Så kan du öka livslängden på ditt elbilsbatteri

2019-10-07 06:00  
Evelina Wikner, forskare vid institutionen för elektroteknik på Chalmers som nyligen har disputerat med avhandlingen Ageing in commercial Li-ion batteries. Foto: cliff1066, Chalmers

Livslängden på litiumjonbatterier kan ökas rejält genom att begränsa laddningen till 40 procent. En elbil bör heller inte stå still för länge med fullt batteri. Det visar ny forskning från Chalmers.

Hur uppladdningsbara batterier ska skötas är ständigt föremål för diskussion. Problemet är att tekniken utvecklas relativt fort. I samma takt som en tumregel har letat sig in i allmänhetens medvetande så har en ny batterityp kommit – med helt andra förutsättningar.

För nickelkadmiumbatteriet gällde till exempel att det behövde laddas ur ordentligt innan uppladdning för att undvika den så kallade minneseffekten. I dag håller vi som bäst på att lära oss hur litiumjonbatterier bäst ska skötas.

Ett nytt bidrag till kunskapen kommer nu Evelina Wikner med. Hon är forskare vid institutionen för elektroteknik på Chalmers och har nyligen disputerat med avhandlingen Ageing in commercial Li-ion batteries.

Läs mer: ”Bränslecellsbilar kommer gå om batterielektriska”

Ett av de viktigaste resultaten är att batteriets livslängd kan förbättras avsevärt om laddningsnivån (State of Charge, SOC) hålls under 40 procent av maximal kapacitet. Detta blev tydligt både då batteriet utsattes för cyklisk belastning och när det fick ligga obelastat ”på hyllan”.

– För allmänheten är detta sannolikt den viktigaste slutsatsen: Att man som användare själv kan påverka åldrandet och få batteriet att hålla längre, säger Evelina Wikner.

Fordonsindustrin, som just nu har påbörjat omställningen till eldrift, är förmodligen mer intresserad av den fysikaliska modellen hon utvecklade utifrån sina tester. Men mer om det strax.

Hög temperatur sliter ut

Temperaturen är också en viktig parameter för åldrandet. Hög temperatur sliter generellt sett mer på batteriet, som oftast trivs bäst kring 25-30 grader Celsius. Men Evelina Wikners forskning visar att detta temperaturförhållande främst gäller vid djup urladdning (depth of discharge, DOD), kring 90 procent, samt hög laddningsnivå.

När samma test utfördes med en laddningsnivå (SOC) under 50 procent och små urladdningar på endast 10 procent märktes inte degraderingen på grund av hög temperatur alls på samma vis.

Omsatt till användningsråd innebär forskningen att till exempel elbilen inte bör laddas fullt om det inte behövs. Om man använder elbilen mer sällan bör man heller inte låta den stå fulladdad i väntan på användning. Det är bättre att ladda upp kvällen innan man ska iväg. Det hela kokar ner till planering.

– Är du bra på att planera är det här inget problem. Det brukar vara enkelt att ställa in att den ska vara fulladdad till en viss tidpunkt. Är du däremot sämre på att planera får du kanske se till att hålla den hyfsat laddad – och räkna med ökat slitage, säger hon.

Läs mer: VW:s elektrifieringschef: ”Greta Thunberg har gjort mitt jobb enklare”

Det är förstås på sin plats att även slänga in en brasklapp. Batterierna som använts i testerna är av ett specifikt fabrikat, cellformat och kemi. Vilket fabrikat det handlar om är hemligt men cellformatet är av påstyp, pouch på engelska. Anoden är av grafit och den blandade katoden består huvudsakligen av kemin NMC, det vill säga nickel-mangan-kobolt, men har även inslag av LMO, litium-mangan-oxid.

Evelina Wikners resultat kan därmed inte sägas gälla för alla litiumjonbatterier på marknaden men hon menar att de förmodligen gäller för många av dem. Tidigare forskning har visat att både hög och låg laddningsnivå åldrar batteriet snabbare.

Modeller som visar resultat

Det leder oss däremot in på en annan del av avhandlingen, den del som fordonsindustrin förmodligen är mer intresserad av. Baserat på provningarna byggde Evelina Wikner en fysikalisk modell, en så kallad Newmans modell, som beskriver elektrokemiska processer i batteriet. Det handlar om ett stort antal partiella differentialekvationer som ska kopplas ihop och lösas.

– Det blir många parametrar. Vissa är enkla att mäta, andra svåra. Särskilt när det kommer till åldringsekvationerna är de fortfarande på forskningsstadiet, säger hon.

Fördelen med en fysikalisk modell är att man studera effekten av olika parametrar och se vad resultatet blir för olika batterisammansättningar, temperaturer och användningssätt.

– De tillåter en att gå mycket mer på djupet: Vilka koncentrationsnivåer av litium får de olika materialen? Hur förändras potentialkurvan när batteriet åldras? Det är mer intressant för fordonstillverkarna, säger hon.

Läs mer: Då kommer första elbilen med solid state-batterier

För litiumjonbatterier finns många olika material och modellen går även att använda för dem, så länge det går att får fram alla material parametrar som behövs i modellen.

– Åldringsekvationerna är visserligen baserade specifikt på den utprovade batteritypen och behöver justeras om man vill använda modellen för ett annat fabrikat, säger Evelina Wikner.

Hon påbörjade sin avhandling 2014. Ingen hade då hört talas om vare sig Dieselgate (som kan anses ha påskyndat elektrifieringen av fordonsflottan) eller Northvolt (som bygger en enorm batterifabrik i Skellefteå).

Hur har de senaste årens snabba utveckling av batterier påverkat din forskning?

– Dels har ju intresset för batterier ökat väldigt. Sen får jag mycket frågor från folk som jag ännu inte kan svara på kring nya batterier. Batteriet jag testat fanns i produktion redan då. De nya varianterna kommer i snabb takt. Nu går det mer mot ren NMC-kemi och med allt högre andel nickel för att minska behovet av kobolt, säger hon.

Johan Kristensson

Kommentarer

Välkommen att säga din mening på Ny Teknik.

Principen för våra regler är enkel: visa respekt för de personer vi skriver om och andra läsare som kommenterar artiklarna. Alla kommentarer modereras efter publiceringen av Ny Teknik eller av oss anlitad personal.

  Kommentarer

Debatt