Master i å kortslutte battericeller

Saken er skrevet av Nils Olav Mevatne, og ble først publisert av Brennaktuelt.no. 

Ådne Lunestad har bachelor i brannsikkerhet ved Høgskolen på Vestlandet (HVL) i Haugesund. Nå har han som en del av masteroppgaven ved HVL gjennomført en rekke branntester i en testrigg for batteribrann hos FFI.

I fjor fikk han deltidsjobb hos Sjøfartsdirektoratet og arbeider med fiskefartøy ved siden av studiene.

- En kollega i Sjøfartsdirektoratet vekket interessen min for brann i batteri på båter, sier Lunestad.

Brannsikkerhet i skott, brann og sikkerhetsplaner, norske og internasjonale regler er et omfattende felt hvor ny risiko oppstår når skipene får flere batteri og gradvis elektrifiseres.Lunestad sier at det er viktig å utrede farene ved de nåværende slukkesystemene, fordi behovet for mer kunnskap er stort.

- Dette er en spennende utfordring og et nytt felt det bør forskes på. Jeg har ikke angret et sekund på at jeg startet prosjektet, og vil fortsette med forskning innen batteriteknologi etter endt master, sier han.

Bakgrunn og gjennomføring

En kjølig dag i februar sitter Ådne og veilederen hans, førstelektor i brannsikkerhet Arjen Kraaijeveld fra HVL Haugesund i et testbygg hos FFI. De skal starte en serie tester som vil ta flere dager å gjennomføre. Arbeidet er nøye planlagt og innebærer kontrollert overvåkning av eksplosjoner og giftige gasser.

FFI har de beste testfasilitetene ved slike forsøk, og forskerne har sett frem til dette. Spesialutstyrte containere med høyhastighetskamera og omfattende overvåkningsutstyr gjør eksperimentene trygge for menneskene og omgivelsene.

Formålet med forsøkene er å finne ut mer om hvordan cellene oppfører seg i en atmosfære med redusert oksygen. Å inertisere et batterirom kan være en effektiv måte på å begrense brannspredning mellom battericeller. Derfor ble det gjennomført en rekke forsøk der alle parametere var like bortsett fra oksygen innholdet i containeren.

Høy sikkerhet

- Vi klargjør etter prosedyrer og lukker containeren med battericellen, forteller Lunestad.

- Vi sitter i et lukket bygg rundt 12 meter unna, da området er stengt av for å ha en høy sikkerhet.

- Det første vi gjør er å tilføre Inergen-gass i containeren for å redusere oksygennivået. Deretter trykker vi på fjernutløseren slik at battericellen kortslutter, forklarer han videre.

Det er montert aluminiumsplater rundt cella for å måle temperatur og energi fra varmen som utvikles i cellen. Battericellen er fulladet før testing fordi dette gir den mest voldsomme reaksjonen.

En spiker stemples inn i midten av battericellen så den kortslutter og starter en eksplosjonsartet brann. Selv om det er sjeldent, kan en slik kortslutning oppstå internt i battericeller.

Flammene varer i 30-60 sekunder til gassen er brent opp. Først oppstår et gnistregn som antenner gassene som blir frigitt fra cella. Vanligvis slår flammene opp fra midten av battericella, men det kommer også jet-flammer ut fra hver pol.

Det måles temperaturer fra 600–800 grader Celcius i flammene ut fra polene på cellen, og spenningen i cella faller umiddelbart til null etter kortslutningen. Temperaturen i aluminiumsplatene måles rundt 200-300 grader Celsius.

- De største battericellene er på størrelse med en stor sjokoladeplate og slike celler brukes blant annet i ferger og maritim sektor, sier Lunestad.

Framprovosere kortslutning

- Vi bruker også varmeelement for å fremprovosere kortslutning i battericellen, beskriver Lunestad.

Et varmeelement gir en jevn økning av temperaturen og ser ut til å skape mer røyk og gasser enn når battericellen kortsluttes med en spiker. Når temperaturen blir høy nok oppstår gnister og flammer fordi varmeutvikling i battericellen vil foregå på samme måte som ved kortslutning. Brannforløpet varer lengre dersom det avgis mer brennbar gass av battericellen enn metoden med spiker.

Det er vanskelig å legge en god strategi for en batteribrann i et batterirom. Forskere må tenke nytt for å håndtere de giftige og brennbare gassene og eksplosjonsfaren. Når denne artikkelen skrives ligger skipet «Felicitiy Ace» i flammer utenfor Azorene med 4000 biler ombord, der mange av dem er el-biler. Mannskapet har forlatt skipet som er innhyllet i en sky av giftig røyk.

- Et skip med mange elbiler stod nylig i brann, sier Lunestad.

- Fyller en på med masse vann så kan skipet bli ustabilt, få slagside og potensielt synke. Det vil føre til at giftige stoffer skyller ut i sjøen, mens hvis en lar det brenne ut så kan det frigis giftige gasser i atmosfæren, sier han.

Brannen kan ha startet i en elbil og spredd seg videre. En annen del av grunnen til at slokkearbeidet var så vanskelig er nettopp problematikken med brann i li-ions batteriene på de elektriske bilene om bord.

Dessverre sank skipet til slutt og det gav omfattende utslipp i sjøen.

Mer informasjon

Senter for sjøsikkerhet ved HVL er en dynamo for formidling av forskning innen maritim næring, knyttet til sikkerhet, miljøvennlige løsninger og fremtidige løsninger på Vestlandet og i Rogaland. Sammen utvikler de ny kunnskap som bidrar til å løse kompetansebehovet i den grønne omstillingen i maritimt næringsliv.