Det er en kendt sag at batterier bliver påvirket af temperaturen. Det kan enhver bilist som har oplevet at bilens batteri går død en kold morgen synge en klagesang om. Batteriets kapacitet falder sammen med temperaturen og stiger når det bliver varmere. For elbiler kan det betyde at bilens rækkevidde bliver reduceret ganske drastisk om vinteren.
Mange af de nuværende elbiler er ombyggede benzinbiler og derfor er det stor forskel i det tekniske udstyr og de anvendte batterier. Men ifølge det tyske elbil-firma BeMobility bliver rækkevidden reduceret med en femtedel i hård frost. En elbil, som før kunne køre 200 km på en opladning, kan altså pludselig kun køre 160 km.
BeMobility gennemfører i øjeblikket et carsharing-pilotprojekt i Berlin, hvor 500 testbrugere har mulighed for at deles om 16 elbiler. De kan så hentes på ni forskellige holdepladser rundt omkring i den tyske hovedstad og f.eks. bruges til at køre til togstationen. Det tyske togselskab Deutsche Bahn deltager også i projektet, som bogstavelig talt er kørt fast i vintervejret – for det viser sig, at elbilerne har svært ved at klare frosten.
Den kortere rækkevidde i koldt vejr betyder at bilerne skal lades op hyppigere end normalt, og det har skabt problemer for BeMobility, som også bøvler med at bilernes udstyr har svært ved at klare den hårde vinter. Der er langt fra det solrige Californien, hvor Tesla og Toyota gerne viser deres nye elbiler frem, til det vinterkolde Nordeuropa.
Men på nettet kan man også læse mange historier om elbil-ejere i USA, som har oplevet at rækkevidden er reduceret om vinteren. Her er der typisk tale om ombyggede benzinbiler og det er svært at vurdere, om problemerne skyldes fejl i konverteringen fra benzin- til elbil.
Kemien er temperaturfølsom
ComON har talt med det danske firma Lithium Balance, som udvikler batterisystemer til elbiler. Her bekræfter direktør Lars Barkler, at bilernes rækkevidde bliver påvirket af temperaturen.
”Det er korrekt, at batterier er følsomme overfor lave temperaturer. Ved lavere temperaturer falder kapaciteten, og dermed rækkevidden. Dette gælder også lithium-ion batterier, som bruges i el-biler idag, selvom de er væsentligt mindre følsomme end andre og ældre batterityper. Man kan ikke løse problemet helt, men dog kompensere en del på forskellige måder,” siger Lars Barkler.
Det grundlæggende problem er, at kemien i cellerne er temperaturfølsom. Der sker meget udvikling på lithium-ion teknologi i hele verden, og man vil sikkert se forbedringer, vurderer han. Når man designer et batteri, er det dog umuligt at optimere alle parametre – man må ofte gå på kompromis på nogle karakteristika, når man optimerer andre. Så der er normalt et trade-off, og der er derfor nok ikke nogen quick fix ad denne vej.
”Batteristyringen har meget at sige. Hvis det installerede battery management system ikke tager højde for den aktuelle temperatur, men styrer ens uanset temperatur, så mister man mere kapacitet end nødvendigt,” fortæller Lars Barkler.
En anden mulighed for at løse problemet med den reducerede kapacitet i koldt vejr er at opvarme batteriet.
”Dette kan dels styres via Battery Management Systemet og en varmeenhed. Men batterierne varmer også sig selv op, når de bruges eller lades, så i drift ser man normalt ikke, at batterierne har samme lave temperatur som omgivelserne. I så fald kan det være et designproblem i måden batteripakken og elbilen er konstrueret,” siger direktøren for Lithium Balance.
Han understreger at batterier i kraft af deres kemi er temperaturfølsomme, men mener altså at meget af problemet kan løses med batteristyring og design af batteripakke og elbil.
Oliefyr til opvarmning
Et af de største danske projekter med elbiler er det såkaldte Edison-projekt, hvor bl.a. DTU, IBM, Risø, Siemens og Dansk Energi deltager. Konsulent Anders Foosnæs fra Dansk Energi bekræfter at temperaturen kan påvirke bilens rækkevidde – dels ved temperaturens effekt på batteriet og dels ved opvarmning af kabinen. Hvis man skruer op for elvarmen i en elbil, så vil det også betyde at batteriet hurtigere løber tør.
”Man kan ikke sætte et bestemt tal på hvor meget rækkevidden reduceres pga. kulde. Dette afhænger af tekniske løsninger, temperaturforhold og komfortkrav. Nogle af de test, der kører for øjeblikket har vist eksempler på reduktion på ca. 20 pct., men der har her været tale om ombyggede benzinbiler,” siger Anders Foosnæs.
Han fortæller at bilproducenterne arbejder på nye tekniske løsninger. Det gælder blandt andet oliefyr til opvarmning. Her er der tale om en løsning, som strider imod elbilens grønne image og målet om zero emission. Men hvis man tænker energieffektivitet, så er løsningen ganske udmærket, da man udnytter 100 pct. af energien i olien til opvarmning.
Der arbejdes også på at udvikle nye varmepumper (1 kWh el fra batteriet kan give 3-4 kWh varme) og bedre isolering af kabinen.
Alle biler bruger mere energi om vinteren
En anden dansk elbil-ekspert bekræfter, at der er meget variation i hvordan forskellige typer batterier påvirkes af frost og hvordan batteristyresystemet kan kompensere for dette. I elbiler med elvarme påvirkes rækkevidden meget i vinterkulden.
”De fleste bør forvente et øget energiforbrug på mindst 10 – 15 procent. Der er også eksempler på at rækkevidden reduceres med 30 – 50 procent, specielt ved elvarme,” siger Kjeld Nørregaard, der er programleder for Elektrisk Transport på Teknologisk Institut..
Men han afviser at det er muligt at komme med et generelt udsagn om, at frost f.eks. reducerer rækkevidden af elbiler med en femtedel. Der er for store forskelle mellem bilerne, batterierne og deres styresystemer.
Samtidig henviser Kjeld Nørregaard til, at almindelige biler også bruger mere energi om vinteren.
”Alle biler oplever at der skal bruges mere brændstof-energi om vinteren. Det skyldes bl.a. at luften er tættere og dermed giver mere luftmodstand. Vinterdæk og eventuel sne på vejene giver også øget energiforbrug,” siger han.
