Aktiv kjøling av batteriene?

Visste du at Nissan Leaf og Volkswagen e-Golf mangler aktiv kjøling av batteriene? Nissan har lagt inn begrensninger for hurtiglading. Volkswagen demper motorkraften hvis du kjører for hardt. Det er ikke likegyldig hvilken løsning som er valgt for å styre temperaturen. Les hvorfor!

Egenskapen som sjelden omtales

Moderne elbiler bør ha systemer som styrer temperaturen i battericellene. Det er viktig for ytelsene, for at batteriene skal ta hurtiglading, for rekkevidde og for batterienes levetid. Fabrikktallene gjelder bare når batteriene har riktig temperatur. Batteriene foretrekker samme romtemperatur som oss mennesker. Ikke alle elbil-modeller har tilfredsstillende løsninger. Vi har forsøkt å finne ut hvilke løsninger som er brukt i de mest populære modellene. Det er ingen enkel oppgave, selv for bilnerder.

Reverse Engineering

Bilprodusentene foretrekker å presentere batteripakkene som svarte bokser. De er generelt tilbakeholdne med å gi detaljerte opplysninger. Selv enkle spørsmål som «Hvem har produsert battericellene?», kan sitte langt inne. Langt vanskeligere vil det da være å få rede på hvordan overflødig varme ledes fra batteriene under belastning, eller hvor effektivt man kan tilføre varme på kalde dager. Heldigvis finnes det aktører som lever av å plukke ting fra hverandre for å dokumentere hvordan de egentlig er konstruert, – den usminkede sannhet. Biler som Tesla 3, BMW i3, Opel Ampera (Chevrolet Bolt) og Renault Zoe er allerede dissekert.

Passiv eller aktiv kjøling?

Passiv kjøling kan ikke styre temperaturen i batteriene, men kan fange opp og lede bort en god del varme gjennom metallet i batterikassa og omkringliggende luft. Aktiv luftkjøling kan bestå av noe så banalt som en termostatstyrt vifte. Et væskeavkjølt anlegg er langt bedre, hvor glycolblanding (kjølevæske) ledes i kanaler rundt batteriene. Ideelt er det hvis temperaturendringene i batteriene kan bidra til å varme kupéen via varmeveksler. I fremtiden vil kanskje battericellene monteres i termoisolerte kasser.

Flate eller runde celler?

På verdensbasis finnes det kun en håndfull produsenter som forsyner hele verden med battericeller. De mest kjente er LG Chem, SK Innovation og Samsung SDI i Sør-Korea, BYD og CATL i Kina og Panasonic, opprinnelig Japan. Batteriprodusentene leverer kun celler og lar bilprodusentene bygge sine egne batteripakker. Følgende type battericeller benyttes:

Poseceller

Så og si alle nye batteripakker i dag baserer seg på flate celler wrappet i plast – såkalte poseceller (omtales også som lommeceller eller pungceller). Disse kan stackes tett i tett (men ikke for tett) – og som oftest vertikalt.

Prismatiske celler

Her er cellene pakket inn i mer solid materiale, som aluminium – som tar opp mer varme enn plasten i posecellene. BMW i3 og Volkswagen e-Golf benytter dette.

Runde celler

Runde celler minner om lommelyktbatterier. Benyttes av Tesla, men Toyota benytter/skal benytte runde celler også. Disse kan også ta opp mer varme enn posecellene.

Væskeavkjøling

Tesla 3

Stående runde/hylseformede celler fra Panasonic. Mellom celleradene ledes det kjølevæske gjennom kanaler i flate kjølebånd i full høyde. Kjølebåndet er festet til hver celle med en type lim som leder varme. Hver celle blir omsluttet av kjøling fra to sider. Systemet består av flere sløyfer for å lede bort varme. Under kjølige forhold benyttes systemet til å varme batteriene.

Opel Ampera/Chevrolet Bolt

Vertikale poseceller fra LG Chem. Egen kjøleramme under batteriene med kjølevæske-kanaler styrer temperatur. Battericellene er av plasshensyn stacket med to lag i bakkant – som en ekstra forhøyning. Det er usikkert om de øverste cellene får like god kjøling som cellene nærmest kjølerammen.

Audi e-tron

e-tron batterikjøling — Batterikjøling (audi.com)

Vertikale poseceller fra LG Chem. Nett av kjølevæske-kanaler under batteriene sørger for å transportere bort varme – eller tilføre varme ved behov. Ved kjøling går væsken gjennom et kjøleelement. Ved oppvarming benyttes bilens radiator. Systemet er tilknyttet varmepumpe. Audi hevder at deres kjøling skal være mer effektiv enn Teslas løsning.

Jaguar I-Pace

Vertikale poseceller fra LG Chem. Væskeavkjølt temperaturstyring. Ukjent hvordan kanalene går, men antas at de ligger under batteripakken og består av flere sløyfer. Jaguar er tilbakeholdne med å publisere detaljerte opplysninger.

Hyundai Kona

Poseceller fra LG Chem. Aktiv termisk styring med væskeavkjølte kanaler i en kjøleplate under batteriene som transporterer bort varme ved behov. Systemet har flere sløyfer og egen kjøler. Systemet kan også produsere varme når det behøves. NB! Det er kun biler for nordiske markeder som har batterivarmer.

KIA e-Niro

Poseceller fra SK Innovation. Væskeavkjøling. Samme system for termisk styring av batteriene som Hyundai Kona.

Modeller som er oppgradert fra luft til væskeavkjøling

Hyundai Ioniq

ioniq batterilufting — Lufting til batteriene i Ioniq serie 1.

Poseceller fra LG Chem. Hyundai opplyser at modeller fra 2020 med 38,3 kwh batteri har væskeavkjøling. Det finnes ikke noe infomateriell om hvordan systemet er bygget opp, men antas være av samme type som Hyundai Kona bruker, – og som fra 2020 også rulles ut i nye KIA e-Soul. Den utgående modellen av Ioniq, serie 1 produsert før 2020, har ventilasjonskanaler fra kupéen med termostatstyrt vifte som trekker inneluft mot batteripakken.

KIA e-Soul 64 kwh

Modeller fra 2020+ har poseceller fra SK Innovation. Benytter samme system for batterikjøling og oppvarming som Hyundai Kona. Første serie av KIA e-Soul – før 2020 – ventilerer batteriene basert på luft fra bilens klimaanlegg. De har egen vifte for å trekke luft ved behov.

Aktiv batterikjøling med luft

Renault Zoe

Nye 2020+ modeller med 52 kwh har vertikale poseceller fra LG Chem. Alle modeller (også eldre) har aktiv luftkjøling som bruker luft fra bilens klimaanlegg til å gi avkjølt luft rett inn i batterikassa – ett hull for inntak og to for utlufting. Under lading kan bilen derfor starte klimaanlegget ved behov. Systemet kan også bruke varmluft fra varmeanlegget, for eksempel under forvarming.

BMW i3

Prismatiske batteripakker fra Samsung er montert over en ramme med kjølekanaler. Det er ikke luft, men kjølegass som sendes ut under batteripakkene ved behov. Det finnes også varmetråder som produsere elektrisk varme under batteriene.

Uten aktiv batterikjøling

Nissan Leaf

Liggende poseceller fra kinesiske AESC. Nissan hevder at det ikke er behov for aktiv batterikjøling, selv ikke for 62 kwt batterier. Leaf har lagt inn en begrensning i programvaren for å begrense hurtiglading flere ganger etter hverandre – på samme dag. Fenomenet er hashtagget #rapidgate. Sannsynligvis er dette gjort for å hindre skader på batteriet på grunn av manglende, aktiv batterikjøling. Biler som leveres til kalde strøk, har batterivarmer som primært skal sikre batteriene fra å bli ødelagt i ekstrem kulde – ikke for å gi optimal driftstemperatur.

Volkswagen e-Golf

Prismeceller fra Panasonic. Volkswagen hevder at batteriene ikke trenger ekstern kilde for batterikjøling og oppvarming. I tillegg til passiv kjøling, har e-Golf’ene en funksjon som automatisk reduserer strømmen når man er for hard på gassen over lang tid. Den offisielle begrunnelsen er for å redusere forbruket. Den reelle begrunnelsen er sannsynligvis å redusere muligheten for at batteriet skal bli overopphetet. Likeså begrenses ladestyrken hvis batteriet er for varmt. Dette er vanlig på alle elbiler, men er sjelden noe problem på biler med aktiv batterikjøling. Volkswagen har gitt anbefaling om at e-Golf ikke bør hurtiglades mer enn ved annen hver lading.

Konklusjon

Det er ikke overraskende at premiumbiler som Tesla 3 og Audi e-tron har skikkelig temperaturstyring av battericellene. Skjønt det er påvist ytelsessvekkelse i Tesla etter gjentatte akselerasjoner på grunn av at batterikjølingen ikke er effektiv nok. Om den ikke er verdens beste, er det en målestokk for de andre elbilene.

Jeg er imponert av at også prisgunstige elbiler har fått aktiv, væskebasert avkjøling av batteriene. Jeg tenker spesielt på nye KIA e-Soul og Hyundai Ioniq. Nevner i farten også folkebilen Renault Zoe med separate luftkanaler fra klimaanlegget rett inn i batterikassa.

Det handler om hva vi får for pengene. Bruker du elbil i tempererte omgivelser med rolig lading, kan du sikkert spare noen kroner på å velge en modell uten aktiv batterikjøling. Det viktigste er at man gjør bevisste valg.

Da må bilprodusentene fortelle hvordan de sørger for at battericellene får optimal arbeidstemperatur. Gjerne omtalt i brosjyrene!

Se også

Jalopnik har besøkt Munro & Associates som har skrudd tre ledende elbiler helt fra hverandre. Jalopnik karakteriserer de tre bilene som «conventional approach», «weirdo approach» og «blank sheet». Gjett hvem som er hvem!