kdtran
SamH skrev for 5 timer siden:Men kanskje mer generellt, kan du si no om hva/hvordan "Passive single-cell Thermal Runaway protection" er og fungerer?
Det kan jeg absolutt!
Men jeg må starte med en liten innføring i batterikjemiene som typisk brukes i maritime energilagringssystemer (eller ESS som vi kaller det fra "New-Norsk" , ESS = Energy Storage Systems)
Energitetthet er kritisk for maritime energilagringssystemer.
I tillegg kommer faktorer som antall lade + utladningssykluser batteriet tåler, samt volumetrisk energitetthet inn som viktige kriterier. For kommersielle maritime applikasjoner har LiNMC vist seg å være den cellekjemien som per i dag gir den beste kombinasjonen av spesifikk energi, spesifikk effekt, kost, levetid, sikkerhet og ytelse.
Kort fortalt har Lithium, i kombinasjon med forskjellige andre aktive materialer, vist seg å ha positive egenskaper som gjør materialet svært godt egnet for bruk i industrielle batterier. Hvordan de aktive materialene er kombinert i en battericelle kalles cellekjemi. Eksempler på cellekjemi er LiFePO også kalt LFP (Lithium Iron Phosphate), LTO (Lithium Titanate) og LiNMC (Lithium Nickel Manganese Cobalt Oxide), og hver type cellekjemi har sine styrker og svakheter. Valget av hvilken cellekjemi en bruker i en gitt applikasjon er sterkt avhengig av operasjonsprofilen til den gitte applikasjonen.
Mer detaljert informasjon om dette kan en for eksempel finne her: https://batteryuniversity.com/learn/article/types_of_lithium_ion
Battericeller kommer i mange størrelser og formater. De mest vanlige battericelle formatene vises i figuren under:
LiNMC battericeller er lukkede celler.
Elektrolytten som brukes i LiNMC batterier er brennbar, og dersom battericellene mishandles vil det utvikles gasser internt i battericellen som igjen vil føre til en trykkøkning internt i battericellen.
Alle de seriøse produsentene av LiNMC battericeller har derfor inkorporert sikkerhetsmekanismer / "sikkerhetsventiler" i sine produkter som som sørger for at gassen slippes ut fra en gitt del av battericellen dersom det interne overtrykker overskrider en viss grense.
I tillegg til de sikkerhetsbarrierer som bygges inn i battericellene av cellefabrikantene, må vi som bruker disse cellene i våre batterilagringssystemer ha ett sterkt fokus på SYSTEM sikkerheten.
Noen eksempler på hvilke standarder vi må forholde oss til er gitt under.
I tillegg til disse kommer interne krav, samt krav gitt av de forskjellige maritime klasseselskapene så som DNV, Sjøfartsdirektorate, Lloyds Register, Bureau Veritas osv osv.
Batterisikkerhet
En av de større sikkerhetsrisikoene knyttet til en stor del av Li battericellekjemiene er faren for at battericellen skal bli utsatt for interne eller eksterne påvirkninger som overskrider de belastningene cellene er designet for å kunne håndtere, og at det som en konsekvens oppstår en ukontrollerbar intern temperaturøkning i battericellen.
En slik ukontrollerbar temperaturøkning kaller vi Termisk Rømling på Norsk eller Thermal Runaway på Engelsk.
På samme måte som en bensin eller dieseltank er energilagringsenheter, så gjelder det samme for batterisystemer.
Energilagringsenheten må designes på en slik måte at en har kontroll på energien som er lagret inni den.
Det er ett betydelig energipotensiale internt i en energilagringsenhet, og energien kan slippes ut på to måter.
- Kontrollert
- Ukontrollert
En tank som inneholder brennbart materiale skal være designet for å holde tett der den er installert, men vil være sårbar for ytre hendelser som direkte påvirker tanken, f.eks. ekstern brann/kraftig ekstern varmepåvirkning, penetrering av selve tanken osv osv.
Avhengig av hva som er lagret i tanken kan det også være behov for aktiv kjøling, trykksetting osv av innholdet for at dette skal holdes under kontroll.
Det samme gjelder for ett maritimt batterisystem.
Batterisystemene skal være designet for å holde kontroll på energien som er lagret i battericellene, og skal i tillegg være laget slik at de mest sannsynlige interne hendelsene holdes under kontroll.
En TR hendelse er en typisk versjon av det siste, og anses å være en av de mest kritiske hendelsene en kan ha i ett batterisystem.
Hvor volatil en spesifikk battericelle er for TR avhenger av følgende forhold:
- Celletype og konstruksjon
- Cellekjemi
- Hvordan battericellen er integrert i ett batterisystem (da inkludert karakteristikken til Battery Management System BMS)
- Cellens tilstand (skader, aldring, etc)
Ca 65-90% av varmen som blir generert gjennom en komplett forbrenning av TR gass på celle nivå er direkte relater til elektrolytten.
Li batteribranner er vanskelige å slukke. Enkelte batterikjemier vil til og med generere oksygen under den nedbrytningen som foregår i forbindelse med en TR.
I tillegg genererer Li batteribranner høye temperaturer, om enn kun i den korte perioden selve TR hendelsen pågår i en enkelt battericelle (sekunder, ikke minutter). Temperaturene som genereres av en TR kan i enkelte tilfeller være høye nok til å smelte stål.
Ett eksempel på gass komposisjonen av brennbare gasser som slippes ut i forbindelse med en TR er vist under.
Merk at mengden gass som slippes ut er direkte avhengig av batteriets ladetilstand (SOC)
Maritime LiNMC batterier opereres typisk i ett ladeområde mellom 20 - 80% SoC
Hvordan beskytter vi batterisystemene mot at en TR hendelse sprer seg
En TR hendelse i ett batterisystem er kritisk. Battericellene står typisk tettpakket i en batterimodul, og varmen som generes i forbindelse med TR i en celle kan derfor potensielt spre seg til omkringliggende celler slik at disse også går i TR.
Enkelt forklart tillater klasseselskapene 2 forskjellige tilnærminger til hvordan en skal beskytte ett batterisystem mot en TR hendelse som er forårsaket av EN HENDELSE SOM STARTER PÅ ENKELTCELLE NIVÅ i batterimodulen.
Minimumskravet er at en tillater at en TR spres fra en celle til en annen internt i en batterimodul, men hendelsen skal ikke spre seg til omkringliggende batterimoduler.
Alternativ 2 er å designe batterimodulene på en måte som sikrer at battericellene isoleres termisk fra hverandre, slik at varmen fra en TR som oppstår i en celle, f.eks. på grunn av en defekt i cellen, IKKE spre seg til omkringliggende celler.
Alle Corvus Energy sine produkter er DNV typegodkjente, og er designet med en passiv TR beskyttelse på battericelle nivå.
Hvordan skal en oppføre seg ved mistanke om batteribrann i ett Lithium batteri
- Noen batterier inneholder eller kan slippe ut syrer nå de blir skadet
- Batterier vil slippe ut giftig eller irriterende gasser og røyk under en TR hendelse.
- Det mest vanlige saltet som brukes i elektrolyttene i slike batterier (LiPF6) vil brytes ned og danne flussyre (Hydrofluoric Acid, HF) dersom saltet kommer i kontakt med vann. Denne gassen er svært skadelig.
På generelt grunnlag dersom en opplever en Li-Ion batteribrann i el-bil. PC, elektrisk sparkstøtting, mobiltelefon e.l.:
- HOLD AVSTAND!
Dersom en TR hendelse propagerer, så kan battericeller bli skutt ut fra batterimodulene tilsvarende som raketter ut fra ett rakettbatteri (Søk på "Rich Rebuilds Tesla battery fire" på Youtube så ser dere hva jeg mener)
- Ikke innhaler gasser eller røyk fra hendelsen
- Ring brannvesenet og informer dem om at ett Li-ion batteri brenner
- Dersom en er tvunget til å prøve å slukke brannen, bruk kun ferskvann og da MYE av det. Elektriske sparkstøttinger o.l. som brenner kan med fordel slippes oppi en tønne med ferskvann. Bruk for all del ikke saltvann!! Bruk av saltvann som slukkemiddel i en slik batteribrann vil eskalere hendelsen betraktelig. Skum og pulver vil ikke ha noen effekt overhode.
- Etter at brannen er slukket, VENT!.. LENGE!!
Det kan fremdeles pågå eksoterme hendelser i battericeller internt i batterimodulen.
Vann brukt til slukking kan ha forårsaket interne kortslutninger i batterisystemet som igjen kan starte TR reaksjoner.
Det ble langt dette her, men jeg håper at det er belysende og svar på spørsmålet.
Mvh
Kdtran
