Batteribrann i hybridbåt

[Ida Marie III]

GURIMALLA skrev 44 minutter siden:

Båten ligger på industribrygga på Jarlsø. Iflg TB startet brannen i batterirommet, så da er det nok i batteriene og/eller ledningene det startet.

 

Nå må du ikke banne i kirken...

Da får du litium menigheten på nakken...

[SamH]

kdtran skrev for 20 timer siden:

Jeg kommer ikke til å delta i denne diskusjonstråden eller svare på spørsmål som er relater til denne hendelsen.

Hvilket jeg har all forståelse for.
Men kanskje mer generellt, kan du si no om hva/hvordan "Passive single-cell Thermal Runaway protection" er og fungerer?
 

[Euromatic]

SamH skrev for 4 timer siden:

Hvilket jeg har all forståelse for.
Men kanskje mer generellt, kan du si no om hva/hvordan "Passive single-cell Thermal Runaway protection" er og fungerer?
 

Tor ikke du får noe mer ut av ham. Når du jobber i et børsnotert selskap kan det bli dyrt å si noe feil.

 

Til det du spør om er det generelt slik at batteribanken er designet slik at en celle kan kortslutte og brenne uten at resten cellene tar skade. Her vil isolasjon og plass mellom celler være viktig. Dette er nok testet av DNV og av akseptabel kvalitet.

 

Jeg gjetter på at batteriovervåkningssystemet har fått falsk informasjon om cellespenning og at dette kan ha gitt flere celler på samme nivå, en skade som har gitt varmgang ved over eller underspenning.

 

Før man peker for mye på batteribanken så er det flere alvorlige hendelser på dette skipet som har vært medvirkende til ulykken.

 

Skipet mistet all fremdrift. Dette er kritisk og skal ikke skje selv ved en brann i en batteribank.

Her skal det være redundans i fremdriftsystemene.

 

AIS sender sluttet å sende når brannalarmen gikk. Dette er kritisk informasjon til redningstjenesten som forsvinner.

 

Jeg er redd at for mye utstyr ble koblet ned automatisk når brannalarmen gikk, inkludert støttesystemer som vifter og eventuelle varmepumper som skal holde batterirommet temperert. Her kan man ha bommet fullstendig om hvilket utstyr/tjenester som skal stenges automatisk  av ved kritiske hendelser.

 

 

[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

 

 

 

 

 

 

Redigert 13.Mars.2021 av kdtran (see edit history)

[Profondo]

Om opplysningene Euromatic beskriver er riktige, så er denne båten skremmende lite egnet til å frakte folk.

 

 

 

[Ida Marie III]

 

 

kdtran skrev 54 minutter siden:

Bruk for all del ikke saltvann!! Bruk av saltvann som slukkemiddel i en slik batteribrann vil eskalere hendelsen betraktelig.

 

De fleste båter flyter i saltvann ...

Dette høres ikke betryggende ut ved et havari på sjøen...

 

 

kdtran skrev 54 minutter siden:

  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

 

 

Hva vil skje om et slikt batteri komme under saltvann   ? F.eks et delvis havari...

[Mulligan]

Euromatic skrev for 2 timer siden:

Her skal det være redundans i fremdriftsystemene.

Tja, er det krav til redundans på slike skip?

[SamH]

kdtran skrev for 1 time siden:

Det ble langt dette her, men jeg håper at det er belysende og svar på spørsmålet.

 

Takk skal du ha, det ga et lite innblikk.
Jeg formoder at med individuell termisk celleisolasjon der er også et tilsvarende kjølesystem, væskebasert? 
Det burde gi en svært god kontroll på batteriene når ting ellers er på stell, og jeg tenker kanskje årsak til at batteriene i Brim ikke har tatt helt av allerede.
 

Vi som bygger egne LFP-forbrukspakker gir jo ikke så ofte kjøling veldig mange tanker. (Markeds)hypen går også av en eller annen grunn mer i retning av oppvarming for ferdigpakkene, og mot lading i ekstremlave temperaturer.
 

Kjølingen for LFP-batteriene "våre" håndteres ved å la BMS ta banken offline, og den kjøler seg selv passivt som en enhet. Noen av cellene, feks Winston, har ribber som gir distanse mellom cellene, og også kan skape en viss luftsirkulasjon, ellers pakkes de tett sammen og komprimeres noe for å unngå svelling.
Jeg burde antagelig satt min 2P4S-bank på en ristanordning så jeg får litt sirkulasjon imellom cellene nedenifra. Om ikke annet så for feelgood. 
 

Krysser fingra for at reder og dere kommer ut av dette i god behold, og at det i det minste er verdi i erfaringene dere gjør med denne hendelsen.  
 

[Bitteliten]

Kjenner at Lithium ikke frister å ha ombord ......

detber sikkert nesten helt sannsynlig at det brenner  men konsekvensene er ikke akseptable

[Ida Marie III]

Et batteri som etter sigende kan leve sitt eget liv, og antenne en slik brann...riktig nok veldig sjelden...kan ikke sammenlignes med diesel/bensin/propan osv...slik enkelte gjør...

Ingen av de sistnevnte energikildene er farlig, med mindre de behandles helt feil av bruker...

Slik jeg forstår det, kan en feil i batteriet oppstå uten feilbehandling av bruker, og sette i gang en brann som blir virkelig farlig om den får kontakt med sjøvann...

 

[SamH]

Ida Marie III skrev 30 minutter siden:

sammenlignes med diesel/bensin/propan

NMC er vel ikke sammenlignet her med det.

Virker som batteriuniversity-linken som allerede er postet i tråden flere ganger, tåler å bli postet igjen. 
https://batteryuniversity.com/learn/article/types_of_lithium_ion

[Mulligan]

Ida Marie III skrev On 13.3.2021 at 19.53:

Et batteri som etter sigende kan leve sitt eget liv, og antenne en slik brann

Nå vet vi ikke at det er brann i batteriet. Jeg mistenker at det er ei tavle siden båten brått ble lagt død.

Også er det sånn at disse batteriene begynner ikke å brenne helt av seg selv. Det må en ytre påvirkning til så som et slag eller varme. Og slike batterier er godt beskyttet. Ved garasjebrannen på Sola tok det ikke fyr i batteriet på en eneste elbil.

Nå holder de forresten på å fylle båten med nitrogen for å drive ut eventuelle brennbare gasser.

[Chiefengineer]

Mulligan skrev On 13.3.2021 at 18.24:

Tja, er det krav til redundans på slike skip?

 

Nei det er det normalt sett ikke. Moderne passasjerskip av større type bygges i dag med "Safe return to port" systemer etc. med redundans men man trenger ikke bygge en liten fjordbåt med letteste klassifisering til slike krav. En annen ting er at det er interessant hvordan nødkraftforsyningen er oppbygd, brannpumpesystemene osv.

Her spørs det om man har valgt å gå for den aller enkleste og billigste løsningene som tilfredsstiller skipets fartsområde og passasjersertifikatstørrelse.

 

Med nye fartøystyper/fremdriftssystemer følger det enkelte ganger a'ha opplevelser der man får seg vekkere etter hendelser slik som brannen i batteriferga noe tidligere. Slikt kan resultere i endrede krav der ikke ting var forutsett i tilskrekkelig grad i forkant.

[Ida Marie III]

 

 

Mulligan skrev for 2 timer siden:

Også er det sånn at disse batteriene begynner ikke å brenne helt av seg selv. Det må en ytre påvirkning til så som et slag eller varme.

 

 

Vel om du leser kdtran sitt innlegg lengre oppe, så er jo disse batteriene rene " bomben " om de kommer i kontakt med litt sjøvann...

Han er jo som jeg forstår fagmann på dette feltet...

[Chiefengineer]

Her er det litt lesestoff fra Sjøfartsdirektoratet etter en tidligere batteribrann: https://www.sdir.no/sjofart/regelverk/rundskriv/batteribrann-med-pafolgende-gass-eksplosjon/

[Mulligan]

Ida Marie III skrev for 1 time siden:

el om du leser kdtran sitt innlegg lengre oppe, så er jo disse batteriene rene " bomben " om de kommer i kontakt med litt sjøvann...

Dersom elektrolytten kommer i kontakt med sjøvann ja.

Den er vanligvis godt innkapslet.

[slettet]

 

Eksempel på overlading av tesla batteri - 2 moduler.

 

 

[Chiefengineer]

At disse energibombene er eksplosive saker med høyt skadepotensiale om de kommer ut av kontroll er vel hevet over enhver tvil.

[BØstrøm]

GURIMALLA skrev On 13.3.2021 at 9.43:

Hvilken dynamo bruker du for lading av batteriene?

Har en Balmar Large Case/house på 210 A, og en Balmar normal  på 150A. Begge med MC regulator. Trekker ikke mer enn ca 80A max på 150A dynamoen, og den lader på blybanken min. 210A dynamoen lader Lithium. 

[Euromatic]

Da går det sterke rykter fra noen som har vært inne i MF Brim at hele batteribanken er brent opp. Det ser mørkt ut for systemer som skal stoppe termisk rømming.

[Kaffelars]

Mulig også konstruksjonen ikke var sjøsikker nok, dette skjedde vel i liten kuling, sikkert litt bølger og mye bevegelse i skuta som kan ha svekket koblinger, skranglet på modulene og foråsaket ekstern overoppheting med elektrisk brann til følge, selv om modulene internt er bra designet.

 

Om modulene brenner, er vel eneste løsningen for å berge resten at de er montert i en egen moonpool med ejektorfunksjon :)

[Fru Jacobsen]

Mulligan skrev On 13.3.2021 at 18.24:

Tja, er det krav til redundans på slike skip?

 Nei

[Bergen]

Gir pålegg til søsterskip etter batterihendelsen på Brim - Sjøfartsdirektoratet