahtiminen tekee sähköautoilusta kaikkea muuta kuin vaivatonta.

Ladattavissa hybridiautoissa – perinteisistä hybrideistä puhumattakaan – ei käyttäjän kannata murehtia akun varaustilan hoidosta, auto huolehtii siitä itse. Esimerkiksi pistokehybridi Opel Amperassa on 16,5kWh akustosta kuluttajan käytettävissä noin 11kWh. Alimmat 25% ja ylimmät 10% on rajattu pois käytöstä ohjelmistollisesti. Akusto on melko turvallisella alueella varaustason suhteen vaikka sen jättäisi joksikin aika ”tyhjänä” seisomaan.

Litiumakku ei itsepurkaudu tyhjäksi viikoissa eikä edes muutamassa kuukaudessa, mutta pidempiaikaisessa säilytyksessä auto kannattaa jättää johdon päähän. Varsinkin, jos auto on sellainen, että se on koko ajan yhteydessä matkapuhelinverkkoon.

Autoliikkeiden autot pyörähtävät koeajolla sen verran säännöllisesti, että lataustilasta tulee pidettyä huoli niin hybrideissä kuin sähköautoissakin. Jos autoa säilyttää erittäin pitkäaikaisesti niin, että sillä ei ajeta esimerkiksi puoleen vuoteen, kannattaa auto jättää johdon päähän ja säätää varaustilan maksimiksi joku 50 prosentin tuntumassa oleva lukema. Tyypillisesti valmistajat suosittelevat 40 prosentin varausta pitkäaikaissäilytykseen, mutta yhdessäkään tietämässäni ajoneuvomallissa varaustilaa ei voi säätää käsin näin alas (eikä auton näyttämä prosenttimäärä ole täsmälleen sama mikä on akkukennon koko varauskapasiteetin prosenttimäärä – autohan käyttää vain osan kapasiteetista).

No, mikä sitten on se akun käyttöikä?

Lataus-purkaussyklit syövät akun kuntoa, ja mitä täydempään akku ladataan ja syvemmin se puretaan, sitä enemmän se rasittaa akkua. Lisäksi litiumakun kapasiteetti hiipuu vuosien saatossa vaikkei autolla ajaisi metriäkään. Molempia vaikutuksia on tutkittu laboratoriossa, mutta näiden vaikutusten käytännön lopputulos oikeassa autossa selviää vasta, kun nykyaikaiset sähköautot selviävät 10-20 vuoden ikään.

Tällä hetkellä saatavilla olevan parhaan tiedon mukaan jos yrittää arvioida, akku kestää noin 10-15 vuotta ja 200-300 tuhatta kilometriä ajoa, ennen kuin sen kapasiteetti on pudonnut 70-80 prosenttiin alkuperäisestä kuljettajan käytössä olleesta. Tämä edellyttää sitä, että auton akustonhallintajärjestelmä toimii oikein ja akuissa on kunnollinen lämmönhallintajärjestelmä.

Nähtäväksi jää myös se, miten jälkimarkkinat toimivat tämänikäisten autojen kanssa: muutaman tonnin hintaiseen autoon ei kannata vaihtaa usean tonnin hintaista akkua, vaikka auto on sen jälkeen toimintamatkaltaan uuden veroinen, vaan auto kannattaa myydä kauppakassikäyttöön tai kakkosautoksi perheeseen, jolle riittää pieni toimintasäde vaikkapa lasten kuskaamiseen ja työmatkaan.

Vesa Linja-aho, Metropolia-ammattikorkeakoulu

Lähteitä ja lisäluettavaa:

• Tieteellinen artikkeli: Xu, Bolun & Oudalov, Alexandre & Ulbig, Andreas & Andersson, Göran & Kirschen, D.s. (2016). Modeling of Lithium-Ion Battery Degradation for Cell Life Assessment. IEEE Transactions on Smart Grid. 99. 1-1. 10.1109/TSG.2016.2578950.
• Blogikirjoitus: 5 Best Storage and Charging Tips for Extending Lifespan Of Lithium Ion Batteries in Home, Business
• Konferenssiesitelmä: Impact of Fast Charging on Life of EV Batteries
• Tekninen artikkeli: Battery University: How to Prolong Lithium-based Batteries.
• Tekninen artikkeli: Battery University: Fast and Ultra-fast Chargers
• Tekninen artikkeli: Battery University: How to Store Batteries

Huom: Battery University ei ole yliopisto vaan akkutestauslaitteisiin erikoistuneen Cadex-yhtiön ylläpitämä kokoelma laadukkaita teknisiä artikkeleita.