Elbil: Vinterlading – dette bør du vite

vinterlad
Share on facebook
Facebook
Share on twitter
Twitter
Share on linkedin
LinkedIn
Share on email
Tips en venn

Elektrisitet er vrient. Strømmen går gjennom en leder og skaper noe i den andre enden: Varme, lys, rotasjon. Men hva er strøm og hva er ledningsevne i kulde, når du må lade elbil en bitende vinterdag? Se her:

Bildet øverst: Opplading i kulde er noe helt annet enn i varme fordi metallet endrer seg slik at det blir tyngre for elektronene å hoppe fra atom til atom inne i lederen og batteriet. (Foto: Fortum)

Av Stein Bekkevold

Elektrisitet er en strøm av elektroner i en metallisk leder. Metaller har god ledningsevne, de slipper villig gjennom elektroner som da hopper fra atom til atom. Gull er bra (45 MS/m), sølv er aller best med 66, kobber er vanligst (57) og aluminium er OK med 35. Alt målt i mega-siemens per meter ved +20 grader C.

Men i kulde trekker metall seg sammen, og det blir trangere å hoppe fra atom til atom – enkelt sagt. Altså er det er en utfordring å lade vinterstid, når biler og ladere er stivfrosne – og batteriet det samme. Altså bør det bli standard med oppvarmede batterier og kabler. Det er på vei.

Komplisert

Lite i fysikkens verden er så kronglete som elektroteknikk, og kjernefysikk. Det kryr av rare, gamle måleenheter og mange går oss hus forbi. Elektroteknikken er så antikk at mye kommer fra fysikkens barndom.

Enhetene er etter hvert justert, men noen er beholdt, så for en stakkars bileier er og blir elektro et underlig fag. Se bare her: Strømmens styrke måles i grunnenheten Ampere (A) etter forskeren ved samme navn. Siden 1948 er en A definert ved hjelp av Lorentzkraften mellom to ledere: To parallelle og uendelig lange, rette, tynne ledere står i vakuum med innbyrdes avstand én meter. Det går lik strøm i begge. Dersom de påvirker hverandre med en kraft på 2 × 10−7 newton per meter leder, er strømmen én ampere.

Er det rart vi blir forvirret?

Om vi ser bort fra alt snodig med magnetisme, og holder oss til enkel strøm, ser det slik ut: Arbeidet strømmen gjør måles i joule (J) etter en engelsk forsker – og er lik Newton per meter, newtonmeter. Men: Mengden elektrisk energi (E) bestemmes av den elektriske effekten (P) og reell driftstid (t), slik: E = P × t.

I det påbudte SI-systemet er altså enheten for energi joule (J), men til hverdags brukes den like store enheten wattsekund (Ws), og kilowattime (kWh) – som egentlig ikke er en offisiell SI-enhet. Det blir hodepine av sånt.

I bilens verden sier vi kW når vi mener effekt, ytelse, og ikke hestekrefter – som er et diffust mål; hvor sterk er en hest, egentlig? Men hva med motstanden i en leder? Det er jo den som skaper problemene. Den har navn etter herr Ohm, og viser mengden volt som slippes igjennom, i forhold til strømmen i ampere, altså V/A.

Ut fra dette kan vi finne ledeevnen i siemens, samtidig som den til slutt plasserte elektriske ladningen heter amperesekunder og kalles coulomb. Kjære vene…

Når alt fryser blir det tungt å være batteri. Og elektrisk bil … (Foto: wikipedia)

Opplading i kulde

Som om ikke dette var ille nok, påvirkes en metallisk leder av temperaturen slik at den i kulde – som sagt – leder elektroner dårligere. Dette bestemmes av en egen materialkonstant som kalles ledeevne – dvs konduktivitet; det motsatte er jo motstand.

Alt påvirkes av forurensninger i metallet, fordi disse ligger i veien for elektronene. Dessuten kan spenningen som går i lederen (i volt) gjøre den mindre ledende. Det er ikke lett å være leder, enten det er en kabel eller batteripoler.

Vår slitte lærebok sier at en ideell leder fører strøm uten motstand, den har uendelig konduktivitet. Der vil strømmen gå av seg selv etter å ha blitt sparket i gang. En superleder er i slekt med ideelle ledere, men fordi de ideelle har uendelig konduktivitet uavhengig av temperatur, lederstørrelse og frekvens, er ikke superledere ideelle heller. Enda mer snodig. Beklager.

Resistivitet

sier noe om de indre egenskapene til et materiale – uansett form og størrelse, til forskjell fra resistansen, som er avhengig av materialets (lederens) lengde og tykkelse. Resistiviteten er temperaturavhengig. Ved svært lave temperaturer, nær –273 grader C – det absolutte nullpunkt, kan den bli så liten at den ikke er målbar.

I tillegg har vi legeringer som nesten ikke har motstand. En heter konstantan, en miks av 55 deler kopper og 45 deler nikkel, pluss litt mangan. I legeringer er ofte motstanden større – og forandrer seg mindre med temperaturen – enn i ulegerte metaller.

Spesielle legeringer som konstantan og manganin har ekstra lav temperaturavhengighet, og brukes ved måling av lederes resistans. 20 grader celsius er da referanse. Matematisk beskrives resistans som funksjon av temperaturen, i en egen likning. Sikkert for å gjøre vår forvirring total.

Og alt dette er årsaken til at opplading vinterstid er en sann prøvelse.

ladekurver

Kulde påvirker metallers evne til å lede strøm; øverste kurve viser gull, kobber i midten og sølv nederst.  (Tegning: Geek3)

Li-Ion

Li-ion-batterier (LIB) brukes i moderne elektronikk. Cellespenningen er 3,7 V, avhengig av type. Batteriene er følsomme for feil behandling og lekkasjer, da blir det brann. Brann i en slik celle kan ikke slukkes, fordi den inneholder oksider som driver brannen – pluss enbrennbar elektrolytt.

Store mengder vann er det eneste som slokker, fordi startbrannen da ikke sprer seg; de andre cellene antennes ikke.

Så fort faststoffbatteriene kommer blir alt så meget bedre. De har ikke oksider i elektrolytten – oksider som starter og vedlikeholder brann. Men fortsatt har vi problemet med metning. Da blir litium-ionene rent metall, og lagringsevnen synker i takt med metningen, metalliseringen. Så da kommer det kanskje batterier med natrium eller kalk. Bare så du vet det.

Det er neimen ikke enkelt …

Les også: Metall, plast og litt glass – bilens atomer og molekyler

  • Arkiv

  • PHP Code Snippets Powered By : XYZScripts.com