Sådan fungerer et litiumbatteri i en el- eller hybridbil

Grundprincippet er enkelt: Litiumioner bevæger sig frem og tilbage mellem to elektroder, og intet forbruges undervejs. Det, der alligevel slider, er temperatur, højt ladeniveau og kraftige strømme – ikke selve kilometerstanden. Derfor afhænger et batteris tilstand mere af, hvordan bilen er blevet brugt, og hvilken cellekemi den har, end af kilometerstanden.

Grundprincippet: Opladning er litiumioner i bevægelse

Et litium-ion-batteri lagrer ikke elektricitet i sig selv. Det lagrer energi ved at flytte litiumioner mellem to elektroder. Under opladning bevæger ionerne sig fra katoden til anoden, hvor de indlejres i et grafitmateriale. Under afladning bevæger de sig tilbage, og elektronerne tvinges da gennem bilens elmotor. Intet forbrændes, og intet forbruges. I teorien kan det fortsætte uendeligt.

I praksis gør det ikke. Hver gang ionerne bevæger sig, sker der små sidereaktioner ved elektroderne. En del af litiumet bindes permanent i et lag på anodens overflade, det såkaldte SEI-lag. Laget er nødvendigt for, at batteriet kan fungere, men det vokser langsomt gennem hele batteriets levetid, og hver vækst binder litium, som dermed tages ud af kredsløbet. Det er den vigtigste enkeltstående årsag til, at kapaciteten falder med årene.

Processens hastighed styres især af temperaturen, hvor højt et ladeniveau batteriet holdes på, og hvor kraftige strømme der trækkes. Derfor kan det samme batteri ældes dobbelt så hurtigt hos én ejer som hos en anden.

Fra celle til modul til batteripakke

En enkelt celle leverer kun 3–4 volt. For at drive en bil kræves der flere hundrede volt og adskillige kilowatt-timer, så cellerne forbindes i to trin.

Celler serieforbindes for at hæve spændingen og parallelforbindes for at øge kapaciteten. En typisk batteripakke til en personbil ligger på 350–450 volt, mens nyere platforme bruger 800 volt. Den højere spænding gør det muligt at overføre samme effekt med lavere strøm, hvilket giver mindre varmeudvikling og muliggør hurtigere opladning uden tykkere kabler.

Omkring cellerne findes to systemer, der er mindst lige så vigtige som selve cellerne: temperaturstyringen og styreelektronikken. Kølekanaler eller køleplader holder cellerne inden for deres ideelle interval på cirka 15–35 °C. I kulde opvarmes pakken i stedet før hurtig opladning. Det er det, forkonditionering betyder. Et batteri, der ofte arbejder uden for sit temperaturvindue, ældes mærkbart hurtigere.

Konstruktionen varierer også mellem producenter. Traditionelt bygges pakken af udskiftelige moduler. Stadig flere nye modeller bruger i stedet cell-to-pack, hvor cellerne limes direkte ind i en bærende struktur. Det giver lavere vægt og mere energi pr. liter, men gør reparation på modulniveau vanskelig eller umulig. For den, der køber brugt, er det et relevant spørgsmål: Kan batteriet repareres delvist, eller skal hele pakken udskiftes?

NMC eller LFP: Kemien bestemmer egenskaberne

Næsten alle forskelle mellem batterier handler om, hvad katoden er fremstillet af. To kemier dominerer markedet i dag.

LFP er gået fra at være et nichevalg til at udgøre omtrent halvdelen af den globale batterikapacitet til elbiler. For brugtbilsmarkedet betyder det, at andelen af biler med lang cykluslevetid og lavere følsomhed over for fuld opladning stiger år for år.

En praktisk konsekvens er mindre synlig, men vigtig: LFP har en meget flad spændingskurve. Mellem cirka 20 og 90 procent opladning ændrer cellespændingen sig næsten ikke. Det gør det sværere for bilens system at afgøre, hvor fuldt batteriet faktisk er, og derfor beder LFP-biler med jævne mellemrum om en fuld opladning for at kalibrere sig. Af samme grund er det mere krævende at måle batterisundhed på LFP, fordi spændingen alene afslører mindre.

BMS: Batteriets styresystem

Oven på cellerne sidder et Battery Management System. Det er BMS'et, der gør forskellen på en samling forbundne celler og et køretøjsbatteri.

• Celleovervågning. Spænding og temperatur måles kontinuerligt, normalt for hver cellegruppe.
• Balancering. Celler ældes forskelligt. BMS'et udligner forskellene; ellers begrænses hele pakken af den svageste celle.
• Temperaturstyring. Starter køling eller opvarmning og begrænser effekten, når temperaturen ligger uden for det sikre interval.
• Beskyttelse. Afbryder eller begrænser ved overspænding, underspænding, for høj strøm eller for høj temperatur.
• Estimering. Beregner ladeniveau (SoC) og batterisundhed (SoH). Ingen af delene kan måles direkte. Begge er beregnede værdier.

Det sidste punkt er værd at dvæle ved. Når bilen viser 62 procent opladning, er det et skøn baseret på spænding, strømtælling og en model af, hvordan netop dette batteri opfører sig. Det samme gælder batterisundheden. Estimatet kan drive over tid, især hvis bilen sjældent oplades til yderpunkterne, og forskellige producenter beregner på forskellige måder. Derfor bør en sundhedsværdi altid ledsages af oplysninger om, hvordan den er beregnet.

Hvad det betyder i praksis

Til dig, der kører bilen

• Undgå at lade bilen stå længe med 100 procent opladning, især i varme. For NMC er 20–80 procent et godt niveau til hverdagsbrug. LFP tåler fuld opladning og har indimellem brug for den.
• Hurtig opladning er ikke skadelig i sig selv, men bør ikke være standarden. Forskellen viser sig over år – ikke efter enkelte opladninger.
• Brug forkonditionering om vinteren. Hurtig opladning af et koldt batteri er en af de hårdere belastninger.
• Parkér helst køligt og i skygge ved længere stilstand. Varme ælder batteriet, også når bilen holder stille.

Til dig, der handler med biler

• Kemien påvirker vurderingen. En LFP-bil med høj kilometerstand har ofte mere af sin levetid tilbage end en NMC-bil med samme kilometerstand.
• Spørg ind til lademønsteret – ikke kun kilometerstanden. Andelen af hurtig opladning forklarer en stor del af forskellene mellem tilsyneladende identiske biler.
• Find ud af, om batteriet er modulopbygget eller cell-to-pack. Det afgør, hvad en fremtidig reparation realistisk vil koste.
• Dokumentér batteriets tilstand ved indbytning og salg. En måling fjerner det største spørgsmål i handlen for både dig og kunden.

Ofte stillede spørgsmål