Du ladet bilen til 80 prosent i går kveld, i morges står den på 78 prosent. Hurtigladeren som vanligvis tar en halvtime, bruker nå nesten to timer. Og på veien til jobb merker du at batteriprosenten synker raskere enn normalt.
Vi tok en prat med seniorforsker og ekspert på batterier, Fride Vullum-Bruer, for å få litt bedre innsikt i hvorfor batterier oppfører seg som de gjør, og hva vi som brukere kan gjøre for å skåne batteriet best mulig i kulda.
Hva skjer med batteriet i kulda?
Når temperaturen faller, går de kjemiske prosessene i batteriet tregere, og den innvendige motstanden øker. Det betyr at batteriet blir mindre effektivt til å levere energi. Men hva skjer egentlig inni batteriet og hvorfor er litium-ion-batterier spesielt sårbare for kulde?
Seniorforsker ved SINTE Energi, Fride Vullum-Bruer. Foto: SINTEF
– Et batteri kan sees på som et system, der litium-ioner må bevege seg fritt frem og tilbake mellom to sider (mellom anoden og katoden) for å produsere strøm. Ionene flyter i en væske – elektrolytten. Når det blir kaldt ute blir denne væsken både seig og treg, nesten som honning. I verste fall kan den stivne helt. Da får litium-ionene problemer med å bevege seg, og strømmen vil ikke komme like lett ut, forklarer Vullum-Bruer.
Hun legger også til at batteriet kan «gi opp» tidligere når det er veldig kaldt:
– Batterispenningen faller raskere i kulda, og når den når et visst nivå, det vi kaller «cut-off», vil batteriet stoppe, selv om det fortsatt er energi igjen. Det er en beskyttelsesmekanisme for at batteriet ikke skal ta skade.
Her er forskerens seks råd for vinterbatteriet:
- Forvarm bilen mens den lader, ikke etter.
- Ikke lad batteriet mens bilen er kald, men lad like etter du har vært ute og kjørt slik at batteriet er varmt.
- Unngå å lade til 100 prosent på daglig/ukentlig basis, stopp ved 80-90 prosent.
- Bruk ratt- og setevarme i stedet for kupévarme, siden disse trekker mindre strøm.
- Unngå mye småkjøring når det er veldig kaldt ute.
- Legg gjerne inn et kjapt og effektivt ladestopp mer enn planlagt hvis du er i tvil om strømmen rekker hele veien.
Det handler ikke bare om varmeapparatet
Mange tror kanskje at rekkeviddetapet om vinteren hovedsakelig skyldes at vi kjører med varmen på. Det stemmer ikke helt. Selv om oppvarming av kupéen bruker energi, er den viktigste årsaken til redusert rekkevidde at batteriet blir kaldt og at prosessene går tregere.
Men hvor mye energi går egentlig med til forvarming og til å holde bilen varm under kjøring?
– Hvor mye energi som går med til å varme bilen, og hvor stort energitapet er under kjøring, avhenger blant annet av bilens størrelse, batterikjemi og ikke minst om hvor kaldt det er ute. Jo kaldere det er, desto større blir energitapet. For en nyere elbil på størrelse med en Tesla Model 3 eller Y, går det typisk rundt 0,5 til 1,5 kWh med til forvarming. I tillegg brukes det gjerne 1-2 kWh per time for å opprettholde varmen under kjøring, forklarer SINTEF-forskeren.
Tallene viser at oppvarming av bilen står for en relativt liten del av det totale energiforbruket, spesielt sammenlignet med effekten kulden har på selve batteriet.
– For et batteri på rundt 75 kWh tilsvarer dette et energitap på omtrent 2-5 prosent. Energiforbruket til rattvarme og setevarme er en størrelsesorden mindre enn dette igjen. Til sammenligning kan selve batteriet miste 20-50 prosent av normal rekkevidde når utetemperaturen er rundt minus 20 grader, legger hun til.
Unngå å lade et iskaldt batteri
Når er det best å lade da? Skal man sette bilen på lading over natta eller er det greit å hurtiglade på tur til jobb dagen etterpå?
Generelt går lading raskere når batteriet har nådd driftstemperatur. Derfor kan det være lurt å lade når du kommer hjem fra en tur, i stedet for å vente til neste morgen. Ved hurtiglading med et iskaldt batteri kan det nemlig ta lang tid før ladeeffekten kommer opp, fordi batteriet først må varme seg selv opp.
Vullum-Bruer forklarer at lave temperaturer påvirker alle prosesser i batteriet, også selve ladeprosessen:
– Som allerede nevnt, går alle prosesser i batteriet tregere når det er kaldt. Dette gjelder også for lading. Li-ionene transporteres mye saktere ved lave temperaturer, og derfor er det lurt å lade når batteriet allerede er varmt.
Hun understreker samtidig at lading i kulde, og da særlig hurtiglading, i enkelte tilfeller kan være skadelig for batteriet.
– Forvarming av bil og batteri vil redusere energitapet når det er kaldt ute. Forskning viser også at batteriet lever mye lengre dersom man ikke konstant lader til 100 prosent.
– Det som kan skje, er at Li-ionene legger seg på overflaten av anoden som metallisk litium, i stedet for å gå inn i materialet og lagres mellom grafittlagene. Dette kalles plettering og fører til tap av aktivt litium.
Over tid kan dette gi mer alvorlige konsekvenser.
– Det kan også dannes såkalte dendritter, som kan føre til kortslutning i batteriet. I verste fall kan dette føre til at batteriet begynner å brenne.
Det handler om å hindre energitap
Samtidig peker Vullum-Bruer på flere tiltak som kan bidra til å redusere belastningen på batteriet, særlig nå i vinterhalvåret.
– Forvarming av bil og batteri vil redusere energitapet når det er kaldt ute. Forskning viser også at batteriet lever mye lengre dersom man ikke konstant lader til 100 prosent.
Hun forklarer at lengst levetid oppnår man når batteriet opereres innenfor et relativt smalt spenn, noe som jo i praksis kan være krevende å opprettholde.
– Lengst levetid får man dersom batteriet opereres mellom 40 og 60 prosent. Dette er generelt ikke veldig praktisk i hverdagen. Men om man klarer å holde batteriet mellom 20 og 80 prosent vil levetiden på batteriet øke betraktelig sammenlignet med å konstant lade til 100 prosent.
Dette gjelder uavhengig av temperaturen ute, men blir ekstra viktig i kulda.
– Da skal man være spesielt nøye med at batteriet ikke står lenge fullt oppladet. Dersom bilen ikke benyttes over en lengre periode, bør batteriet være ladet til mellom 40 og 60 prosent.
Dette står i kontrast til bensin- og dieselbiler, der full tank ofte anbefales for å redusere kondens.
Bedre batterier i sikte?
Hva er status på forskning når det kommer til el-bil batterier? Kommer det batterier som tåler kulde bedre, og når kan man forvente at dette skjer?
Vullum-Bruer peker på at det er mye forskning på nye løsninger, men at veien fra lab til vei kan være lang.
– Det pågår svært mye forskning på ulike batteriteknologier, og ikke alle er like modne eller er relevante for elbiler. Den mest lovende teknologien for bedre EV-batterier, ser nå ut til å være faststoff-batterier (eller semi-faststoff) hvor den flytende elektrolytten byttes ut med en fast (eller semi-fast) elektrolytt.
– Det har lenge vært snakk om denne teknologien uten at den har kommet på markedet. Men flere kinesiske aktører har nå annonsert at de forventer oppskalert produksjon i løpet av de neste ett til tre årene.
Blant annet så har den kinesiske bilprodusenten FAW har nylig avduket sin første prototype bil med faststoff-batteri. Hongqi unveils first prototype with solid-state battery – electrive.com. Utviklingen tyder på framgang, men det vil fortsatt ta tid før slike batterier blir en del av hverdagen for vanlige elbilister.
Om og når ny batteriteknologi får betydning for elbilmodellene som er på markedet, vil avhenge av videre testing, produksjon og kommersiell modning. Inntil videre er det derfor dagens batteriteknologi som setter rammene for hvordan elbiler bør brukes, særlig i vinterhalvåret, ifølge forskeren.
Batteripakke brukt i en Nissan Leaf. Foto: Daniel Albert, SINTEF Energi
