Scenario 1 - 53-fotscontainer

Samtliga beräkningar som inte redovisas i detta kapitel redovisas i Bilaga A.

I det första scenariot behandlas en 53-fotscontainer. Den är av dimensionerna 16m x 4m x 3,5m.

Denna container kommer att bestå av 24 stycken sammankopplade batteripaket, där varje enskilt batteripaket motsvarar 100 kWh, samt en slags styrenhet vars funktion är att styra samt övervaka batterisystemet. Dimensionerna för varje enskilt batteripaket är 1,3m x 1m x 2,2m och för styrenheten (SE) 1m x 1,4m x 2,2m. Överskådlig bild av detta visas i figur 10.

Figur 10: Överskådlig bild av 53-fotscontainer med 24 tillhörande batteripaket samt 1 styrenhet.

I varje batteripaket finns det 16 stycken hyllor och i varje hylla finns det två batterimoduler.

Varje enskild batterimodul består i sin tur av 450 stycken 45 gram, 3,6 V och 2,4 Ah cylindriska 18650 celler, vilket gör att antalet celler i varje hylla blir totalt 900 stycken och i varje batteripaket totalt 14400 st. Den totala förmågan för detta batterilager blir därför ca. 2,4 MWh.

Förtydligande över denna uppställning visas i figur 11 och 12.

Figur 11: Illustrering över hur varje hylla är placerad inuti respektive batteripaket. Bildkälla: Blum och Long, 2016.

Figur 12: Illustrering över hur varje modul placeras i respektive hyllplan. Bildkälla: Blum och Long, 2016.

Händelseförlopp

I hylla 9 på batteripack 13 sker det en kortslutning i en av cellerna varpå den kommer i termisk rusning. Det blir en kraftig värmeutveckling vilket så småningom leder till att intilliggande celler blir utsatta för så pass stor värme att de också kommer i termisk rusning. Det sprider sig också till hyllorna ovanför, hylla 10–16, vilket gör att samtliga celler även där kommer i termisk rusning. I detta tillfälle har alltså 7200 celler kommit i termisk rusning. Beräkning av mängd ventilerad gas vid termisk rusning hos 7200 celler med vikten 45 gram, tillsammans med värdet för NMC 1 ur tabell 2 ger:

7200 ∗ 0,045 𝑘𝑔 ∗ 215 𝐿/𝑘𝑔 ≈ 69660 𝐿 ≈ 69,7 𝑚^O

Det medför att en total mängd av 69,7 m³ av gas ventilerats ut ur cellerna. Den totala mängden luft i containern, med all inrednings volym borträknat, uppgår till 152 m³. Det betyder att fördelningen av gaser i containern ser ut enligt följande:

Tabell 14: Fördelning mellan luft och ventilerad gas i containern efter termisk rusning.

Ämne Fördelning

Luft 54,1%

Ventilerad gas 45,9%

Den ventilerade gasen upptar alltså 45,9% av containerns volym. Med värdena från försöket av NMC 1 ur tabell 3, kan fördelningen av de beräknade gaserna bestämmas. Fördelningen ser ut och beräknas enligt följande:

Bränslekoncentration, alltså den mängd utav brännbara gaser (i detta fall vätgas, kolmonoxid, koldioxid, metan, etylen & etan), vid denna fördelning ligger på 36,8%. För att kunna göra en bedömning om denna blandning är explosiv eller inte, behövs det utföras en beräkning där den lägre brännbarhetsgränsen beräknas och jämförs med bränslekoncentrationen i blandningen.

Med hjälp av beräkningsmetodiken som beskrivs under punkt 3.7.1, kan värdet på det nedre brännbarhetsområdet beräknas.

För beräkning av nedre brännbarhetsområde, används ekvation 1 (Le Chateliers formel):

𝐿𝐸𝐿_*+, = 100

∑ 𝑥₊ 𝐿𝐸𝐿₊

^

+_-Där xi är andelen av varje brännbar gas i förhållande till total mängd brännbar gas och där LELi

Nedre brännbarhetsgräns för gasblandningen blir således:

𝐿𝐸𝐿_*+, = 100 gasblandningens nedre brännbarhetsgräns oavsett hur mycket/lite gas som ventileras. I detta fall finns dock andra närvarande gaser än enbart dessa brännbara gaser, vilket gör att nedre

brännbarhetsgränsen blir högre än tidigare beräknat. Detta beräknas med hjälp av ekvation 2 (Le Chateliers formel):

𝐿𝐸𝐿′_*+, = 𝐿𝐸𝐿_*+,∗ :1 + 𝐵

1 − 𝐵> ∗ 100 100 + 𝐿𝐸𝐿_*+,∗ 𝐵1 − 𝐵

Där B är mängden inerta gaser, som i detta är den procentuella delen koldioxid för celltyp NMC 1 ur tabell 3, vilket motsvarar 20% (B = 0,2)

Med denna information går det att beräkna den nedre brännbarhetsgränsen till:

𝐿𝐸𝐿′_*+, = 6,94 ∗ :1 + 0,21 − 0,2> ∗ 100 100 + 6,94 ∗ 0,2

1 − 0,2

= 8,53%

Med en nedre brännbarhetsgräns på 8,53%, betyder det att bränslekoncentrationen ligger ovanför lägsta brännbarhetsområdet, vilket leder till att atmosfären inne i containern kan bedömas som explosiv. För att motverka att atmosfären inuti utrymmet blir explosiv, kan ett alternativ vara att installera ventilation som aktiveras i ett tidigt skede då termisk rusning uppstår.

Ventilationsberäkningar för detta redovisas i ett senare avsnitt under punkt 4.3.

Ett alternativt scenario som också tas fram för 53-fotscontainern, grundas i antagandet att all gas inte ventileras ut på en gång, utan under en längre period, i detta fall 1 timme. Med samtliga övriga parametrar lika som i händelseförloppet som beskrivits ovan, betyder det att 69,7 m³ gas ventileras ut under 1 timme. Med antagandet att gaserna ventileras ut linjärt, betyder det att ventilering per tidsenhet kan bestämmas till:

69,7 𝑚^O

60 𝑚𝑖𝑛 = 1,16 𝑚^O/𝑚𝑖𝑛

Med hjälp av samma tillvägagångssätt vid beräkning som i händelseförloppet ovan, ska det i detta fall beräknas vid 2 olika tidpunkter (15 samt 30 minuter) hur fördelningen av gaser ser ut

samt vad den nedre brännbarhetsgränsen är vid respektive tidpunkt. Summering av resultatet vid dessa tidpunkter redovisas i tabell 15.

15 minuter

15 minuter efter första tecknet på termisk rusning, har 17,4 m³ gas ventilerats ut. Fördelningen av gaser ser vid det tillfället ut enligt följande:

- Luft: 88,6% (134,6 m³)

Bränslekoncentration är vid denna tidpunkt 9,15% och den nedre brännbarhetsgränsen är 8,53%.

Redan vid denna tidpunkt är alltså atmosfären inne i containern ovanför nedre brännbarhetsgränsen och kan bedömas som explosiv.

30 minuter

30 minuter efter första tecknet på termisk rusning, har 34,8 m³ gas ventilerats ut. Att nedre brännbarhetsgränsen passerats vid detta tillfälle är redan känt, men för att ta reda på hur fördelningen av gaser ser ut efter 30 minuter, utförs beräkningar likväl och fördelningen ser ut enligt följande:

Bränslekoncentration är vid denna tidpunkt 18,4%. Även vid denna tidpunkt bedöms alltså atmosfären inuti container som explosiv.

Tabell 15: Summering av gaskoncentration samt nedre brännbarhetsgräns för ventilerad gas vid olika tidpunkter.

Tid [min] Gaskoncentration [%] Nedre brännbarhetsgräns för gasblandning [%]

15 9,15 8,53

30 18,4 8,53

60 36,8 8,53