Batteriet i mobilen kan rasa snabbare än vanligt, skruvdragaren kännas trött och elbilen tappa både räckvidd och laddhastighet när temperaturen sjunker. Men ett kallt batteri är inte nödvändigtvis tommare än ett varmt. Ofta finns energin fortfarande kvar – problemet är att batteriet får svårare att leverera den.

Batteriet är inte nödvändigtvis tomt

Det är lätt att tala om batteriets ”kapacitet” som om det vore en enda egenskap. I praktiken behöver man skilja mellan åtminstone tre saker:

• hur mycket energi batteriet kan lagra
• hur snabbt batteriet kan lämna ifrån sig energi
• hur mycket av batteriets ursprungliga förmåga som permanent har gått förlorad

Kyla påverkar framför allt hur lätt den lagrade energin går att använda.

Ett batteri producerar elektricitet genom kemiska reaktioner där laddade partiklar, joner, förflyttar sig mellan batteriets elektroder. När temperaturen sjunker går dessa processer långsammare.

Det betyder att ett kallt batteri kan innehålla gott om energi men ändå ha svårt att leverera den ström som apparaten behöver just då.

Skillnaden märks särskilt när belastningen är hög. En fjärrkontroll som använder mycket lite ström kan fortsätta fungera, medan ett elverktyg som kräver hög effekt tappar kraft betydligt tidigare.

Det här händer inne i ett kallt batteri

I exempelvis ett litiumjonbatteri måste litiumjoner röra sig genom elektrolyten mellan batteriets positiva och negativa elektrod.

När batteriet blir kallt sker flera saker samtidigt.

Elektrolyten blir mindre lättflytande, jonernas rörelse går långsammare och de elektrokemiska reaktionerna vid elektrodernas ytor bromsas. Även jonernas rörelse inne i själva elektrodmaterialet blir långsammare.

Resultatet är att batteriets inre motstånd – eller mer korrekt dess elektrokemiska impedans – ökar.

Det kan förenklat jämföras med att energin fortfarande finns på andra sidan, men att vägen dit blir trängre när temperaturen sjunker.

När en apparat sedan kräver mycket ström uppstår ett större spänningsfall inne i det kalla batteriet.

Det är en central förklaring till varför kyla kan påverka batteridrivna produkter så dramatiskt.

Därför kan mobilen plötsligt stänga av

En telefon behöver en viss lägsta spänning för att elektroniken ska fungera.

Anta att batterimätaren visar att det fortfarande finns laddning kvar. När telefonen plötsligt kräver mer effekt – exempelvis när kameran används, skärmen lyser starkt eller processorn arbetar hårt – måste batteriet leverera mer ström.

I ett varmt batteri går det normalt utan problem.

I ett mycket kallt batteri kan det ökade inre motståndet göra att spänningen tillfälligt sjunker under telefonens säkerhetsgräns. Då kan telefonen stänga av trots att batteriet egentligen inte är tomt.

När telefonen värms upp kan en del av den ”förlorade” laddningen därför verka komma tillbaka.

Den skapades inte på nytt. Den fanns till stor del kvar hela tiden men var svårare att komma åt i kylan.

Samma princip kan förklara varför en batteridriven borrmaskin känns svagare eller varför ett batteriverktyg stänger av tidigare än väntat.

Tillfällig kapacitetsförlust är inte samma sak som batteriskada

Det här är den viktigaste skillnaden när man pratar om batterier och kyla.

Om ett batteri levererar mindre energi eller effekt medan det är kallt betyder det inte automatiskt att motsvarande kapacitet har förstörts permanent.

När batteriet värms upp återgår jonernas rörlighet och de kemiska reaktionerna närmare sitt normala tillstånd. Det inre motståndet minskar och en större del av den lagrade energin blir tillgänglig igen.

Mycket av den försämring som märks vid vanlig användning i kyla är därför tillfällig.

Det skiljer sig från verklig batteridegradering, där kemiska eller strukturella förändringar gör att batteriet permanent kan lagra eller leverera mindre energi än tidigare.

Kyla är alltså inte automatiskt samma sak som slitage.

Kall laddning kan däremot skada litiumjonbatteriet

Här finns ett viktigt undantag.

Att använda ett litiumjonbatteri när det är kallt och att ladda ett mycket kallt litiumjonbatteri är två olika saker.

Vid laddning ska litiumjoner föras tillbaka och lagras i materialet i batteriets negativa elektrod. Vid låg temperatur kan den processen gå för långsamt.

Om batteriet samtidigt laddas hårt kan litium i stället börja avsättas som metalliskt litium på elektrodens yta. Fenomenet kallas lithium plating.

Det kan ge permanent kapacitetsförlust. I allvarligare fall kan avlagringarna också bidra till strukturer som ökar risken för interna kortslutningar.

Det är en av anledningarna till att moderna telefoner, elbilar och batteriladdare ofta begränsar laddningen när batteriet är mycket kallt.

Det är alltså inte bara apparaten som är ”seg”. Elektroniken kan aktivt hålla nere laddströmmen för att skydda batteriet.

Den bakomliggande lågtemperaturkemin i litiumjonbatterier beskrivs mer ingående i en vetenskaplig översikt från Royal Society of Chemistry.

Olika batterier reagerar olika på kyla

Alla batterier bygger inte på samma kemi. Därför går det inte att sätta en enda procentsiffra på hur mycket ett batteri ”tappar” när temperaturen går under noll.

Batterityp	Vad som händer i kyla
Litiumjon	Jontransport och kemiska reaktioner bromsas, det inre motståndet ökar och tillgänglig effekt minskar. Laddning vid låg temperatur kan innebära risk för permanent skada.
Alkaliskt	Kemiska reaktioner och diffusion går långsammare. Spänningen sjunker lättare när apparaten kräver hög ström.
NiMH	Urladdningsspänning och förmågan att leverera energi försämras när temperaturen sjunker, men köldtåligheten varierar mellan olika celler.
Blybatteri	Tillgänglig kapacitet och förmågan att leverera hög startström minskar. Dåligt laddade våta blybatterier kan dessutom frysa vid betydligt högre temperatur än fulladdade.

Även två batterier som båda kallas litiumjon kan reagera olika.

Elektrodmaterial, elektrolyt, konstruktion, batteriets ålder och temperaturstyrning spelar roll. Ett stort elbilsbatteri med aktiv värmning går därför inte att jämföra rakt av med ett litet litiumjonbatteri i ett handverktyg.

Varför bilbatteriet får det extra tufft på vintern

I en bil med förbränningsmotor uppstår en olycklig kombination när temperaturen sjunker.

Blybatteriet får svårare att leverera hög ström samtidigt som den kalla motorn kan kräva mer kraft för att starta. Motoroljan är trögare och de mekaniska delarna är kalla.

Batteriet blir alltså svagare just när bilen behöver mer av det.

Ett väl laddat blybatteri klarar samtidigt kyla betydligt bättre än ett urladdat. När ett vått blybatteri laddas ur förändras elektrolytens sammansättning och fryspunkten stiger kraftigt.

Det är därför ett svagt och dåligt laddat bilbatteri löper större risk att få verkliga frostskador än ett fulladdat batteri.

Därför tappar elbilen räckvidd på vintern

För elbilar är batterikemin bara en del av förklaringen.

Ett kallt litiumjonbatteri kan både leverera och ta emot energi sämre. Bilen kan därför begränsa tillgänglig motoreffekt, regenerering och snabbladdning tills batteriet blivit varmare.

Men hela vintertappet i räckvidd beror inte på att batteriet blivit ”mindre”.

Kupén ska värmas, batteriet kan behöva värmas och däck samt luftmotstånd kan bidra till ökad energiförbrukning. En större del av energin används alltså till annat än att driva bilen framåt.

Det är därför förvärmning kan göra stor skillnad. När batteriet har rätt temperatur kan det både leverera och ta emot effekt effektivare.

Vi förklarar det närmare i guiden om batteriförvärmning i elbil.

Den som vill förstå hur vinterförbrukningen påverkar den praktiska körsträckan kan också läsa vår guide om elbilens räckvidd på vintern.

Hur mycket kapacitet tappar ett batteri i kyla?

Det finns inget generellt svar.

Två batterier som står bredvid varandra vid samma temperatur kan ge helt olika resultat beroende på hur de är byggda och vad de används till.

Bland annat påverkar:

• batterikemin
• den exakta cellkonstruktionen
• temperaturen
• hur snabbt batteriet kylts ned
• laddningsnivån
• batteriets ålder och skick
• hur mycket ström apparaten kräver
• vilken lägsta spänning apparaten accepterar
• om batteriet har egen temperaturreglering.

Det är därför uppgifter som ”batterier tappar 20 procent i kyla” behöver tas med stor försiktighet.

Ett sådant värde kan vara korrekt för en viss battericell vid en viss temperatur och belastning, men ändå vara missvisande för ett annat batteri.

Ska man värma ett kallt batteri?

Ja, i betydelsen att man bör låta det återgå till en normal arbetstemperatur – men inte genom aggressiv uppvärmning.

Ett kallt batteri bör normalt få värmas gradvis. Tillverkarens temperaturgränser för användning och laddning är viktigare än en generell temperaturregel.

För litiumjonbatterier är det särskilt klokt att undvika hård laddning när batteriet är mycket kallt. Moderna produkter sköter ofta detta automatiskt genom att begränsa eller stoppa laddningen.

Om en telefon, ett verktygsbatteri eller en elbil känns märkbart svagare i vinterkyla betyder det alltså inte automatiskt att batteriet håller på att gå sönder.

I många fall är energin fortfarande kvar.

Kylan har bara gjort den svårare att få ut.