Mobilens batteri: Så får du det att räcka längre

I många år var det enda vi brydde oss om när det kommer till mobilens batteri att det ska räcka så länge som möjligt. Tillverkarna gjorde sitt bästa för att svara på det, men två händelser gjorde oss uppmärksamma på att batteritekniken har sina begränsningar. 

Den ena var när Samsung blev tvungna att återkalla Note 7 för att man hade problem med exploderande telefoner. Säkerhetsmarginalerna hade pressats för hårt och defekta batterier kom ut i färdiga produkter. Den andra var när det visade sig att Apple stryper hastigheten på äldre mobiltelefoner för att de inte ska stänga av sig oväntat vid hög belastning, vilket i sin tur beror på att mobilernas batterier åldras långt fortare än många känner till. Apple bad om ursäkt för att man gjort det i hemlighet, men man använder fortfarande den tekniken även om man nu ger användare möjlighet att påverka hur och om den används.

Analog teknik

Till skillnad från det mesta andra i en mobiltelefon som är digitalt och förutsägbart innehåller batterierna kemiska processer som inte alltid låter sig styras så lätt. Den batterityp som används i dagens batterier heter litiumjon. Den används för sin höga energidensitet trots att den är relativt dyr jämfört med andra populära batteritekniker.

Typiskt för litiumjonbatterier är att de har en urladdningskurva med en spänning som börjar någonstans kring 4,2-4,4 volt och avtar långsamt medan batteriet laddas ur, fram till en brytpunkt där spänningen faller kraftigt till en nivå där den inte längre kan driva elektroniken.

Batteriets spänning styrs faktiskt också av gamla hederliga Ohms lag som de flesta av oss fick stifta bekantskap med i skolan. Det innebär att spänningen är proportionell mot strömmen och resistansen. När batteriet åldras ökar motståndet vilket leder till lägre spänning, vilket i sin tur gör att tröskelvärdet när spänningen faller till för låg nivå inträffar tidigare. Tar man ut mer ström minskar också spänningen, och det är därför Apples quick-fix för gamla batterier att minska telefonens prestanda fungerar för att hindra att telefonen stänger av sig för tidigt med gamla batterier. Man minskar helt enkelt strömuttaget genom att sänka processorns effekt för att därmed höja batteriets spänning.

Det finns två saker som litiumjonbatterier faktiskt kan sluta fungera av: Att laddas helt fullt och att laddas ur helt. Det här behöver du dock som användare inte fundera över. Det som anges som 0 och 100 procent på mobilens batteriindikator är förstås inte helt tomt eller fullt egentligen och telefonens elektronik ser till att batteriet aldrig riskerar att hamna i något av extremtillstånden. Mellan extremerna, säg 20 till 80 procents kapacitet, är batteriets egenskaper förutsägbara och det är i princip det som indikeras som 0 och 100 procents laddning på din mobils batteriindikator.

Minskade marginaler

Länge var förväntningarna på mobilerna allt längre batteritid i allt mindre format. Utvecklingen av batteriteknik är dock betydligt långsammare än övrig elektronik. Vi läser ibland om nya genombrott som ska ge bättre batterier i framtiden, men det tar lång tid att komma från forskning till kommersiell produkt. Litiumjonbatterierna började utvecklas på 70-talet, och tekniken var i princip färdig i mitten av 80-talet, men det dröjde till milennieskiftet innan tekniken kommersialiserats tillräckligt och litiumjonbatterierna på allvar började putta undan de äldre nickelmetallhydridbatterierna.

Det enda egentliga teknikgenombrottet för kommersiella laddbara batterier som skett sedan smartphonegenombrottet 2008 är det som kallas Lithium Polymer High Voltage, ett kisel-grafen-tillägg till batteriets anod som gör det mer stabilt vid högre laddspänning. Det har gjort att man kunnat höja den maximala spänningen i batteriet från 4,2 volt till 4,35 volt. Det låter inte som någon dramatisk skillnad, men det innebär i praktiken att man fortsätter att ladda batteriet 15-20 procent till efter det man tidigare räknade som fullt. Efter att denna teknik slog igenom för ett par år sedan har högre batterikapacitet främst uppnåtts genom att mobiltelefonerna har tillåtits bli större.

Nästa tekniska genombrott ser ut att ligga ett par år fram i tiden. Så kallade solid state-batterier ökar mängden litium i litiumjonbatterierna med en ny form av minuspol i fast form i stället för den mjuka pasta som används i dag. Idealet vore en ren litiumpol, men vid kortslutning skulle en sådan orsaka en kraftig explosion, och problemet man försöker lösa i solid state-batterierna är alltså att öka mängden litium utan att minuspolen blir så instabil att batteriet blir för farligt att användas kommersiellt.

Här har batteriutvecklingen fått sig en skjuts av att bilindustrin gett sig in i leken. Tesla sägs ha ett solid-state-batteri på gång, och Toyota har till och med aviserat att man ämnar att visa upp ett prototypfordon med solid state-batterier. Detta skulle ha skett på det uppskjutna OS i Tokyo sommaren 2020. Toyota säger dock själva att man räknar med att tekniken är kommersiell i mitten av 2020-talet. Volkswagen ger en liknande prognos för solid state-batterier medan andra biltillverkare är mer pessimistiska.

Samsungs debacle med Note 7 visade att det fanns goda skäl till de säkerhetsmarginaler som man omger litiumjonbatterier med. 

– Om du tittar på två batterier som kommer från samma lina vid samma fabrik vid samma tillfälle så kommer de att bete sig olika. Man kan inte bygga dem så uniforma att man inte får skillnader säger Kenneth Engestang, marknadschef på Qnovo, ett företag som utvecklat en teknik för att minska batteriernas åldrande vid laddning.

Dessutom vill man nu för tiden gärna att laddningen ska gå så fort som möjligt. Det åstadkommer man med snabbladdning där man använder högre strömstyrka för att ladda batteriet, vilket också sliter mer på det än vanlig laddning.

Ett litiumjonbatteri består vanligtvis av en katod av en metalloxid som kan ta upp litiumjoner, och en anod av grafit. Anod och katod skiljs åt av ett poröst plastfilter indränkt i ett lösningsmedel som innehåller lösta litiumsalter. När batteriet används vandrar litiumet i jonform från katod till anod, och processen reverseras vid laddning..

Vid användning åldras batteriet på flera sätt. Dels bildas en film på anoden i reaktion med det organiska lösningsmedlet och dess salt. Dels fastnar litiumjoner i katoden och försvinner ur cirkulation. Detta gör både att resistansen i batteriet ökar och att mängden joner som används vid uppladdning minskar. 

Dessutom brukar små gasbubblor uppstå i batteriet med tiden, vilket får batteriet att svälla. Först knappt märkbart, men med tiden kan det svälla så mycket att telefonen spricker, något säkert några av oss har upplevt med en äldre telefon någon gång eller i alla fall hört talas om.

Plätering

Om batteriet är skadat eller på annat sätt defekt kan ojämnheter uppstå i strömfördelningen i batteriet vilket gör att litiumjonerna inte går in i grafiten utan reduceras till metall på dess yta istället. Detta kallas plätering och kan resultera i att metallspikar tränger igenom separatorn så att man får en kortslutning vilket i värsta fall orsakar en explosion eller brand. Litium i ren metallform är dessutom lättantändligt, vilket ytterligare bidrar till brasan om luft skulle komma in i batteriet. Det här är troligen den vanligaste orsaken till mobilbränder, och en av två orsaker till att Samsung blev tvungna att återkalla Galaxy Note 7 (den andra var en dålig lödning).

Till en viss del är de här processerna ett oundvikligt slitage av batterierna.

– Det finns något som kallas kalenderåldring, när batterierna blir sämre av sig själva när de bara ligger. Denna åldring påverkas av temperaturen och laddningsgraden, säger Rakel Wreland Lindström, lektor i tillämpad elektrokemi på KTH.

Men till stor del påverkar sättet du använder batteriet hur snabbt det slits ut. Det är laddningen mer än strömförbrukningen som sliter på batterierna och hur du laddar spelar stor roll.

Snabbladdning av mobilen kan vara en välsignelse. På mindre än en halvtimme kan du ladda din mobil från nästan tom till att räcka resten av dagen. Men snabbladdningen har ett pris, för den fungerar genom att du laddar batteriet med högre strömstyrka, vilket kan slita betydligt mer på batteriet än “normal” laddhastighet. I synnerhet för den sista biten innan man nått 100 procents laddning.

Nyare snabbladdningstekniker kompenserar delvis för det genom att sänka laddhastigheten allteftersom man närmar sig full laddning. Som vi sagt kan dock batterikvaliteten variera rejält med nyare batterier med högre maximal spänningsnivå, och beroende på hur mycket slitage det redan har. Den kompensation som snabbladdare använder sig av är med andra ord inte alltid tillräcklig.

Företaget Qnovo har utvecklat en teknik som i korthet går ut på att batteriets hälsotillstånd mäts oavbrutet, och batteriet laddas med vad man bedömer är högsta säkra strömnivå efter omständigheterna (temperatur, batteriets åldrande med mera), detta för att man ska kunna snabbladda batteriet utan att behöva oroa sig för att slita ut det i förtid. Bland annat Sony och LG har använt Qnovos teknik i sina mobiler.

– Vi har en unik kunskap om vad som händer i batteriet varje sekund under hela laddcykeln, denna information kan även användas för att mäta batteriets hälsotillstånd, säger Kenneth Engestang.

Flera mobiltillverkare, som Xiaomi och Oppo har satsat hårt på snabbladdning som alternativ till längre batteritid i mobilerna, med högre och högre effekt på laddningen. Att det inte har varit problemfritt står klart. Xiaomi har till exempel visat upp en teknik för laddning med 100 watts effekt, men har själva gått ut och sagt att tekniken åldrar batterierna för fort för att den ska vara acceptabel. 

Xiaomis senaste teknik kallar de för MMT, eller Middle Middle Tab. Det innebär att man i stället för att fylla på laddning i ena änden av batteriet laddar det från mitten och åt bägge hållen. I praktiken blir det då som att ladda två små batterier parallellt i stället för ett stort. På så sätt kan man få upp laddhastigheten även när batteriet kommit närmare full laddning, och ändå behålla skonsammare laddning. 

Fullt sliter

Att ladda batteriet till fullt sliter också mer på batterierna, i synnerhet nu när “fullt” innebär högre spänningar än 4,2 volt som tidigare var gränsen. Qnovo har gjort en undersökning där man jämförde ett batteri som laddades fullt och laddades ur gång på gång med ett som aldrig laddades till mer än 95 procent. Efter lite mer än 300 laddcykler, det vill säga mindre än ett års användning för en vanlig användare, fick man ut mindre total kapacitet vid 100 procent för det batteri som laddats fullt än vid 95 procent för det batteri som aldrig laddats mer än så. Efter det fortsatte det fulladdade batteriet att tappa i kapacitet snabbare än det som bara laddades nästan fullt.

En tredje viktig faktor är temperaturen vid laddning. Litiumjonbatterier trivs bäst av att laddas i rumstemperatur. Batteriet i sig blir faktiskt inte nämnvärt varmt, varken vid laddning eller användning, men däremot kan elektroniken i telefonen bli det vilket påverkar batteriet. Till exempel trådlös laddning brukar kunna göra telefonen och därmed batteriet rejält varmt.

– Lägg inte telefonen på laddning direkt i solen i bilens framruta, tipsar Rakel Wreland Lindström på KTH.

Särskilt kombinationen varm och fulladdad är dålig för batteriet. Flera mobiltillverkare, bland annat Sony har experimenterat med en funktion där man känner av om du brukar lägga telefonen på laddning över natten, och i så fall mellan vilka tider. En annan variant är att telefonen känner av vilken tid du ställt väckarklockan på. Sedan ser man till att batteriet inte laddas till mer än 90 procent förrän en timme innan du brukar gå upp, då de sista 10 procenten laddas. Detta för att minimera tiden då batteriet är fulladdat.

– Det låter som en lösning som kan funka för att förlänga batteriets livslängd, tycker Rakel Wreland Lindström.

I sin jakt på högre batterikapacitet och snabbare laddning har tillverkarna offrat livslängden för batterierna. En del tillverkare räknar med att batterierna ska klara minst 1000 urladdningar från full till tom, medan andra sägs nöja sig med 500. De flesta tömmer sitt batteri på en dag, så 500 är ett och ett halvt års användning innan batteriet i telefonen börjar bli märkbart trött och kanske inte ens klarar av att hålla telefonen vid liv.

Det är rimligen tillverkarna och inte konsumenterna som ska lösa detta dilemma, men för dig som användare finns det ändå saker du kan tänka på för att förlänga livslängden på batteriet.

Råd för batterivård

Lämna inte telefonen i laddaren vid full laddning

Batteriet slits mest när det är helt eller nästan fulladdat, i synnerhet om det är varmt. Därför är det en bra idé att dra ur telefonen ur laddaren när den visat 100 procent, och framför allt ska man inte slentrianmässigt ha telefonen i laddaren när man inte använder den. Visserligen stängs laddningen av när telefonen är fulladdad, men då sjunker laddningen igen efter en stund och laddaren drar igång igen, så laddning pågår till och från även när batteriet är fulladdat.

Temperatur

Litiumjonbatterier trivs bäst i rumstemperatur, i synnerhet när de laddas. Ha inte telefonen liggande direkt i solen. Att ladda i temperaturer under 10 grader är inte heller att rekommendera, men det är å andra sidan ett mindre sannolikt scenario.

Snabbladdning

De flesta kanske inte har ett val om de vill snabbladda. Antingen är det en snabbladdare du har eller en vanlig laddare, och det är sällan en funktion du kan slå av eller på i mobilen. Men om du har fler laddare du kan välja mellan kan det vara en poäng att köra den vanliga laddaren, som sliter mindre på batteriet, på natten när det ändå inte är någon brådska.

Trådlös laddning

Trådlösa laddare laddar ofta långsammare än snabbladdare (även om trådlös snabbladdning börjar förekomma) vilket är bra för batteriet, men åtminstone vissa modeller blir väldigt varma vilket är dåligt för batteriet. Eftersom i synnerhet kombinationen fulladdad och varm är dålig för mobilbatteriet kan det vara en poäng att inte ladda riktigt fullt när du laddar trådlöst om laddaren eller telefonen blir varm när du gör det.

Småladda är helt okej

Det talas mycket om “laddcykler” när man diskuterar batteriernas livslängd, men då mäter man inte antalet gånger man lägger på laddning utan laddning av batteriet från tomt till fullt. Att ladda tio procent då och då sliter inte mer på batteriet än att ladda det från tomt till fullt. Tvärt om, om du håller dig i intervallet kring halvladdat batteri sliter det mindre än att ladda fullt, så småladda på!

I byrålådan

Har du en reservtelefon som bara ligger i byrålådan ska du se till att batteriet inte är urladdat när du lägger undan den. Mobilens batteri töms långsamt även när den inte används, vilket beror på att vissa funktioner i mobilen är aktiva även när mobilen är avstängd. Noll procent batteriindikator är inte tomt batteri, men om det fortsätter att laddas ur för mycket under noll procent kan batteriet skadas. Elektroniken ser då till att oskadliggöra batteriet så att inga olyckor händer, vilket innebär att du har en mobil som inte längre går att ladda om du inte byter batteri.

Nya telefoner brukar levereras med ungefär 50 procent laddade batterier för att det är en nivå som batterierna trivs med och kan ligga länge med utan att gå sönder. Det är därför också vår rekommendation på en lagom nivå att ladda till om du ska lägga undan telefonen ett tag. 

Gamla myter

Det finns ett par gamla myter om hur man bör och inte bör ladda mobilbatterier som inte stämmer. En del av dem härrör från när man använde Nickel-metallhydridbatterier i elektroniken, en batteriteknik som har helt andra egenskaper än litiumjonbatterier. Andra är rena missförstånd

Myt 1: Mobilens batteri måste laddas i flera timmar innan du använder den första gången.

Sanning: Mobilens batteri är oftast laddat till 50 procent när du startar den första gången. Det är en nivå litiumjonbatterier trivs bra med, och du kan välja att använda den med en gång eller ladda den mer, men det finns ingen anledning att ladda den till 100 procent och sedan fortsätta ladda den flera timmar till. Tvärtom slits litiumjonbatterier mer vid full laddning.

I manualerna till en del hemelektronik kan man fortfarande läsa att apparaten måste laddas i minst tolv timmar innan första användningen. Då rör det sig förmodligen om en apparat med Nickel-metallhydridbatterier. Dessa förekommer inte längre i mobiler.

Myt 2: Om du avbryter laddningen innan du laddat till 100 procent kommer batteriet inte längre att kunna ladda fullt.

Sanning: Den så kallade “minneseffekten” eller hysteres härstammar även den från nickelbatteriernas tid, och även där var det omstritt om ett batteri faktiskt “kom ihåg” en maximal laddningsnivå som sedan blev permanent trots att det inte var full kapacitet. Under alla omständigheter finns ingen sådan effekt för litiumjonbatterierna i mobiltelefonen.

Myt 3: Det är viktigt att batteriet laddar ur helt mellan varje laddning.

Sanning: Det här är förmodligen en slags förvrängning av myt 2. Litiumjonbatterier trivs bra med att vara halvladdade, oavsett om du laddar eller laddar ur. 

Myt 4: Dra ur laddaren när du inte använder den för att undvika brandrisk och inte slösa på ström.

Sanning: Moderna mobilladdare drar mycket lite när de är inkopplade men inte laddar. Sonys laddare till Xperia XA2 drar till exempel endast 0,03 watt. Du spar energi genom att dra ut dem, men det är mycket arbete för att spara el för motsvarande mindre än en krona om året.

All inkopplad elektricitet kan kortslutas och börja brinna, men historier om laddare som börjar brinna handlar nästan alltid om laddare i färd med att ladda mobilen, då de lätt blir varma. En laddare utan mobil i sig utgör förmodligen betydligt mindre brandrisk än mikrovågsugnen eller teven.