På norske vinterveier er det mange kjøretøy som drives av batterier.
På noen få år har antallet elbiler skutt i været. Det var registrert under 100.000 elbiler i 2016, viser tall fra Statistisk sentralbyrå (SSB). I 2023 var det godt over 600.000, ifølge Norsk elbilforening.
Flere hundre nye elektriske busser kom til Oslo i løpet av 2023, ifølge TV 2.
En del av bussene har hatt store problemer med grep på det glatte føret i Oslo denne vinteren. Dårligere batterikapasitet og høyere forbruk enn ventet har også vært problematisk, ifølge NRK.
Dette har også folk som har kjørt elbil, fått kjenne: Forbruket er høyere og kapasiteten er dårligere når det er kaldt enn når det er varmt.
Noe av forklaringen ligger i oppvarming. Menneskene og batteriet inne i bilen eller bussen skal gjerne varmes opp, og litt energi fra batteriet må brukes for å produsere varme.
Mange nye elbiler gjør dette med en varmepumpe, som er den mest effektive måten å lage varme på. I en bensin- eller dieselbil blir det skapt svært mye overskuddsvarme når drivstoffet eksploderer i motoren. Dermed får du varme «gratis» som kan brukes til å varme opp kupeen.
Rekkevidde, forbruk og kapasitet påvirkes av mye forskjellig, men en av de viktigste komponentene er hovedbatteriet.
Det vanligste batteriet blir kraftig påvirket av temperatur
Det mest brukte batteriet i dag er varianter av Litium-ionbatteri. Det blir kraftig påvirket av temperatur og liker seg aller best rundt 15-30 grader. Dette er langt unna vanlige temperaturer en norsk vinter.
Den viktigste forklaringen på hvorfor det er mindre kapasitet når det er kaldt, er at det er større elektrisk motstand inne i batteriet.
Litium-ioner flyttes fram og tilbake i batteriet når batteriet lades ut og opp igjen. Denne forflytningen av litiumioner går saktere og er mer tungvint når det er kaldt enn når det er varmt, forklarer Frode Fagerli til forskning.no.
Han er batteriforsker ved Sintef Industri.
Inntil 23 prosent reduksjon
Kjemiske reaksjoner ved både anoden og katoden, og forflytningen av litiumioner gjennom elektrolytten i batteriet, krever mer energi og går saktere når det er kaldt.
Denne økte motstanden kan ha stor effekt.
En studie har vist at kapasiteten ble redusert med rundt 23 prosent når forskerne sammenlignet batteriets egenskaper ved 25 grader og ved -15 grader, ifølge denne samlestudien fra 2020.
Annonse
Frode Fagerli peker på at det er vanskelig med en presis tallfesting fordi det finnes mange forskjellige batterikjemier med forskjellige egenskaper, men han sier det kan være stor forskjell.
Så hva kan man gjøre med dette? Hvordan kan batteriene takle kulda bedre?
Grafikk som viser hvordan et Li-ionbatteri fungerer. Ionene flytter seg fram og tilbake mellom katoden og anoden ettersom batteriet brukes opp eller lades opp. Den flytende elektrolytten hjelper ionene til å bevege på seg.(Foto: Naeblys/Shutterstock/NTB)
Et spørsmål om pris?
Frode Fagerli forteller at det er mulig å endre batterikjemien for å lage et batteri som tåler kulda og bevarer kapasiteten bedre i lavere temperaturer enn mange av dagens batterier gjør.
Dette betyr at man kan bruke andre typer materialer blant annet forskjellige sammensetninger av grunnstoff til å lage batterier med forskjellige egenskaper.
– Det finnes materialer som takler lavere temperaturer bedre, sier Fagerli.
– Problemet er at disse materialene gjerne er dårligere på andre egenskaper.
Dermed blir det et spørsmål om prioriteringer i bruksområdet til batteriet. Et batteri med et snevrere bruksområde kan fort bli veldig dyrt, blant annet fordi det ikke masseproduseres på samme skala som mange av batteriene som sitter i dagens biler.
– Det er ingen som har klart å lage et «Holy grail»-batteri som fungerer bra under alle slags forhold.
Fagerli trekker fram såkalte faststoffbatterier. Dette er batterier med faste materialer som elektrolytt, i motsetning til gele eller flytende som finnes i de fleste batteriene i dag. Disse batteriene kan potensielt gjøre det bedre i kaldt vær.
– Dette er spennende teknologi, men dessverre er ikke dagens faststoffbatterier gode nok til å utkonkurrere væskebaserte batterier.
Annonse
Selv om det skulle produseres batterier som fungerer like bra ved høye og lave temperaturer, tror Fagerli de kan bli uattraktive på grunn av andre egenskaper. Slik som pris.
– Et visst kapasitetstap må man nok forvente på vinteren uansett, sier Fagerli.
For det må brukes mer energi på å varme opp kupeen enn når det er varmere vær. Ellers er det også vanlig å varme opp batteriene, noe flere produsenter gjør i dag.
Han trekker fram styringssystemene som nye elbiler bruker for gjøre batteriene klare for bruk og lading i kaldt vær.
Med godt bygde energipakker og gode styringssystemer, skal det være mulig å begrense energitapet uten å måtte endre batterikjemi, tror Fagerli.
Å takle ti minusgrader ikke viktig i de fleste land
– Man kunne tenkt seg en nordisk batteripakke som var mer tilpasset forholdene her, sier Preben Vie til forskning.no.
Han er batteriforsker ved Institutt for Energiteknikk og har jobbet med batterisikkerhet under kalde forhold, som han har skrevet om i denne kronikken hos Teknisk Ukeblad.
Han tror at mer tilpassede batteripakker kunne gitt både bedre kapasitet og egenskaper i kaldt vær, men også han peker på pris og prioriteringer.
Batteripakka i for eksempel busser kunne vært isolert og dermed holdt bedre på varmen. Dette ville gjøre at batteriene ble mindre påvirket av hva som skjedde på utsiden.
– Men produsentene må alltid vekte hva de vil prioritere. Hvordan batteriet takler ti minusgrader er ikke viktig i de fleste markeder i store deler av verden.
Og dette kan gi problemer på andre måter. Et bedre isolert batteri vil kreve mer effektiv kjøling for å bli kvitt varme i varmere vær, og batterier bør ikke bli for varme. Dette går normalt utover batterihelsen.
Annonse
Er ikke norsk klima så dumt likevel?
En stor oversikt over Tesla-biler i USA viste at batteriene som satt i biler i stater med kaldere klima, hadde høyere restkapasitet enn med biler i varme stater, ifølge elbil24.no.
Preben Vie forteller at dette passer med resultater de har sett i laboratoriet. Jo høyere temperatur batteriene brukes og testes ved, jo kortere er batterilevetiden, forteller Vie.
Dermed er klimaet i Norge kanskje velegnet for å holde på batterikapasiteten.
Vie trekker også fram at andre materialer kan gi mer gunstige egenskaper i batterier i kaldt klima, men som igjen kan gå ut over egenskapene i varme klima. Igjen er det et spørsmål om prioriteringer hos produsentene av elbiler og elbusser.
Små volum tilpasset kaldt klima vil kunne gi så høye priser at ingen likevel kjøper produktet, mener han.
