Att räckvidden minskar på vintern har de flesta hört talas om. I vissa fall blir folk till och med avskräckta från att byta till elbil p.g.a. allt man hört om elbilar och kyla. Men hur ser det ut på riktigt utan att en massa fördomar spelar in? Bakgrunden är att Li-jonbatterier är mindre effektiva vid låga temperaturer på grund av ökad inre resistans. När temperaturen sjunker, så minskar diffusionshastigheter, reaktionshastigheter och konduktivitet; detta leder till ökad värmeproduktion och därmed effektförluster.(1) Dessutom minskar den totala mängden energi som man kan få ut ur batteriet. Denna energimängd har inte gått förlorad, den finns tillgänglig när batteriet blivit varmt igen, men den är inte tillgänglig så länge batteriet är kallt. Ur figur 1 kan man utläsa att vid en urladdningsspänning på 3V och vid riktigt låga temperaturer (-10 till -20) har man ungefär halverat batteriets användbara kapacitet.
Viktigt att komma ihåg är dock att effektförlusten vid urladdning värmer batteriet som därmed blir effektivare och återfår ökad kapacitet, fenomenet är således reversibelt. För att uppleva så låg användbar kapacitet vintertid som är illustrerat i Figur 1 i verkligheten skulle man enbart åka korta sträckor utan förvärmning och låta batteriet svalna helt emellan. Att inte komma lika långt på ”full tank” under vargavinter är ju inte något fenomen reserverat för elbilar. Faktum är att man kan återfinna samma fenomen hos en fossilbil; kör enbart korta sträckor vid -15 och låt motorn svalna helt emellan och kolla vad din genomsnittsförbrukning blir. Där är räckvidden dock så lång från början att det snarare reduceras till ett ekonomiskt (och miljörelaterat) problem än ett räckviddsproblem.
Det är dock inte bara själva batteriet som påverkar räckvidden. Snömodd på vägarna påverkar rullmotståndet ganska mycket. Luftmotståndet ökar när man har snö och is på bilen och eftersom motorhuven inte blir varm sitter isen kvar under hela resan i många fall. En fossilbil påverkas inte i lika stor utsträckning eftersom man använder värmen som bilen normalt sett ”slösar bort” till att värma både motohuv och kupé. Detta är ju dock egentligen inget plus för fossilbilen utan snarare en påminnelse hur mycket energi fossilbilen i normala fall slösar.
Ett annat intressant fenomen vid låga temperaturer är polreversering. Belastar man ett stort antal seriekopplade celler hårt vid låg temperatur finns risken att en negativ spänningspotential kan uppstå över en svagare cell i ett flercellspaket, så kallad polreversering.(1) Eftersom celler aldrig kan matchas perfekt i ett batteripack och några kanske åldrats lite mer än andra, finns risken att man får polreversering och kraftigt accelererat åldrande i den reverserade cellen. Man kan då få en permanent kortslutning i cellen och ett defekt batteripack. Detta är en av anledningarna till att bilarnas ”battery management system” (BMS) låser effektuttag och regenerering till en lägre nivå vid låga batteritemperaturer. På min Tesla syns det tydligt vilket effektuttag och vilken regenereringseffekt som är låst med en streckad linje i displayen när batteriet är kallt.
Det hänvisas ofta i pressen till en färsk studie på elbilars räckvidd vid låga temperaturer gjord av amerikanska AAA (i testbänk). Jag kommer därför att sammanfatta denna studie som jag anser får representera ett ”worst case scenario. AAA valde ut fem olika elbilar i sitt test, alla från olika tillverkare för att egenskaperna hos en enskild tillverkare inte skulle ha för stort genomslag. De utvalda modellerna var:
- 2018 BMW i3s
- 2018 Chevrolet Bolt
- 2018 Nissan Leaf
- 2017 Tesla Model S 75D
- 2017 Volkswagen e-Golf
Bilarna testades i en testkammare vid -7 och 24 grader celsius (även 32 grader testades men är inte med här). Bilarna laddades och fick sen stå fulladdade med laddsladden inkopplad ett längre tag innan testerna för att acklimatisera sig. Sedan kördes ett flertal olika körcykler, som representerar olika slags körning, och fortsatte tills dess att bilen inte längre kunde hålla den avsedda hastigheten. Testet avbröts när denna punkt uppnåtts.
Från stapeldiagrammen i figur 2 ser vi att fyra av fem bilar tappar runt 10% räckvidd vid -7 grader Celsius med kupévärmen avslagen, men att detta stiger till ett tapp på runt 40% med värmen på för fullt. Jag finner faktiskt dessa siffror anmärkningsvärda då jag personligen inte upplevt i närheten av 40% tapp i räckvidd eller ökning i förbrukning som uppges för Model S. Det får verkligen anses som ett ”worst case” och inte något typiskt för användaren som har tillgång till laddning hemma (och därigenom förvärmning). Jag brukar slå på förvärmningen 30 minuter innan avfärd. I Tesla förvärms då batteriet och kupén med hela 7kW från elnätet, vilket gör att testet skiljer sig ganska markant från min faktiska användning. Jag brukar trots viss förvärmning se uppåt 25% ökning av förbrukningen de första 1-2 milen som sedan sjunker till runt 10% ökning när batteriet är genomvarmt (detta motsvarar nog underhållsvärmningen av kupén). Min snittförbrukning stiger från 1,8 kWh/mil den varma säsongen till 2,1 kWh/mil den kalla; en ökning med 17% i snitt alltså. Snömodd på vägarna kan dock dra upp förbrukningen ännu mer i enstaka fall.
Intressant i studien är också att det inte verkar vara avgörande om bilen har en värmepump eller inte för uppvärmning av kupén. BMW och Nissan har värmepump medan de andra har ”direktverkande el”. Trots detta presterar BMW sämst av de testade bilarna.
Tesla har, liksom jag, sett avvikelser från verkligheten i studien och har gått ut och ifrågasatt Teslaresultaten:
Based on real-world data from our fleet, which includes millions of long trips taken by real Model S customers, we know with certainty that, even when using heating and air conditioning, the average Model S customer doesn’t experience anywhere near that decrease in range at 20 degrees Fahrenheit.
E-mailed official Tesla statement through cbnc.com
Nedan i figur 3 har jag lagt till en kurva som visar verklig förbrukning på svenska vägar från juni till december med en Tesla Model 3 (bildtack till Jeppe Ekvall). Datapunkterna är nerladdade direkt från Teslan och får anses väldigt pålitliga. Den sista punkten för v.48 ska enligt utsago betraktas som lite av en ”outlier” eftersom det var högre hastigheter än vanligt vid ordentlig kyla. Från denna kurva ser vi att förbrukningen under hösten fram till vintern stiger från i snitt 1,6 kWh/mil till 2,0 kWh/mil, en ökning med 25%, alltså en något större ökning än jag upplever. Det kan bero på många faktorer såsom genomsnittlig reslängd, förvärmning, körstil, etc.
För att sammanfatta detta inlägg om elbilar och vinter kan man alltså konstatera att ja, förbrukningen går upp. Vid verklig körning och vinterkyla ökar den initiala förbrukningen 25%-40% beroende på körstil, kupévärmeinställning och förvärmning, men sjunker sedan till mindre än en 10%-ig ökning vid lugn långkörning när allt blivit genomvarmt om man inte har alldeles för varmt i kupén. Större delen av energin verkar gå åt till kupévärme enligt AAAs test, så vill man räckviddsmaximera kan man förvärma kupé och batteri och ha svalare i kupén med stolsvärme på istället. Ett bra sätt att genomvärma batteriet är att tidsstyra laddning så batteriet precis är färdigladdat vid avfärd. Då utnyttjas restvärme från laddning istället för värme från ett separat värmeaggregat till lejonparten av uppvärmningen. Slutsatsen är att vinterväder inte är ett större problem så länge man valt rätt bil (och med fördel har tillgång till destinationsladdning). Bil bör väljas efter vinterräckvidd och den längre räckvidden sommartid bör betraktas som bonus. Vid enstaka tillfällen med snömodd, låga tempraturer, is på karossen och djupfryst kupé och batteri kan förbrukningen bli så hög att räckvidden minskar med hela 40%, men i de allra flesta fall tappar jag runt 15% i räckvidd i snitt och ännu mindre vid långkörning med förvärmd bil. För både jobbpendling på 14 mil varje dag och långresor räcker de 30 sommarmil eller ca 25 vintermil (vid 90% laddning) som min Model S har alldeles utmärkt för mig.
- Cadex Electronics Inc. – Battery University; BU-502: Discharging at High and Low Temperatures
Electrified 