Utvecklingen av nya batterier går i en rasande fart. Försöken att ständigt hitta bättre batterier innebär också att innehållet i dem förändras vilket ställer allt större krav på säkerhetstestning. RISE har både expertis och infrastruktur för att hjälpa tillverkare att säkerställa att de batterier som används är säkra. Hösten 2023 öppnade RISE ett världsunikt labb för säkerhetskritisk batteriprovning.
Världsmarknaden för batterier är under kraftig tillväxt, och beräknas nå ett värde av drygt 310 miljarder dollar 2027, mycket tack vare det ökade fokuset på ren energi och elektrifierade fordon, enligt en rapport från Research and Markets. Batterier har kommit att bli en viktig nyckel för hur vi ska lösa klimatkrisen och jakten på att skapa allt effektivare batterier pågår oavbrutet. Men innan ett batteri släpps på marknaden måste det testas, särskilt ur säkerhetssynpunkt.
Sedan hösten 2023 finns ett världsunikt labb för säkerhetskritisk batteriprovning i Borås. Här utsätts batterier för vibration, mekaniska stötar, extrema temperaturer och provoceras för att garantera säkerheten och godkännas inför marknadsintroduktion. I labbet får kunder tillgång till en världsledande och explosionssäker testmiljö samtidigt som de drar nytta av RISE långa erfarenhet och expertis inom batterier. Att prova batterier hos RISE innebär en tids- och kostnadseffektiv batteriprovning med största möjliga omtanke om miljön.
– Vi testar alla typer av batterier och utsätter dem för olika påfrestningar. I labben kan vi i en säker miljö utsätta dem för extrema scenarier, såsom överladdning eller värmepåverkan, för att mäta vilka gaser som släpps ut, vilken energi som frigörs eller hur ett brandförlopp ser ut. Vi kan också utsätta batterierna för mekanisk påfrestning, för att se hur olika skador kan generera termisk rusning, säger Max Rosengren, batterisäkerhetsexpert på RISE.
Batterikapacitet ett konkurrensmedel
Idag är batterikapacitet en konkurrensfördel och ett viktigt argument när en konsument ska välja mellan olika produkter och varumärken. Det innebär att batteritillverkarna ständigt utvecklar batterierna, något som i sin tur ställer större krav på testning.
– Vi ser ständigt nya typer av battericeller nå marknaden, och när det händer krävs ny testning, säger Max Rosengren. Vi kan inte förlita oss på tidigare genomförda tester eftersom innehållet i batterierna ser annorlunda ut.
Kraven på tester och säkerhetssystem för batterierna varierar beroende på hur de ska användas. Men oavsett användning behöver tillverkarna av batterier ha goda kunskaper kring skydd, lagring och övervakning.
– I fordonsindustrin, där kraven på tester är högre, är batteridesignen och säkerhetssystemen ofta av bättre kvalitet än vad vi ser i andra branscher, exempelvis hos billigare fritidsprodukter, säger Max Rosengren.
Vi ser ständigt nya typer av battericeller nå marknaden
Skydd i både batteri och produkt
Vid tillverkningen av batterier integreras olika former av skydd i batteriet och i produkten där batteriet ska sitta. Det man främst vill skydda batteriet ifrån är så kallad ”termisk rusning” där en cell överhettas och kan producera giftiga och brännbara gaser. Värmen och den eventuella antändningen av gaserna leder lätt till att närliggande battericeller ”rusar” och ett eskalerande scenario som måste förhindras.
– Du har skydd där spänning och temperatur övervakas och sen finns det även inbyggda mekaniska skydd i battericellerna där en del kopplas ifrån om något sker, så att energin varken kan gå in eller ut ur cellen, säger Max Rosengren.
RISE testning av batterisäkerheten handlar till största delen om vad som händer när dessa inbyggda skydd inte fungerar.
– Inträffar ett scenario som du förutsett så finns det ofta ett skydd mot det, säger Max Rosengren. Men ibland sammanfaller flera olika fel som gör att man kan få oväntade och dramatiska händelser.
Nya användningsområden medför nya risker
En aktuell säkerhetsrisk där allvarliga incidenter kan uppstå är när begagnade batterier flyttas från ett användningsområde till ett helt annat.
– Ett begagnat batteri från ett elfordon som krockats kanske säljs vidare och för att användas i en solpanelanläggning. Då används inte bilens övervakningssystem längre utan det är solpanelanläggningens system som ska övervaka batteriet, och här kan det uppstå brister, säger Max Rosengren.
Även fordonskrockar där elbilar är inblandade är en situation där brand kan uppstå. Dock menar Max Rosengren att batteriernas placering i elbilarna innebär att sannolikheten inte är alltför stor och att tillgänglig statistik pekar på att sannolikheten för brand inte är större än vid krock med konventionella fordon.
Faktum är att brandincidenter som involverat elbilar oftast kunnat härledas till andra orsaker än just batteriet. Detta är en viktig detalj ur säkerhetssynpunkt, med tanke på att en ”termisk rusning” är väldigt svår att stoppa.
– Eftersom batteriet ofta är placerat lågt är det inte säkert att det blir involverat i branden särskilt snabbt. Från försök kan man se att det ofta tar över 30 minuter och att bilen är helt övertänd innan batteriet involveras, säger Max Rosengren.
Försök på RISE har även visat att storleken hos elbilbränder är i samma storleksordning som hos bränder i konventionella fordon.
Det är med andra ord inte nödvändigtvis så att elbilar är mer brandfarliga, eller att konsekvenserna är större i de fall då de faktiskt fattar eld. Däremot är riskerna annorlunda och nya för oss att hantera. Till exempel det faktum att de kan vara väldigt svåra att släcka eller att det vid termisk rusning snabbt kan genereras gaser. De kan vara väldigt giftiga och kan orsaka en explosion.
Elbilar kräver annorlunda hantering
– För att en termisk rusning inte ska sprida sig till de andra battericellerna måste du kyla batteriet. Vatten fungerar bra för kylning om det går att komma åt batteriet. Men en battericell som redan satts i termisk rusning går inte att stoppa och kan fortsätta att generera värme även helt nedsänkt i vatten. Kylningen kan däremot stoppa ytterligare spridning, säger Max Rosengren.
Att släcka flammorna från ett batteri är dock inte alltid den bästa lösningen. Det kan innebära att de brännbara gaserna som produceras kan ansamlas och sedan orsaka en explosion. Risken ökar om bilen står i ett garage eller i ett annat tillstängt utrymme.
Har gaserna från ett rusande batteri väl börjat brinna är sannolikheten för explosion relativt liten enligt Max och släckningsarbetet handlar då främst om att förhindra spridning.
– Det krävs rätt blandning av brännbar gas och luft för att det ska kunna ske en explosion, och därför är det inte särskilt sannolikt vid en öppen batteribrand, säger Max Rosengren och fortsätter. Viktigt är dock att aldrig stå nära en batteribrand. Liksom all annan brandrök är rök och gaser från batterier giftiga och kan orsaka allvarliga skador – även små batterier.
Elbilar måste också hanteras annorlunda efter en krock. Eftersom det kan vara svårt att avgöra batteriets status har det hänt att elbilar börjat brinna långt efter kollisionen, vilket gör efterhanteringen komplicerad.
