Nya krav när litiumjonbatterierna tar över

Mer energi med mindre volym . har fått marknaden för litiumjonbatterier att explodera.
I dag flyttar tekniken in i de flesta nya elektrifierade applikationerna, men det finns risker.
– Problemet är att alla inte riktigt tar höjd i sin produktutveckling för att skapa säkra batteripack, säger Maria Hellqvist Kjell, doktor i litiumjonteknik och batterispecialist på konsultbolaget Etteplan.

Maria Hellqvist Kjell har varit med från 2008 och disputerade på litiumjontekniken redan 2013 . I dag är hon en av sex batteriexperter på Etteplan, som hjälper näringslivet att utveckla säkra applikationer med litiumjonteknik. Hon pratar om ett paradigmskifte, från traditionella alkaliska batterier och blybatterier till den nya litiumjontekniken.

– Alla vill ju använda litiumjonbatterier eftersom de ger så mycket mer energi i förhållande till volym, men det är inte bara fördelar, det finns också nya risker som man måste ta höjd för.

Hon pratar om termisk rusning, en okontrollerbar frigörelse av battericellens energi, som kan leda till bränder som är närmast omöjliga att släcka.

– Jag skulle säga att riskerna generellt är små, men konsekvenserna kan bli väldigt stora, menar Maria Hellqvist Kjell

 

Hon lyfter bland annat fram Boeing och deras flygplansmodell Dreamliner som under 2013 hade problem med brinnande litiumjonbatterier. I stort sett alla inblandade kritiserades för branden som orsakades av en kortslutning i ett litiumjonbatteri. I den efterföljande utredningen såg man att varken myndigheterna eller Boeingingenjörerna hade tittat ordentligt på de potentiella riskerna och kollat ”worst case”-scenarion.

Oftast produktutveckling

Maria Hellqvist Kjell, Etteplan

I dag hjälper Maria Hellqvist Kjell företag med att undvika den här typen av problem. Ofta handlar det om ren produktutveckling, men det kan också vara en befintlig produkt där man vill byta energikälla.

– Ett vanligt projekt är en kund som bygger ett batterisystem och behöver definiera temperatur- och spänningsgränser för att batteriet ska vara säkert för den aktuella användningen.

Det kan också handla om att utföra vissa tester och framför allt se vad som behöver testas och hur.

Maria Hellqvist Kjell berättar att man skiljer på battericeller och batteripack. Den enskilda cellen är byggsten i ett batteripack.

– Ibland behöver man hjälp med att hitta en bra battericellsleverantör eller att byta sin gamla, då hjälper vi till.

Battericellerna viktiga

Just battericellerna är mycket viktiga för batteriets kvalitet och säkerhet. Det är inte ovanligt att ett företag lämnar över valet till en OEM, men det är inte alltid tillräckligt.

– Man bör själv göra en fabrikskontroll och en ordentlig utredning för att verkligen försäkra sig om att tillverkningskvaliteten är hög.

Hon berättar att ett genomgående problem hos många kunder är att de inte riktigt förstår att de här batterierna kan vara farliga. Även om det är ovanligt att batterierna börjar brinna måste man ta höjd för det i sin riskbedömning. Gör man inte det, då kan det vara farligt.

– Det har faktiskt hänt att vi har avrått kunder från att använda litiumjonbatterier till vissa specifika produkter.

Hon lyfter fram ett företag som ville producera ett ”smart luggage”, som även kunde fungera som ”powerbank” och ha en del annan intelligens. Då skulle bagaget checkas in vid flygresor och det hade inte gått på grund av den då gällande lagstiftningen.

Marias tips för säkrare produktutveckling med litiumjonbatterier:

  1. Identifiera tidigt vilka regulatoriska krav som föreligger och hur dessa kan komma att påverka design och konstruktion.
  2. Besluta på vilka marknader produkten ska säljas då kravbilden kan variera för olika delar av världen.
  3. Förstå din applikation och anpassa säkerhetsgränserna för batteriet efter hur det kommer att användas.
  4. Tänk på under vilka förhållanden kunden använder applikationen och välj utifrån det lämpliga battericeller som klarar de aktuella påfrestningarna och miljöerna.
  5. Använd battericeller av hög kvalitet (gör om möjligt en egen kvalitetskontroll av tillverkningen)

 

Allt tuffare regler

Lagstiftningen blir hårdare ju fler incidenter som sker och tuffast är den kring transporter med flyg, för det är där man sett de största konsekvenserna.

– Samtidigt utvecklas tekniken snabbare än de som skriver regler och standarder.

Hon lyfter fram transporter som ett viktigt, men ofta förbisett område.

– Eftersom litiumjonbatterier klassas som farligt gods får man inte skicka dessa hur som helst. Det måste man tänka på.

Hon berättar att det händer att hon stöter på en del som tycker att de har kunskap ”in house”. Ibland är det så, men det är ett komplext område där det ofta behövs djupgående kunskap.

– När man trycker in mycket energi i en liten volym, måste du ha koll på vad du gör.