Intro
Batterier installeras idag till en enormt stor andel av solcellsinstallationerna och antalet energilagringssystem växer väldigt snabbt. I takt med det ökar riskerna i hemmet när mer komplexa elinstallationer görs med solceller, batterisystem och styrsystem till dessa Det är en naturlig del i utvecklingen, men har ett antal risker associerade med att batterier med höga effekter och högt energiinnehåll placeras i närheten av där människor bor och vistas. Antalet bränder i energilager är fortfarande ovanligt men i takt med att marknaden växer snabbt ökar det riskerna.
Statistik
Totalt under 2018–2022 skedde över 3 500 el relaterade bränder och brandtillbud i bostäder. Endast 14 av dessa orsakades av en solcellsanläggning enligt rapporten, vilket motsvarar 0,4 % av de el relaterade bränderna i bostäder.
Ett av de 14 fallen i rapporten var ett tillbud som inte ledde till några egendomsskador och i 5 av de 14 fallen var det ett tillhörande batteri som orsakade brand. Räddningstjänsterna ryckte ut 54 194 gånger på grund av brand eller brandtillbud i byggnader under de fem åren. Bränder och brandtillbud orsakade av laddbara produkter ökade med 42 procent under femårsperioden. El relaterade bränder i bostadshus startar oftast i eluttagen och främst i kök. Felanvändning av spis är den främsta orsaken till el relaterad brand. Rapporten går att ladda ner i sin helhet via denna LÄNK.
Batteri som batteri?
Det finns flera olika typer av energilager och systemtopologier kring batterisystem på marknaden. De beter sig mycket annorlunda om man tittar på de olika cellkemierna som finns och hur de beter sig vid brand. Dock skall det understrykas att de flesta av de stationära batterilagringslösningarna som finns på marknaden är till största del LFP (LiFePO4, litiumjärnforsfat). Detta är en termiskt stabil kemi som inte får termisk rusning vid eventuell brand.
Om vi zoomar in lite på litiumjon-familjen av batterier så finns det flera olika kemiska sammansättningar som är fördelaktiga i olika applikationer. Exempelvis NMC som har en god kompromiss mellan specifik energi och specifik effekt samt hög prestanda vilket gör den lämplig i elbilar och e-mobility-applikationer. Tittar vi på LFP så får den höga poäng för säkerhet och livslängd samtidigt som den ger goda värden för effekt och energi. Detta gör den mycket lämplig för stationär energilagring.
Termisk rusning
Termisk rusning innebär att vid en kortslutning i batteriet så ökar temperaturen. På grund av temperaturökningen frigörs syre från de aktiva substanserna i batteriets kemiska sammansättning. Syret gör att det blir ännu värmare och ännu mer syre frigörs. Detta är en kedjereaktion som inte går att stoppa. Även om batteriet blir dränkt i vatten, pulver, skum eller annat släckmedium så spelar inte det någon roll då branden får energi från syret som materialet självt genererar. Skillnaden mellan LFP och NMC är slående när man tittar på batterierna ur brandsäkerhetssynpunkt.
Figur 1. Termisk rusning i NMC-batterier jämfört med LFP-batterier som inte når termisk rusning.
För att illustrera säkerheten i LFP-batterier har Huawei genomfört ett kortslutningstest (som mest kan liknas med ett “spik-test”) där en grov spik punkterar batteriet och kortsluter det. Man ser hur det börjar ryka och expandera inne i battericellen. Men temperaturen når inte kritiska nivåer för termisk rusning (dvs då syre frigörs).
Batteriers inbyggda säkerhetshöjande system – En detaljstudie av Huaweis Luna-batteri
Huawei har i sitt batteri för villamarknaden byggt in flertalet smarta funktioner och gjort en hel del designval i sin produkt för att både minska sannolikheten för brand och för att bekämpa brand direkt i energilagret.
Figur 2. Huaweis inbyggda säkerhet i 4 nivåer.
Batterikemi
Huaweis Luna-batteri består av battericeller med LiFePO4 (LFP) eller litiumjärnfosfat. Detta är en mycket stabil batterikemi som inte kan råka ut för termisk rusning. LFP är en av de säkraste litiumjonbatterierna och lämpat för stationär lagring
Cellövervakning
Huawei har byggt in 8st sensorer som övervakar 16st battericeller. Detta är ca 4ggr fler än vad konkurrenterna monitorerar. Genom att övervaka temperatur, ström, spänning, effekt, SOH, SOC etc. kan man alltid validera att batteriet arbetar under normal drift. Data som samlas in kontrolleras i realtid att den inte avviker samt att man med hjälp av avancerade algoritmer kan klassificera att ett fel är på väg att hända långt innan det faktiskt händer. Detta gör att man som anläggningsägare är underrättad om exakt allt som händer i batteriet och dess styrsystem.
Figur 3. Inbyggda sensorer i batteriets moduler som på cellnivå övervakar.
Batterioptimerare (DC/DC)
Varje batterimodul är utrustad med en DC-DC-omvandlare (batterioptimerare). Denna gör att varje batterimodul styrs individuellt. Den bidrar också till att plus- och minusterminalen.
Figur 4. Möjlighet att stänga av spänningen ut från batteriet.
Brandsläcknings påse
En påse med en aerosol sitter monterad på insidan av batteriet. Denna aktiveras om temperaturen i batteriet når 170°C och aerosolen omvandlas till en gas som släcker en eventuell brand. Det sker på två sätt där den stora mängden gas snabbt släcker eventuell brand. Dessutom kommer aerosolen delta i förbränningsreaktionen, vilket kommer blockera att branden reagerar med litiumjärnfosfaten.
Brandkåren om batterilager
Hos de lokala brandkårerna finns det lokala rekommendationer kring hur batterilager skall utformas med hänsyn till brandbekämpning, uppmärkning och andra kravställningar. För kommersiella installationer kan det vara en god idé att diskutera energilagrets utformning med den lokala brandkåren om eventuella avväganden i design eller utformning.
Stockholms Brandförsvar om termisk rusning
Vid en brand i litiumjonbatterier avges en mängd ämnen varav många är giftiga, bland annat bildas vätefluorid som har en akut toxicitet. Vid mekanisk påverkan, överladdning, kortslutning eller andra tekniska problem på ett litiumjonbatteri kan det ske en termisk rusning. En termisk rusning är en okontrollerad och irreversibel ökning av temperaturen i batteriet. En konsekvens vid en termisk rusning kan vara att batteriet börjar brinna, ofta med ett häftigt förlopp. Den kan då sprida sig till närliggande batterier om dessa placeras ihop vilket i sin tur kan leda till ytterligare termisk rusning. Vätefluoriden som bildas är starkt frätande och giftig vilket kan innebära en risk både för tredje man och för räddningstjänstens personal. Gasens giftighet påverkar därmed räddningstjänstens insatsmöjligheter. Personalen kan göra kortare rökdykarinsatser i den utrustning som normalt används vid livräddande insatser. Vid utdragna bränder där brandhärden är svåråtkomlig eller branden sprids i en byggnad.
Placering av energilager
Batterilager ska monteras i enlighet med tillverkarens montageanvisningar och med erforderligt ryggningsavstånd framför växelriktaren. Slutkunden ska upplysas om batteriets placering och ljudnivå för att försäkra att ljud från dessa inte stör. Om sådant utrymme saknas ska kunden informeras om detta innan installation. Växelriktare och batteri kan placeras på fasad om tillverkarens föreskrifter tillåter detta. Viktigt att då följa tillverkarens krav om icke brandfarlig vägg, utan risk för direkt solljus eller kraftig nederbörd samt ej i närhet av ventilation.
Vid installation av energilager är det viktigt att tillverkarens anvisningar följs. Det varierar från tillverkare till tillverkare kring hur de anser att installationen skall göras. Det är mycket viktigt både med hänseende till garantier på systemet och brandrisken som finns om installationen sker felaktigt. Generellt sett skall alltid följande rekommendationer beaktas:
- Batteriet skall placeras svalt helst mellan 5–15 grader. Temperaturen påverkar både batteriets prestanda och livslängd. Dessutom kan batteriets i- och urladdning begränsas om batteriet är för kallt.
- Tillgång till batterierna. Samtliga batterier ska vara åtkomliga för släckinsats från utrymmets dörröppning eller motsvarande. För kommersiella byggnader och BRFer etc. skall rummet där batterierna installeras vara direkt anslutning till
- Batteriet bör om möjligt placeras i en egen brandcell. Batterilager placeras i separat utrymme som är brandtekniskt avskilt i lägst klass EI 60.
- Rummet där batteriet placeras skall om möjligt ha tillgång till brunn. I händelse av brand vill man ha möjlighet att få bort släckvattnet för att undvika vattenskador.
- Brandgasventilation. Brandgasventilation ska övervägas vid större batterilager med hänsyn till risken för spridning av giftiga brandgaser i byggnaden
- Rökdetektor/brandvarnare skall installeras. Batterilager ska vara utrustat med samma aktiva brandtekniska system som resten av byggnaden, exempelvis automatiskt brandlarm och sprinkler. Behovet av kompletterande brandtekniska installationer kan för större batterilager vara aktuellt om byggnaden i övrigt saknar dessa system
- Dokumentation och märkning. Batteriets kemi och systemuppbyggnad skall tydligt framgå. Finns det brandmansavstängning, möjlighet att stänga av hela eller delar av batterisystemet skall detta framgå. Vilken batterikemi som används samt vilket släckmedel som rekommenderas skall tydligt framgå.
Boverket om att batterier bör placeras i egen brandcell.
”Boverket har i dagsläget inga specifika regler för lokaler med litiumbatterier utan de allmänna reglerna om exempelvis brandcellsindelning och utrymningssäkerhet i Boverkets byggregler får tillämpas utifrån de risker som finns med batterilagring. Något särskilt arbete pågår inte för närvarande med att ändra byggreglerna kring vad som exempelvis bör vara en egen brandcell.”
Rekommendationer batteriinstallationer
Villa
Vid installation av energilager i villa finns inga speciella krav utan man hänvisas här som projektör till rekommendationer från ex försäkringsbolag, brandkåren etc. Vanliga placeringar av energilager är i källare (i teknikrum eller pannrum) eller i uppvärmda garage. Vissa batterier (exempelvis Huawei Luna) har en inbyggd krets för att hålla uppe batteritemperaturen. Detta gör att det kan placeras utomhus. Det är starkt rekommenderat att batteriet installeras i en annan brandcell än den man vistas i. Exempelvis i ett fristående garage eller i ett separat rum med brandklassning EI60.
Lantbruk
Följande regler är utdrag från LBK Flik 5. Batterilager ska placeras i en obrännbar container, eller byggnad endast avsedd för batterilager och utförd i EI 60. Container respektive byggnad ska vara placerad minst 15 meter från annan byggnad. Placering av batterilager mer än 30 meter från annan byggnad kräver ingen brandsektionering. Second life-batterier är inte tillåtna. För batterilager på högst 25 kWh godtas placering i ett separat utrymme i en befintlig byggnad. Samtliga krav nedan ska vara uppfyllda:
- Utrymmet får inte placeras i byggnad med djurstall.
- Utrymmet ska ha minst en yttervägg.
- Utrymmet ska uppfylla lägst brandklass EI 60, gäller från båda håll.
- Dörren ska placeras i yttervägg och uppfylla lägst brandklassning EI 60.
- Second life-batterier är inte tillåtna.
Värme och ventilation för utrymmet där batterilagret är installerat måste projekteras för att passa anläggningen och gällande regelverk. Ventilationen är dessutom viktig för att kunna evakuera gaser vid fel i anläggningen.
Kommersiell installation
Kommersiella energilagerinstallationer kan bestå av hundratals kWh batterilagringskapacitet och det kan vara enormt stora system som vid eventuell brand kan vara mycket problematisk att hantera.
- Tydlig märkning om batterikemi och hur ev. släckning skall genomföras. Både vid brandcentral, vid installationen samt till dörrar in till rummet där batterierna är installerade.
- Brunn i rummet för släckvatten.
- Brandgasventilation ska övervägas med hänsyn till risken för spridning av giftiga brandgaser i byggnaden.
- Batterilager ska vara utrustat med samma aktiva brandtekniska system som resten av byggnaden, exempelvis automatiskt brandlarm och sprinkler. Behovet av kompletterande brandtekniska installationer kan för större batterilager vara aktuellt om byggnaden i övrigt saknar dessa system.
Figur 5. Batterilagringssystem från Ferroamp.
Lärdomar från en svensk batteribrand i Örebro
I juni 2019 brann ett energilager i en skola i Örebro. Branden orsakades av en kortslutning. Ingen person skadades vid branden men man lärde sig väldigt mycket av det efterarbetet som gjordes. Bland annat identifierades följande brister i installationen:
- Tydlig insatsplan saknades.
- Brandmännen hade kunnat gå in i byggnaden och släkt batterierna med liten risk då det inte var litiumjonbatterier som brann! Vatten hade räckt.
- Man väntade för länge och visste inte vilken batterikemi som fanns i byggnaden.
- Man hade ingen golvbrunn (för vattenavrinning).
- Ej tillräcklig ventilation för rökgaser.
- Brandkåren och fastighetsägaren hade låg kunskap och kännedom om anläggningens utformning.
Figur 6. Brand i ett energilager i Örebro.
Tips till en lyckad batteriinstallation
- Planera placeringen av batteriet noggrant. Se till att placeringen uppfyller krav kring temperatur, luftfuktighet, damm eller om det kan placeras utomhus.
- Se till att rummet utrustas med brandvarnare, golvbrunn och ventilation.
- Se till att rummet batteriet installeras i uppfyller brandklass EI60
- Följ tillverkarens anvisningar och manualer.
- Ha rätt dokumentation!
- Välj alltid en auktoriserad elinstallatör som har rätt kunskapsnivå
Slutsatser
Det var viktiga slutsatser som drogs efter batteribranden i Örebro. Både kring den tekniska utformningen av batterisystemet och kring dokumentation, märkning och utbildning. Energilager håller på att bli en naturlig del av fastighetens energisystem och detta ställer mer krav på projektörer och installatörer men också på brandmännen. Även om branden inte sker i ett energilager måste det tas i beaktning att ett energilager finns i fastigheten.
Bränder i batterier är fortfarande ovanliga, men kan bli katastrofala om inte anläggningen är utformad på rätt sätt. Som alltid är installatören den viktigaste partnern för slutkunden. Det är de som står för hantverket, systemutformningen och driftsättningen. Rätt installatör som både uppfyller dina krav och som du får förtroende för som också har rätt utbildning för att installera energilager är väldigt viktigt.
Viktiga råd som Teknikbloggen vill skicka med läsarna är att inte tumma på säkerheten. Ta hjälp av experter när energilager skall installeras och ta alltid det säkra före det osäkra vid anläggningens utformning och lägg stor vikt vid att brandkårens krav och önskemål möts. Om olyckan är framme kommer du alltid ångra att du inte gjorde mer från början.