För den som blir med elbil, gäller det också att lära sig en del om batterier och el. Högvoltsbatterierna skiljer sig mellan bilar i främst kapacitet/storlek (kilowattimmar, kWh), kemi och buffertar.
I grunden sker en nedbrytning (degeneration) av alla batterier, det vill säga de tappar i kapacitet. Batterinedbrytningen sker främst som en följd av ålder, laddnings- och urladdningscykler, kemiska reaktioner och extrema temperaturer. När batterierna degenererar minskar deras kapacitet och effektivitet; de får kortare driftslivslängd och nedgång i prestanda.
Kia EV9 bättre än Tesla Model Y
Lite förenklat tappar batterier mest i början av användningen och mest om man laddar batteriet till 100 procent eller laddar ur det till 0 procent.
Ändå kan olika batteritillverkare och därmed bilmärken ge olika besked om hur mycket man bör ladda eller hur lite laddning man bör lämna kvar i batteriet.
Min utgångspunkt är att vår nya Kia EV9 är bättre på att kunna ladda till 100 procent än vår förra bil Tesla Model Y.
Det stämmer. Jag får det också bekräftat via mejl från Thomas Winbladh, teknisk expert hos Kia, som svarar på mina frågor via en återförsäljare.
– Du kan säga till kunderna att de kan ladda bilarna så som de finner lämpligt för just deras bruk, skriver han.
Håll koll på laddningsnivå (SOC)
För mig och min fru – som i bagaget har fyra elbilar, över 310 000 kilometer och mer än sju års elbilsägande – är batterierna och alla förkortningar fortfarande delvis ett mysterium. Därför bestämde jag mig för att lära mig mer.
Här är några centrala begrepp för högvoltsbatterier (HV-batterier).
• Laddningsnivå, på engelska SOC (”state of charge”). SOC beskriver hur mycket energi, som finns kvar i ett batteri vid en given tidpunkt, vanligen uttryckt i procent: 100 procent är ett fullt laddat batteri och 0 procent ett tomt batteri. SOC mäter tillgänglig batterikapacitet, inte vad som eventuellt finns i buffert ovanför 100 procent och/eller under 0 procent.
• Hälsonivå, på engelska SOH (”state of health”).
• Räckviddsmätning, på engelska DTE (”distance to empty”), ibland kallad ”gissometer”, på engelska ”guess-o-meter” (GOM).
• Batteristyrningssystem, på engelska BMS (”battery management system”).
Kapaciteten minskar med kalenderålder
Batterinedbrytningen har en direkt relation till åldrandet på grund av kemiska reaktioner i batteriet. Batteriets kalenderåldrande är den gradvisa förlusten av kapacitet över tiden.
Denna nedbrytning påverkas av temperaturer och laddningstillstånd under batteriet lagring. Batterier som hålls i höga laddningstillstånd och i varmare miljöer åldras snabbare.
Kapacitetet minskar med antal laddcykler
Batterinedbrytningen har också en direkt relation till antalet laddcykler på grund av kemiska reaktioner i batteriet.
Det är inte bara antalet laddcykler, som påverkar batteriet, utan också hur mycket eller lite laddning batteriet har. Vid laddning till 100 procent eller extremt låg laddnivå (nära noll procent), går nedbrytningen snabbare. Detta beror på att högt laddningstillstånd leder till överdriven spänning, vilket stressar batteriet. Djupa urladdningar belastar den interna strukturen. Detta leder till kapacitetsförlust och värmeuppbyggnad.
Vad är då högt laddningstillstånd? Vanligen anger man en kapacitet på 80 procent, för batteri som står oanvänt en längre tid.
Kapacitetet minskar med värme och kyla
Batterinedbrytningen har även en direkt relation till hög värme eller sträng kyla.
Hög temperatur accelererar kemiska reaktioner, som försämrar batteriets komponenter. Kalla temperaturer kan hindra batteriets förmåga att ladda och ladda ur. Långvarig exponering för extrema temperaturer kan avsevärt förkorta batteriets kapacitet. Detta gäller främst för hög temperatur och inte för kortvarig sträng kyla, som vanligen försämrar prestanda temporärt. Hög temperatur är större problem än sträng kyla, vilket gör att extrema temperaturer är ett litet problem i Norden.
I industriella miljöer kan yttre faktorer som fuktighet, damm och vibrationer påverka batteriets kapacitet. Detta berör dock inte vanliga elbilsanvändare.
Skillnad på olika batterikemi
Det finns olika typer av batterikemi. Gemensamt för alla är att nedbrytningen avtar med ålder. Vanligen varierar nedbrytningen också med faktorer som hur mycket av kapacitet som har använts under en urladdningscykel (DOD), temperatur och laddningsvanor.
Här är de vanligaste högvoltsbatterierna i elbilar och andra elfordon samt deras för- och nackdelar:
• Litiumjon (Li-ion) har en stor fördel att batteriet har maximal output hela tiden, oavsett hur lite kapacitet som finns kvar i batteriet.
• Litiumjärnfosfat (LFP) har snabbare nedbrytning, kortare livslängd och sämre energidensitet än litiumjonbatterier, men är billigare, har högre termisk stabilitet och mindre risk för överhettning. LFP-batterier tappar mer kapacitet vid extremt låga temperaturer. De ska inte laddas till 100 procent mer än då och då för att trimma batteristyrningssystemet (BMS). LFP-batterier mår bättre av stora/långa laddcykler hellre än små/korta.
• Nickelmangankobolt (NMC) har hög energidensitet men har sämre termisk stabilitet. NMC-batterier mår bäst av små/korta laddcykler till skillnad från LFP-batterier, som mår bättre av stora/långa laddcykler. DTE (”gissometern”) är väldigt exakt i NMC-batterier.
• Nickelkoboltaluminum (NCA) har hög energidensitet men har sämre termisk stabilitet.
Det finns ytterligare HV-batterityper men jag nöjer mig med dessa, som dominerar i elbilsvärlden. Eftersom jag skrivit flera artiklar om elbilar jag haft, är det på sin plats att påpeka att Kia har NMC-batterier.
Stresstest av batterier
Tillverkarens rekommendation om laddningsnivåer (SOC) är annorlunda än faktisk rekommendation. Tillverkaren gör omfattande laboratorietester med scenarior och mätdata, som inte stämmer med verkligheten för vardagligt bruk. Vid dessa tester stressas batterierna i förtid under tusentals laddcykler och mycket hög värme (+50 C), ”vilket påskyndar alla kemiska reaktioner exponentionellt”, enligt Thomas Winbladh, Kias expert.
Han skriver att ”HV-batterierna vi har och ser idag användas har alltså ett längre livsspann än bilarna”. Med andra ord: bilens chassi och övriga ickebatteridelar tar slut innan batteriet är ”slut”. Och det senare gäller inte, för det finns ett andra liv för uttjänta bilbatterier, till exempel i mindre fartyg och som hemmalager.
Thomas Winbladh råder Medelsvensson att ladda fullt på destinationsladdare och skriver: ”i batterierna så finns det en buffertzon uppåt och en buffertzon nedåt i vilken den initiala kapacitetsjustering hanteras”. Här kommer också Kia EV9 in med sin ovanligt stora buffert.
Enligt Bilvision.se, som hämtar information från Transportstyrelsen, har Kia EV9 en bruttokapacitet på 105 kilowattimmar (kWh); officiellt uppger Kia den till 99,8 kWh. Enligt Kia är nettokapaciteten 96 kWh. Skillnaden, om Bilvision.se:s uppgift stämmer, är hela 9 kWh. Skillnaden mellan brutto och netto ligger som buffert, för Kia vid framför allt laddning till 100 procent. Därmed ger den Kia EV9 ovanligt bra skydd mot batterinedbrytning.
De allra flesta HV-batterier har buffertar, men buffertarna är olika stora och olika fördelade mellan buffertzon uppåt och nedåt. Buffertarna skyddar batterier mot maximala laddningsnivåer (100 procent) och minimala nivåer (0 procent).
Tre ting att tänka på
Med detta sagt, är det ändå bra att tänka på några saker för högvoltsbatterier, enligt Thomas Winbladh, som jag instämmer i:
1. Undvik att hålla bilens HV-batteri fulladdat (90–100 procent) vid långtidsparkering på flera veckor eller månader. Sikta på spannet 40–60 procent, om möjligt, vid långtidsparkering.
2. Undvik att köra HV-batteriet helt tomt.
3. Ladda helst så mycket som möjligt via destinationsladdare. Växelströmsladdning, AC-laddning, har lägre effekt, ger batteriet mer chans för återhämtning och hanterar temperaturer bättre.
Dessa tre regler gäller oberoende av batterityp.
Fördel med vissa batterier
Batteriets konstruktion ger också fördelar för den som tillverkar batterier ”rätt”. Om något går fel med Kias batterier efter garantitiden och delar behöver bytas, kan en verkstad byta ut enskilda delar. Kostnaden för detta är sammantaget en ”moderat summa”, enligt Thomas Winbladh.
En annan faktor som skiljer är BMS-hanteringen av batterierna. Om tillverkaren har väl genomtänkt termisk hantering av batterierna (vätskekylning/uppvärmning), som innebär att de inte blir för varma eller för kalla vid brukandet, är ju det ett väldigt plus. Här har de flesta moderna elbilstillverkare en bra hantering.
Återvinning, termisk rusning, batteristorlek, hyrbatterier…
Det finns mer att säga om högvoltsbatterier, till exempel hur lätta eller svåra olika batterityper och batterikonstruktioner är att återvinna och olika batterikemiers miljöpåverkan.
Det finns också en del att skriva om brand i batterier och så kallad termisk rusning.
Andra aspekter är batteriers storlek och bilars räckvidd.
Ytterligare frågor är om man ska hyra eller köpa batterier.
Ännu en frågeställning är hur högvoltsbatterier kan användas för att leverera ström till eldrivna maskiner (vehicle to load, V2L), till bostad (vehicle to home, V2H) och till elnätet (vehicle to grid, V2G).
Denna artikel handlar dock inte om detta och annat som rör fordonsbatterier. Artikeln blev lång nog ändå.
Text och foto:
Jörgen Bengtson
Artikeln publicerad 1 december 2024
Uppdaterad 4 december 2024