Hybride og elektriske skip har blitt ett viktig vekstområde for en rekke industrier i Norge. Ved å elektrifisere skip kan man redusere energiforbruk og utslipp av CO2, NOx og partikler fra skipene betydelig. De største installerte batterisystemene er så langt på flere MWh elektrisk energi og konsekvensene ved en brann kan være katastrofale. Aldring av battericellene kan i mange tilfeller bidra til at batteriene blir mer ustabile og påvirke sikkerhetsegenskapene betydelig.
Dette prosjektet bygger fundamental kunnskap om sikkerhetsegenskapene for nye og aldrede Li-ion celler. Li-ion cellene som brukes i maritime anvendelser krever et stort antall ladesykluser og en levetid langt over forventet levetid i elektriske biler. Det er lite tilgjengelig kunnskap om sikkerhetsegenskapene til store aldrede Li-ion celler. Dette prosjektet øker denne forståelsen ved å fokusere på både kalde og varme temperaturer (0 og 50 °C).
Komplekse levetidstester for en stor Li-ion celle som benyttes i den maritime industrien er utført med fokus på både lagrings og syklingslevetid. I studien ble det samlet inn komplekse batteridata og en rekke aldringsbetingelser ble studert. Dette omfattet både temperatur, strømstyrke, spenningsområde og ladetilstand. Disse komplekse dataene er blitt benyttet til å finne årsakene til aldringen ved hjelp av diagnostiske teknikker. Basert på batteridataene ved aldring og karakterisering er en empirisk levetidsmodell utviklet for å kunne forutsi aldringsforløpet basert på testbetingelsene. En fysisk batterimodell er parametrisert på samme celle for å øke forståelsen for batteriet, batterilevetida og temperaturutviklingen i batteriene.
Brannegenskapene til de samme store Li-ion cellene er også utforsket og sikkerhetstester av aldrede celler viser at Li-ion celler aldret ved lave temperaturer (5 °C) og høye ladestrømmer kan ha betydelig mer ustabile sikkerhetsegenskaper enn celler aldret ved høyere temperaturer. Det er også utført målinger av utviklet varme fra brann i Li-ion cellene ved forskjellige ladetilstander og aldringstilstand.
En rekke av resultatene fra dette prosjektet kan beskrives å være nye funn som har gitt ny kunnskap. Det er spesielt viktig å forstå når en Li-ion celle blir termisk ustabil, og det å kunne påvise dette vil være meget viktig. Resultatene kan også bidra til å velge om man kan gjenbruke Li-ion celler i en ny applikasjon eller om man bør resirkulere cellene i stedet. Hvis funnet om tidlig påvisning av en sikkerhetskritisk testbetingelse viser seg å være reproduserbar, så kan dette ha stor betydning for videre diagnostikk av Li-ion celler. Denne nye kunnskapen kan industripartnerne muligens implementere i sine batteristyringssystemer for å forbedre diagnostikken i disse. Det vil til slutt også være nyttig for resten av forskningsfeltet og samfunnet å få forbedret kunnskap om sikkerheten av store Li-ion celler.
Det er også utviklet nye metoder for å analysere batteridata som øker kvaliteten av analysene betydelig. Dette har også gjort det mulig å analysere data fra tidligere prosjekter på nytt og gitt ny innsikt fra gamle data målt i tidligere avsluttede prosjekter. I framtidige prosjekter vil metodene utvikles kontinuerlig videre for å oppnå enda høyere kvalitet på data-analysene fra batteritesting.
The electrification and hybridization of ships with Li-ion batteries has gained momentum becoming an important new business area for several industries in Norway. There is a large potential of reduction in energy consumption and emissions of CO2, NOx and particulate matters through electrification. The largest battery system for a ship currently built stores several MWh of electric energy. The consequences of a fire in such a system can be catastrophic. The degradation and ageing of Li-ion batteries will in many cases contribute to reduced thermal stability. This can potentially affect the safety performance of the batteries.
This project relates to building in-depth knowledge for safety aspects of new and aged Li-ion batteries. The batteries are intended for use in maritime applications with a strong requirement for long cycle and calendar life. The knowledge of safety aspects on aged Li-ion cells is scarce. This project will increase the understanding of the safety of large Li-ion battery cells aged at both freezing conditions and high temperatures. The fire properties of both cells and modules will be also investigated. Based on collected battery data, mathematical models will be developed to understand battery life and battery temperature.