Termisk batteristyring

Termisk batteristyring er samlingen av systemer som holder en elbils høyvoltsbatteri innenfor sitt foretrukne temperaturområde gjennom alle bruksfaser: under kjøring, under lading og til og med mens bilen står parkert. Litiumionceller fungerer best innenfor et nokså smalt bånd, grovt sett mellom om lag 15 og 35 grader Celsius. Utenfor dette vinduet forverres oppførselen: kalde celler blir uvillige til å levere eller ta imot strøm, mens varme celler rammes av fremskyndet kjemisk aldring og, i ekstreme tilfeller, risikerer termisk runaway. Den termiske styringen finnes for å holde batteriet i sitt ideelle leie uansett omgivelser eller belastning.

Den vanligste tilnærmingen i moderne elbiler er væskekjøling. En kjølevæske, som regel en blanding av vann og glykol, pumpes gjennom kanaler, plater eller rør i nær kontakt med cellene, og fører varmen bort til en radiator eller kvitter seg med den gjennom en kjølemediekrets som deles med kupéens klimaanlegg. Den samme kretsen kan kjøres motsatt vei for å varme batteriet, ved hjelp av resistive varmeelementer eller en varmepumpe. Sensorer fordelt gjennom batteriet melder celletemperaturene til batteristyringssystemet, som avgjør når det skal kjøles, når det skal varmes, og hvor kraftig, og balanserer batterihelse mot energikostnaden ved å drive pumper og kompressorer. Enklere eller eldre konstruksjoner baserer seg på luftkjøling, der kupé- eller uteluft trekkes over cellene, noe som er billigere og lettere, men langt dårligere egnet til å håndtere varmen som utvikles under vedvarende hard kjøring eller lading med høy effekt.

Dette betyr mest ved ytterpunktene. Under DC-hurtiglading utvikler de store strømmene betydelig varme som må fjernes raskt, ellers struper systemet ladeeffekten for å verne cellene. Under sportslig kjøring varmer gjentatt kraftig akselerasjon og regenerativ bremsing opp batteriet, og effektiv kjøling er det som gjør at en bil kan levere jevn ytelse runde etter runde i stedet for å falme når batteriet blir varmt. Kalde starter byr på det motsatte problemet, der batteriet må varmes opp før det kan levere full effekt eller ta imot en hurtiglading.

God termisk styring er en av hovedgrunnene til at moderne batterier degraderer så langsomt. Ved å holde cellene unna de høye temperaturene som driver uopprettelig kapasitetstap, og unna kulden som fremmer skadelig litiumplating under lading, bevarer systemet brukbar kapasitet gjennom mange år og titusenvis av ladesykluser. Tidlige elbiler med primitiv eller fraværende kjøling viste ofte merkbart raskere degradering enn dagens væskekjølte batterier.

Termisk styring ligger til grunn for flere beslektede funksjoner og begreper. Det er den muliggjørende teknologien bak batteriforvarming, som rett og slett er termisk styring satt bevisst inn i forkant av en lading. Den arbeider i samspill med elbilens varmepumpe, deler maskinvare med kupéklimaet, og er sentral i hvordan et høyvoltsbatteri trygt klarer både rask lading og høy ytelse gjennom hele levetiden.