Batteriförvärmning på väg till elbilsladdaren – dubbel laddhastighet på vintern

Vintern är en av elbilens största utmaningar, särskilt när batteriet är kallt och laddningen går betydligt långsammare. Nu utvecklas tekniken för att göra batteriförvärmning mer effektiv genom att förbereda bilen inför själva laddstoppet. I stället för att vänta på att batteriet ska nå rätt temperatur efter anslutning kan systemet börja värma det tidigare, exempelvis när bilen närmar sig en laddstation. Målet är kortare laddtider och jämnare prestanda även under kalla förhållanden. Med smartare styrning av batteriets temperatur kan framtidens elbilar utnyttja snabbladdare betydligt bättre under vintern, vilket kan förändra hur förare planerar sina laddstopp.

Så fungerar batteriförvärmning inför laddning

Batteriförvärmning handlar om att höja temperaturen i elbilens battericeller innan bilen börjar ta emot stora mängder energi från en snabbladdare. Litiumjonbatterier fungerar bäst inom ett begränsat temperaturintervall, och vid låga temperaturer begränsas laddströmmen för att skydda cellerna. Genom att värma batteriet i förväg kan bilen skapa bättre förutsättningar för hög laddningseffekt redan från början. Tekniken är därför särskilt intressant under vintermånaderna, när skillnaden mellan ett kallt och ett optimalt tempererat batteri kan påverka både laddtid och energiflöde betydligt.

Förvärmning börjar innan laddstoppet

I moderna elbilar kan navigationssystemet användas för att avgöra när batteriet behöver börja värmas. När föraren anger en kompatibel laddstation som destination kan bilen beräkna återstående körsträcka, utomhustemperatur och batteriets aktuella temperatur. Därefter aktiveras värmesystemet vid en lämplig tidpunkt under färden. Det innebär att batteriet kan vara närmare sin optimala arbetstemperatur när bilen anländer. Funktionen kräver samtidigt att bilen har tillräckligt med energi för uppvärmningen, eftersom själva förvärmningen också förbrukar el under körningen.

Tekniken kan beskrivas som en förberedelse inför laddningen snarare än som en separat laddfunktion. Batteriets temperatur övervakas kontinuerligt och värmesystemet anpassar insatsen efter behov. Om batteriet redan har en lämplig temperatur behövs mindre energi för uppvärmningen. Vid mycket kallt väder kan däremot processen behöva starta tidigare. Hur effektiv förvärmningen blir beror bland annat på batteriets konstruktion, värmesystemets kapacitet och hur väl bilens mjukvara kan beräkna den kommande laddsituationen.

Temperaturen påverkar laddhastigheten

När ett litiumjonbatteri är kallt sker kemiska processer inne i cellerna långsammare. Biltillverkaren kan därför begränsa laddströmmen för att minska risken för oönskade reaktioner och långsiktigt slitage. Föraren kan märka detta genom att laddningen börjar på en betydligt lägre effekt än vad bilens laddsystem och laddstationen egentligen klarar. När batteriet sedan värms upp kan laddningen gradvis öka, förutsatt att laddstationen har tillräcklig kapacitet och att batteriets laddnivå tillåter hög effekt.

Skillnaden blir särskilt tydlig vid snabbladdning, där bilens maximala laddkapacitet annars kan utnyttjas under en större del av laddstoppet. Om batteriet anländer kallt kan en betydande del av stoppet i stället gå åt till att värma batteriet. Förvärmning flyttar denna temperaturprocess till tiden före laddningen. Därmed kan mer av själva laddstoppet användas till energiöverföring, vilket är en central anledning till att tekniken får större betydelse när laddhastigheterna fortsätter att öka.

Därför går elbilsladdning långsammare på vintern

Kyla påverkar inte bara hur snabbt batteriet kan laddas utan även hur effektivt elbilen kan använda sin energi. När temperaturen sjunker behöver bilen hantera flera värmebehov samtidigt. Batteriet kan behöva värmas, kupén ska hålla önskad temperatur och andra system ska fortsätta fungera normalt. Under en längre vinterresa kan därför energiförbrukningen öka samtidigt som laddningen blir långsammare. Det skapar en kombination som gör att laddstopp kan upplevas betydligt längre än under mildare väderförhållanden, även om samma laddstation och bil används.

Kallt batteri begränsar effekten

Snabbladdning bygger på att batteriet kan ta emot hög elektrisk effekt utan att cellerna utsätts för olämpliga förhållanden. Ett kallt batteri har sämre förutsättningar för detta, och bilens batteristyrsystem kan därför reducera effekten. Laddkurvan blir då ofta lägre i början och kan stiga när temperaturen förbättras. Föraren kan se detta direkt på bilens display eller laddstationens mätvärden. Den angivna maxeffekten för bilen är därför inte samma sak som den effekt bilen alltid kan ta emot under verkliga förhållanden.

Batteriets laddnivå spelar också stor roll. Även när batteriet har rätt temperatur minskar laddningseffekten vanligtvis när batteriet börjar närma sig en hög laddningsgrad. Det betyder att temperatur och laddnivå samverkar. På vintern kan ett kallt batteri först ge låg effekt och därefter nå högre nivåer när temperaturen stiger, medan effekten senare åter minskar när batteriet fylls. Förvärmning löser alltså inte alla begränsningar, men den kan eliminera en av de faktorer som annars bromsar laddningen.

Vinterkörning kräver mer energi

Lägre temperaturer kan öka elbilens energiförbrukning eftersom kupévärme, batterivärme och andra temperaturrelaterade funktioner kräver energi. Dessutom kan kallare luft och vinterförhållanden påverka bilens energieffektivitet under körning. Resultatet blir att samma batterikapacitet kan ge kortare räckvidd än under mildare temperaturer. Om föraren samtidigt behöver ladda oftare blir laddhastigheten en viktigare del av reseplaneringen. Ett effektivt temperaturhanteringssystem kan därför påverka mer än bara tiden bilen står ansluten till laddaren.

Förvärmning behöver däremot inte alltid vara en nackdel ur energisynpunkt. Om bilen ändå ska snabbladdas kan det vara mer praktiskt att använda en del energi under körningen för att få batteriet i rätt temperatur före ankomsten. På så sätt sker temperaturhöjningen medan bilen redan är på väg mot laddstationen. Hur stor vinsten blir beror på resans längd, utomhustemperaturen, batteriets starttemperatur och avståndet till laddaren. Systemet måste därför balansera energiförbrukning mot den tidsvinst som en snabbare laddning kan ge.

Smart temperaturstyrning kan halvera laddtiden

Nästa steg inom batteriförvärmning handlar om att göra processen mer automatiserad och exakt. I stället för att använda en enkel tidsbaserad uppvärmning kan bilens styrsystem väga samman flera faktorer. Batteriets temperatur, laddnivå, väderförhållanden, aktuell energiförbrukning och avståndet till laddstationen kan tillsammans användas för att bestämma när uppvärmningen ska starta. På så sätt kan bilen försöka nå rätt temperatur precis när den behövs, utan att lägga mer energi på uppvärmning än situationen kräver.

Navigering blir en del av laddsystemet

När bilens navigationssystem känner till nästa laddstopp kan temperaturhanteringen bli mer precis. Systemet kan exempelvis upptäcka att en snabbladdare ligger en halvtimme bort och beräkna när batteriet behöver börja värmas. Om resan ändras kan planen också justeras. Det gör att batteriförvärmningen blir en integrerad del av bilens energihantering i stället för en funktion som föraren behöver aktivera manuellt. Förutsättningarna varierar dock mellan olika modeller, och alla elbilar använder inte navigeringen på samma sätt.

Ett intelligent system kan dessutom ta hänsyn till om bilen faktiskt behöver maximal laddningseffekt. Om batteriet har hög laddnivå eller om föraren planerar ett kort laddstopp kan en omfattande förvärmning ge mindre nytta. Om batteriet däremot är kallt och nästan urladdat inför en långresa blir temperaturförberedelsen betydligt mer relevant. Målet är därför inte nödvändigtvis att alltid göra batteriet så varmt som möjligt, utan att nå ett temperaturintervall som passar den kommande laddningen och samtidigt begränsa onödig energianvändning.

Dubbel laddhastighet är möjlig under rätt förhållanden

Påståendet om dubbelt så hög laddhastighet på vintern behöver sättas i rätt sammanhang. En kall elbil kan ha kraftigt reducerad laddningseffekt, och uppvärmning kan därför i vissa situationer göra att effekten ökar mycket snabbt. Om bilen exempelvis annars begränsas till en betydligt lägre nivå kan skillnaden efter förvärmning närma sig en fördubbling. Det innebär dock inte att alla elbilar automatiskt laddar dubbelt så snabbt under vinterförhållanden. Batteriets kemi, laddnivå, laddstationens kapacitet och bilens temperaturstrategi påverkar resultatet.

För den som kör långa sträckor på vintern kan därför batteriförvärmning få praktisk betydelse. En kortare tid vid laddaren kan göra resan mer förutsägbar, särskilt när flera laddstopp ingår. Samtidigt måste föraren fortfarande ta hänsyn till laddstationens effekt, köbildning och bilens laddkurva. Framtidens system kan göra temperaturstyrningen ännu mer dynamisk genom att kontinuerligt anpassa batteriets uppvärmning efter resans förutsättningar. Det kan ge effektivare snabbladdning utan att föraren behöver göra mer än att ange vart bilen ska köra.