Slik fungerer et litiumbatteri i en el- eller hybridbil

Grunnprinsippet er enkelt: Litiumioner beveger seg frem og tilbake mellom to elektroder, og ingenting forbrukes underveis. Det som likevel fører til slitasje, er temperatur, høyt ladenivå og høye strømstyrker – ikke antall kjørte kilometer i seg selv. Batteriets tilstand avhenger derfor mer av hvordan bilen er brukt, og hvilken cellekjemi den har, enn av kilometerstanden.

Grunnprinsippet: Lading er litiumioner i bevegelse

Et litiumionbatteri lagrer ikke strøm i seg selv. Det lagrer energi ved å flytte litiumioner mellom to elektroder. Under lading beveger ionene seg fra katoden til anoden, der de bygges inn i et grafittmateriale. Under utlading beveger de seg tilbake, og elektronene tvinges da til å gå gjennom bilens elektriske motor. Ingenting forbrennes, og ingenting forbrukes. I teorien kan dette fortsette i det uendelige.

I praksis gjør det ikke det. Hver gang ionene beveger seg, oppstår det små sidereaksjoner ved elektrodene. Noe litium bindes permanent i et lag på anodens overflate, det såkalte SEI-laget. Dette laget er nødvendig for at batteriet skal fungere, men det vokser sakte gjennom hele batteriets levetid, og hver økning tar litium ut av sirkulasjon. Det er den viktigste enkeltårsaken til at kapasiteten synker med årene.

Hastigheten på denne prosessen styres først og fremst av temperaturen, hvor høyt ladenivå batteriet holdes på, og hvor store strømmer som trekkes. Derfor kan det samme batteriet eldes dobbelt så raskt hos én eier som hos en annen.

Fra celle til modul til batteripakke

Én enkelt celle gir bare 3–4 volt. For å drive en bil trengs det flere hundre volt og flere titalls kilowattimer, så cellene kobles sammen i to trinn.

Celler seriekobles for å øke spenningen og parallellkobles for å øke kapasiteten. En typisk batteripakke for personbiler ligger på 350–450 volt, mens nyere plattformer bruker 800 volt. Den høyere spenningen gjør at den samme effekten kan overføres med lavere strøm. Det gir mindre varmeutvikling og muliggjør raskere lading uten tykkere kabler.

Rundt cellene finnes to systemer som er minst like viktige som selve cellene: temperaturstyringen og styreelektronikken. Kjølekanaler eller kjøleplater holder cellene innenfor det ideelle området, omtrent 15–35 °C. I kulde varmes pakken i stedet opp før hurtiglading. Det er dette forkondisjonering innebærer. Et batteri som ofte må arbeide utenfor temperaturområdet sitt, eldes merkbart raskere.

Konstruksjonen varierer også mellom produsenter. Tradisjonelt bygges pakken av utskiftbare moduler. Stadig flere nye modeller bruker i stedet cell-to-pack, der cellene limes direkte inn i en bærende struktur. Det gir lavere vekt og mer energi per liter, men gjør reparasjon på modulnivå vanskelig eller umulig. For den som kjøper brukt, er dette et relevant spørsmål: Kan batteriet repareres i deler, eller må hele pakken skiftes?

NMC eller LFP: Kjemien bestemmer egenskapene

Nesten alle forskjeller mellom ulike batterier handler om hva katoden er laget av. To kjemier dominerer markedet i dag.

LFP har gått fra å være et nisjevalg til å utgjøre omtrent halvparten av den globale batterikapasiteten for elbiler. For bruktmarkedet betyr det at andelen biler med lang sykluslevetid og lavere følsomhet for full lading øker år for år.

En praktisk konsekvens er vanskeligere å se, men viktig: LFP har en svært flat spenningskurve. Mellom omtrent 20 og 90 prosent ladenivå endres cellespenningen knapt. Det gjør det vanskeligere for bilens system å fastslå hvor fullt batteriet faktisk er. Derfor ber LFP-biler med jevne mellomrom om full opplading for å kalibrere systemet. Det samme gjør måling av batterihelse mer krevende for LFP, fordi spenningen alene avslører mindre.

BMS: Batteriets styresystem

Over cellene ligger et batteristyringssystem, Battery Management System (BMS). Det er BMS som utgjør forskjellen mellom en haug sammenkoblede celler og et kjøretøybatteri.

• Celleovervåking. Spenning og temperatur måles kontinuerlig, som regel per cellegruppe.
• Balansering. Celler eldes ulikt. BMS jevner ut forskjellene, ellers begrenses hele pakken av den svakeste cellen.
• Temperaturstyring. Starter kjøling eller oppvarming og begrenser effekten når temperaturen ligger utenfor det sikre området.
• Beskyttelse. Bryter eller begrenser ved overspenning, underspenning, for sterk strøm eller for høy temperatur.
• Estimering. Beregner ladenivå (SoC) og batterihelse (SoH). Ingen av dem kan måles direkte. Begge er beregnede verdier.

Det siste punktet er verdt å dvele ved. Når bilen viser 62 prosent ladenivå, er det et anslag basert på spenning, strømmåling og en modell av hvordan akkurat dette batteriet oppfører seg. Det samme gjelder batterihelsen. Anslaget kan drive over tid, særlig hvis bilen sjelden lades til ytterpunktene, og ulike produsenter beregner verdien på ulike måter. Derfor bør et helsetall alltid ledsages av informasjon om hvordan det er beregnet.

Hva dette betyr i praksis

For deg som kjører bilen

• Unngå å la bilen stå lenge med 100 prosent ladenivå, særlig i varme. For NMC er 20–80 prosent et godt nivå i hverdagen. LFP tåler full lading og trenger det av og til.
• Hurtiglading er ikke skadelig, men bør ikke være normalen. Forskjellen blir synlig over flere år, ikke etter enkelte ladinger.
• Bruk forkondisjonering om vinteren. Hurtiglading av et kaldt batteri er en av de større belastningene det utsettes for.
• Parker helst på et kjølig sted og i skyggen ved lengre opphold. Varme får batteriet til å eldes også når bilen står stille.

For deg som handler med biler

• Kjemien påvirker verdivurderingen. En LFP-bil med høy kilometerstand har ofte en større del av levetiden igjen enn en NMC-bil med samme kilometerstand.
• Spør om lademønsteret, ikke bare kilometerstanden. Andelen hurtiglading forklarer en stor del av forskjellene mellom tilsynelatende identiske biler.
• Finn ut om batteriet er modulbasert eller bruker cell-to-pack. Det avgjør hva en fremtidig reparasjon realistisk vil koste.
• Dokumenter batteriets tilstand ved innbytte og salg. En måling fjerner det største usikkerhetsmomentet i handelen for både deg og kunden.

Vanlige spørsmål