Med litiumionebatteriets inntog i elbilverdenen, har bilene blitt mer praktisk enn tidligere.
Hurtiglading har gjort det mulig å i langt større grad bruke bilen slik man bruker en bil med forbrenningsmotor.
Litiumionebatterier
I moderne elbiler brukes stort sett litiumionebatterier. Den store fordelen med den kjemiske sammensetningen av disse er at de har høy ladekapasitet og høy virkningsgrad.
Batteripakken i en elbil har imidlertid ulempen at den over tid vil tape kapasitet. Det er som om tanken på en bensinbil skulle krympe i størrelse med årene.
Det er en utvikling du selv kan bidra til å påvirke. Batteriene i bilen din kan vare langt utover garantiperioden bilfabrikanten gir.
Da må de behandles riktig, først som sist. Et nytt batteri kan fort bli kostbart, selv om prisene faller.
Les mer: Slik fungerer litiumionebatterier
– Kan holde i ti år
– Man kan forvente at moderne litiumbatterier, hvis de blir brukt rett, har en levetid på i hvert fall ti år, forteller Magnus S. Thomassen, seniorforsker ved SINTEF Materialer og Kjemi.
– Men hva levetiden på et batteri er, er et veldig komplekst bilde.
Elbilbatterier består, som batterier i telefoner og PC-er, av flere celler. Endringer i cellene vil over tid føre til at kapasiteten til å lagre energi vil bli dårligere.
Det er en uunngåelig prosess.
– Det er to ting man kan skille mellom: Kapasiteten, og motstanden i cellen. Det er to parametere som er viktige å ha for seg, forklarer Thomassen.
Kapasitet er hvor mye energi batteriet kan lagre, men kapasitet går tapt internt på grunn av motstand i cellen. Begge deler degraderes over tid, altså går motstanden opp og kapasiteten ned. Om en av delene varierer for mye, vil batteriet få problemer, og du vil oppleve at rekkevidden på bilen din går ned.
Les også: Bli med inn i denne helt unike Tesla-en
Litium blir utilgjengelig
– Det som skjer inni batteriet er at mengden med litium som kan flyttes fra anoden til katoden og tilbake igjen, går ned. Karbon, som brukes i anoden, er ikke stabilt i seg selv når det kommer i kontakt med elektrolytten i batteriet. Da danner det seg en skorpe på karbonet, kalt «solid electrolyte interface» på fagspråket, som gjør at videre reaksjon med elektrolytten ikke skjer. Litium kan gå igjennom denne skorpen, men når du sykler batteriet sprekker skorpen litt opp og skaller av, så får en ny og frisk overflate med karbon tilgang til elektrolytten. Når dette skjer brukes litt av litiumet i battericellen, som binder seg til karbonet, og dermed ikke kan brukes til å lagre mer energi, forklarer Thomassen.
Også ved katoden i cellene foregår det prosesser som over tid degraderer kapasiteten.
Katoden er ofte et metalloksid som har en krystallstruktur litiumatomene skal trenge inn i. Når dette skjer endrer størrelsen på krystallstrukturene seg, og ved utlading og opplading vil denne utvide seg og trekke seg sammen.
Det kan da oppstå sprekkdannelser, og deler kan falle av. Da forsvinner kontakt med resten av elektroden, og området blir dødt og utilgjengelig.
Se bildene: Her er Tesla Model X på veien i California
Enkeltceller kan bli ødelagt
Det kan også tenkes at enkeltceller i batteriet må byttes ut i bilens levetid. Det kan skyldes katastrofale svikt i cellen. Dette kan oppstå om batteriet ikke brukes riktig. Det kan for eksempel bli mye gassutvikling i batteriet.
– På anoden kan litium legge seg som litiummetall på utsiden. Når det skjer dannes «fingre» som vokser inni batteriet. Det er lettere for litium å sette seg på en spiss enn det er å lage et flatt lag. Da blir det fort lange tråder som kan vokse gjennom batteriet og kortslutte batteriet internt.
Korrosjonsreaksjoner, strukturendringer, reaksjoner med elektrolytten og gassutvikling kan alt forårsake små tap i batterikapasitet.
Les også: Volvo tør bare produsere 100 av denne elbilen
Du kan påvirke batteridegraderingen
Det kan kanskje virke som en håpløs kamp mot tiden, men du kan selv sørge for å ta noen grep for å bremse utviklingen. Blant annet er temperatur en viktig faktor her.
Alle kjemiske reaksjoner i batteriet øker eksponensielt med temperatur, forklarer Thomassen. Derfor er det viktig å holde temperaturen på batteriet lav. Et litiumbatteri bør helst ikke bli varmere enn 35 grader.
Det ble tydelig for noen år siden, da eiere av Nissan Leaf i Arizona i USA opplevde at bilene deres tapte batterikapasitet i et alarmerende tempo. Leaf har ikke aktiv batterikjøling i form av væskekjøling slik for eksempel Tesla bruker, eller luftkjøling slik blant andre Renault bruker.
Nå har vi ikke i nærheten av de samme temperaturene i Norge som i Arizona. Våre gjennomsnittstemperaturer er generelt fordelaktige for oppbevaring av litiumbatterier.
Det kan likevel være verdt å tenke over. For eksempel om bilen står i en garasje som varmes opp av sola hele dagen. Da kan du få ufordelaktige høye omgivelsestemperaturer.
Les også: Nå blir det vanskeligere å få bilen gjennom EU-kontrollen
Bruk øker temperaturen
Batteritemperaturen vil også gå opp med effektuttaket. Om du for eksempel kjører lange strekk på motorveien, og bare stopper for å hurtiglade, er det ikke sikkert at batteriet klarer å kjøle seg tilstrekkelig ned.
En gang i blant, selv ukentlig, har ikke dette så mye å si. Det er gjennomsnittlig temperatur som er viktig, forklarer Thomassen.
– Det har mye å si hvor mye du lader batteriet også. Lar du batteriet stå i høy temperatur med høy spenning, altså høy lading, så er det verre enn høy temperatur og lading til halv kapasitet.
Les også: Hvordan gjør man batteriene billigere og bedre?
Pass også på lave temperaturer
I Norge er vi kanskje mer plaget av lave temperaturer enn høye de fleste steder. Fabrikantene advarer som regel mot begge deler, med god grunn.
Du har kanskje merket at hurtiglading ofte ikke går så raskt i lave temperaturer. Det skyldes kontrollsystemer i bilens batteristyring. I lave temperaturer oppstår nemlig litiumfelling lettere enn ved høye temperaturer. Dermed kan forvarming være en fordel før batteriet lades.
Mange biler i salg i Norge er tilpasset vårt klima, og leveres med batterivarmer. Det gjelder blant annet Tesla Model S, BMW i3, Renault Zoe og nordisk utgave av Nissan Leaf.
Du trenger imidlertid ikke bite negler om du må forlate bilen i bitende kulde på flyplassen når du setter av gårde til syden.
– Veldig lav temperatur har ikke så mye å si for levetiden om du ikke bruker batteriet. Om du lar batteriet stå ved 15-20 kuldegrader og ikke bruker det, så har det ikke så mye å si, sier Thomassen.
Stor oversikt: Stor oversikt: Her er rekkevidden til alle elbilene du kan kjøpe i Norge
Hurtiglading er som regel greit
En skulle kanskje tro at hurtiglading ville slite ut batteriene raskere på grunn av hardere belastning.
Både Nissan og Volkswagen anbefaler at du minimerer bruken av hurtiglading i brukerhåndbøkene til Leaf og eUp. Andre har ingen slike advarsler.
Det er likevel ikke nødvendigvis slik at hurtiglading generelt er noe du bør unngå. Her gjelder det å undersøke anbefalingene fra fabrikanten.
Noen batterier er designet for høyt energiinnhold, og egner seg ikke så bra til å bli hurtigladet, mens andre er designet for høye opp- og utladingshastigheter, forklarer Thomassen, men presiserer at han ikke har inngående kjennskap til hvilke batterityper de forskjellige fabrikantene bruker.
En grunn til at noen fabrikanter, som Renault og Tesla, ikke uttrykkelig fraråder hyppig hurtiglading kan være at de har reservert litt mer kapasitet i batteriet som en sikkerhetsmargin.
Dermed vil ikke eventuelle degraderinger av cellene ha så mye å si, og de vil kunne garantere en viss kapasitet etter for eksempel åtte år.
Nyere forskning kan tyde på at hurtig opp- og utlading ikke har så mye å si for degradering av litiumbatterier. Blant annet viste resultater fra en gruppe fra blant annet Standford Institute for Materials & Energy Sciences i fjor høst at hurtige sykluser ikke degraderte cellene i spesielt stor grad. Det gjensto imidlertid å teste dette ut i stor skala.
– Jeg vil ikke si at hurtiglading er en veldig stor problemstilling. Da vil jeg heller si at det har mer å si at du forsøker å unngå å parkere bilen din et sted du vet har høy gjennomsnittstemperatur, og at du ikke lader batteriet ditt helt fullt eller helt ut hvis du ikke trenger det. Det er helt greit å lade det helt ut og så helt opp igjen ganske fort, men å la det stå fullt utladet eller fullt oppladet har nok mer å si enn at du hurtiglader batteriet, sier Thomassen.
Test av elmotorsykler: TU tester elmotorsykler: «Herre min hatt, så morsomt!»
Middels kapasitet er bedre enn full kapasitet
Hvordan du lader batteriet har nemlig en del å si for hvor raskt det slites ut. Høy gjennomsnittlig spenning vil degradere batteriet raskere. Det samme gjelder lav spenning. Det beste er å ligge på omtrent halvt oppladet batteri så mye som mulig.
Bruker du bilen lite, og du sjeldent havner under omtrent 70 prosent kapasitet, bør du vurdere å lade sjeldnere eller sette kapasiteten til 80 prosent, slik du kan på en del modeller. Så kan du heller lade batteriet helt opp når du har behov for hele den tilgjengelige kapasiteten.
– Nissan har en «long life mode» som lader batteriet til 80 prosent, og anbefaler at hvis batteriet er nær full kapasitet så skal du unngå å lade, mens andre fabrikanter, som Tesla, anbefaler at du alltid plugger i. Det virker som om det er litt forskjellige råd ute og går?
– På Tesla kan du aktivere og deaktivere såkalt «Range Mode», og sette en øvre grense for hvor mye du vil lade. Selv om bilen er plugget i, betyr ikke det at batteriet er ladet 100 prosent. Det som er spesielt med Tesla er at de har et veldig aktivt overvåkningssystem for batteripakken, så den bruker ganske mye strøm, også når den står parkert. Den overvåker hele tiden og regulerer temperaturen ved behov. Derfor tror jeg de gjerne vil at du skal plugge den i, ellers reduseres jo batterikapasiteten når bilen ikke brukes. De andre har kanskje ikke et slikt system, og trenger ikke nødvendigvis å plugges i så ofte.
Les også: Sjekk ut den elektriske Bobla
Batteriet lades aldri til full kapasitet
Alle biler har imidlertid ikke mulighet til å sette en begrensning på hvor mye batteriet skal lades. Det betyr ikke nødvendigvis at du degraderer batteriet raskere. I disse tilfellene lades batteriet ikke til mer enn omtrent 80 prosent, forklarer Thomassen.
– I de aller fleste bilene, trolig alle, så er den virkelige kapasiteten til batteriet i hvert fall ti prosent, kanskje så mye som 20 prosent høyere enn det som blir brukt. Både fordi degraderingen da reduseres, og fordi du får en buffer som gjør at kapasiteten du opplever du har ikke vil variere på en god stund.
– La oss si at det er lineær degradering, og man mister to prosent pr år, og du har 20 prosent ekstra kapasitet. Da vil man oppleve at man har omtrent akkurat samme kapasitet etter ti år. Men egentlig har batteriet tapt 20 prosent av sin virkelige kapasitet, forklarer Thomassen.
Les også: Slik får du maksimalt ut av mobilbatteriet
Alt har sin ende
Når bufferen er brukt opp, vil du imidlertid plutselig kunne oppleve at kapasiteten forringes raskere og raskere. Da går det mot slutten for batteripakken, og du opplever kortere rekkevidde. I de fleste tilfeller vil du sannsynligvis være utenfor produsentens garantiperiode.
Om du skal sørge for at batteriet varer så lenge som mulig, bør du altså tenke over temperatur, og sørge for å holde spenningen på batteriet forholdsvis stabil. Ikke lad batteriet helt ut for ofte, og ikke la bilen stå med fullt batteri over lengre perioder.
Generelt anbefales det at du klattlader, altså lader litt nå og da. Det er ifølge Thomassen veldig bra for litiumbatteriene.
Våren har kommet, sier du? Våren har kommet: Her er en ni meter høy brøytekant
