Meny

Totalförsvarets forskningsinstitut

27 februari

FOI testar för säkrare och längre batteridrift

Allt fler militära system och fordon är beroende av el från batterier. För att bygga kunskap åt bland annat Försvarsmakten har FOI startat forskning kring hur man förlänger batteriers livslängd och minskar risken för bränder och explosioner.

Testlabb

Testlabb där FOI provar stora batterier. Foto: FOI.

Marinens ubåtar har länge drivits elektriskt med stora batterier för att kunna ta sig fram tyst i undervattensläge. Nu börjar även landbaserade delar av Försvarsmakten intressera sig för batteridrift. Detta i form av hybrider eller helt eldrivna fordon som tyst kan närma sig en motståndare. Den enskilde soldaten utrustas med alltmer elektronik i form av mörkersikten, kommunikationsutrustning, avståndsmätare, sensorer och annat som kräver el. Missiler drivs och styrs av energi från termiska batterier.

Energitäta Li-jonbatterier (litiumjon) är en fantastisk innovation. Men de kan bli farliga om de utsätts för yttre påverkan. Vid FOI:s testanläggning i Grindsjön finns möjlighet att forska kring vad som händer när ett batteri utsätts för våld.

– Därför testar vi vad som händer med batterier vid en krock eller skjuter en projektil in i batteri med en tryckluftskanon för att se hur mycket de tål och vad händer om de går sönder, säger Martin Skarstind, förste forskare vid FOI.

En av Li-jon batteriernas svaghet är att de kan börja brinna om skalet förstörs. Vid en batteribrand kan farliga gaser, oftast fluorföreningar, utsöndras. Dessa kan bli dödliga i ett instängt utrymme som en ubåt eller ett flygplan.

– Då måste man veta vilka gaser som skapas och hur man tar om hand om dem.
När ett batteri når en viss temperatur genererar det dessutom så mycket energi att den understöder sin egen brand.

– Vi ser att om man har många små batterier istället ett fåtal stora, minskar risken för att branden sprider sig från ett brinnande batteri till nästa, eftersom små batterier inte har så stor energimängd, säger Martin Skarstind.

Vana att göra farliga tester

Batterier förs även ner i vatten för att kontrollera att de och dess behållare är täta nog för att stå emot vattnet, och därmed inte kortslutas.
I forskningsarbetet ingår att se hur man får ut mesta möjliga energi ur batterier. Batteriers driftstid styrs i grunden av tre saker – hur de laddas, hur de är tillverkade och om deras egenskaper försämras över tid.

– Forskning visar att Li-jonbatterier mår bäst av att ligga på mellan 20 och 80 procents laddning. Vi ser också att de stora tillverkarnas batterier oftast är bäst eftersom de tillverkas i rena miljöer, har en elektrolyt med bra kemiska sammansättningar och är väl tillslutna. Vi ser även hur det elektriska motståndet i batterier ökar efter ett antal laddningar och att delar av energin då blir värme istället för el. Därför kollar vi vilka batterier som tål flest laddningar, säger Martin Skarstind.

FOI:s största uppdragsgivare för batteritester är FMV, men tester görs även för privata företag. Verksamheten växer, eftersom batterier genomgår ett generationsskifte – där Li-jonbatterier bland annat förväntas ersätta ubåtarnas blybatterier och missilernas termiska batterier. FOI:s erfarenhet av och utrusning för tester av explosivämnen och sprängverkan passar utmärkt även vid batteritester.

– Vi är vana att göra farliga tester och har den utrustning som krävs – kemisk analysutrustning, värmekameror, höghastighetskameror, fjärrstyrningssystem, sensorsystem, bunkrade labb och ett stort skjutfält, säger Martin Skarstind.

Film från ett av batteritesterna. Foto: FOI.

Batterier

Olika batterier. Foto: FOI.

Adiabatisk reaktionskalorimeter.

En adiabatisk reaktionskalorimeter där man kan se vid vilken temperatur ett batteri blir farligt och hur mycket gas och värme som avges vid en brand i batteriet. Foto: FOI.