Batteri (akkumulator)

I dette kapittelet tar vi for oss dei mest vanlige batteria (akkumulatorer) som blir brukt om bord i skip.

Blybatteri (blyakkumulator)

Oppbygning

En blyakkumulator består av flere celler, der hver celle har:

1. Positive elektroder (anode): Laget av blydioksid (PbO₂). Etter ladding får den en mørkebrun farge.
2. Negative elektroder (katode): Laget av rent bly (Pb). Den har fargen grå.
3. Elektrolytt: Ca. 36 % svovelsyre (H₂SO₄), resten er destillert eller avionisert vann.
   Gel- og AGM-batterier ca. 28-35 % svovelsyre (H₂SO₄), (bundet – ikke flytende).
4. Separatorer: Materialer som hindrer kortslutning mellom elektrodene.
5. Blyplater: Arrangert i et rutenett for å gi god elektrisk kontakt.

Hver celle gir en spenning (EMS) på ca. 2,10 V. Et vanlig blybatteri har seks celler som er koblet i serie, som totalt produserer ca. 12,6 V.

Utladning (bruk av batteriet)

Når batteriet leverer strøm, skjer følgende reaksjoner:

+ Ved den positive elektroden (PbO₂ - Blydioksid, katode)
- Blydioksid (PbO₂) reagerer med svovelsyre (H₂SO₄) og danner bly (II) sulfat (PbSO₄) og vann (H₂O).

- Ved den negative elektroden (Pb – bly, anode)
- Rent bly (Pb) reagerer med sulfat-ioner (SO₄²⁻) fra svovelsyren og danner også bly (II) sulfat (PbSO₄).**

Resultatet:

• Begge elektrodene blir dekket med bly (II) sulfat (PbSO₄), og elektrolytten mister svovelsyre, noe som senker batteriets kapasitet.
• Spenningen faller etter hvert, og batteriet må lades opp igjen.

Ladding (gjenopprette kapasitet)

Når batteriet lades opp igjen, reverseres reaksjonene:

• Bly (II) sulfatet på begge elektrodene omdannes tilbake til bly og blydioksid.
• Svovelsyre dannes igjen i elektrolytten.

Reaksjonen er reversibel, noe som gjør blyakkumulatoren oppladbar.

Ladetilstand med syremåler (hydrometer)

Ved utladning binder svovelsyra i elektrolytten seg med platene, og den spesifikke vekten går ned. Den spesifikke vekten er altså et mål på ladetilstanden til batteriet.

Den spesifikke vekten eller densiteten måler vi med en syremåler (hydrometer). Tabellen under viser hvordan vi kan måle ladetilstanden med et hydrometer og densiteter ved forskjellige grader av batteriets ladetilstand.

Spesifikk vekt og ladesituasjon ved 25 °C.

En fulladet cella har vanligvis SG mellom 1,255–1,275, mens en utladet celle ligger rundt 1,110–1,130

Ladetilstand	SG (25 °C)
100 %	1,255–1,275
75 %	1,215–1,235
50 %	1,180–1,200
25 %	1,155–1,165
0 %	1,110–1,130

Temperaturkorrigering for hydrometeravlesing

Syremålerens flottørskala er normalt basert på en syretemperatur på + 25 °C.

Ved vesentlig høyere eller lavere temperaturer må avlesningsresultatet korrigeres fordi syrevekten varierer med temperaturen. Det er særlig viktig å være oppmerksom på dette om vinteren. For hver 10 °C under + 25 °C legges 0,007 til på skalaen, og for hver 10 °C over + 25 °C, trekkes 0,007 fra. Nedenstående skala viser:

Temperatur vs. Spesifikk vekt (SG) – blybatteri

Temperatur (°C)	100 % (Fulladet	75 %	50 %	25 %	0 % (Utladet)
-20 °C	1,308	1,268	1,233	1,198	1,153
-10 °C	1,301	1,261	1,226	1,191	1,146
0 °C	1,294	1,254	1,219	1,184	1,139
5 °C	1,287	1,247	1,212	1,177	1,132
10 °C	1,280	1,240	1,205	1,170	1,125
15 °C	1,273	1,233	1,198	1,163	1,118
20 °C	1,266	1,226	1,191	1,156	1,111
25 °C (ref)	1,260	1,220	1,185	1,150	1,105
30 °C	1,253	1,213	1,178	1,143	1,098
35 °C	1,246	1,206	1,171	1,136	1,091
40 °C	1,239	1,199	1,164	1,129	1,084
45 °C	1,232	1,192	1,157	1,122	1,077
50 °C	1,225	1,185	1,150	1,115	1,070

Ladetilstand Gel-batterier

---

Hvordan måle ladetilstanden til et gel-batteri

Fordi elektrolytten er bundet i gel, kan du ikke bruke hydrometer (måling av spesifikk vekt) slik du kan med våtcellebatterier.
I stedet brukes to hoved metoder:

Hvilespenning (åpen krets-spenning)

Mål batterispenningen etter at det har hvilt i minst 4–12 timer uten lading eller belastning.

Hvilespenning	Ladetilstand	Merknad
12,85–12,95 V	100 %	Fulladet
12,65 V	75 %	God stand
12,35 V	50 %	Halvladet
12,10 V	25 %	Bør lades
<12,00 V	0–10 %	Kritisk lavt

For 6 V eller 24 V batterier, skaler spenningene proporsjonalt (f.eks. 2,1 V per celle ved 100 %).

Spenningsmåling under belastning (last test)

• Gir et raskere bilde hvis du ikke har tid til å vente på hvilespenning.
• Koble til en kjent belastning (f.eks. en pære eller en batteritester) og se hvor lavt spenningen faller.
• Et godt gel batteri vil ikke falle mye under 12,0 V ved moderat belastning.

For systemer som benytter gel batterier (solcelleanlegg, nødstrøm osv.) anbefales en batterimonitor med shunt, som måler:

• strøm inn/ut (Ah)
• nøyaktig SOC (State of Charge)
• spenning og historikk

Vedlikehold av blybatterier (f.eks. startbatterier, UPS, fritidsbatterier)

Ladestrategi:

• Hold batteriet ladet for å unngå sulfatering (krystallisering av blyplater som reduserer kapasiteten).
• Unngå dyp utlading (under 50 % kapasitet, helst ikke under 20 %).
• Bruk en smart lader som regulerer ladestrøm og spenning.

Vannivå (for våte blybatterier):

• Etterfyll med destillert vann om nødvendig, men ikke overfyll.
• Sjekk vannstanden regelmessig (spesielt i varme omgivelser).

Poler og kabler:

• Rengjør polene og påfør fett for å forhindre korrosjon.
• Sjekk at tilkoblingene er stramme.

Temperaturkontroll:

• Unngå ekstreme temperaturer, da kulde reduserer kapasiteten og varme forkorter levetiden.

Fordeler:

• Billig å produsere.
• Kan levere høy strøm.
• Relativt robust.

Ulemper:

• Tungt (på grunn av bly).
• Begrenset levetid (pga. sulfatering).
• Inneholder miljøskadelige stoffer (bly og syre).

Litium-ion-batteri

Hovedkomponenter i en Li-ion-celle

Hver battericelle inneholder fire hoveddeler:

1. Katode (positiv elektrode). ➕
   • Laget av materialer som Litium-Nikkel-Mangan-Kobolt-oksid (NMC), Litiumjernfosfat (LFP), eller Litium-Nikkel-Kobolt-Aluminium-oksid (NCA).
   • Bestemmer batteriets kapasitet og spenning.
2. Anode (negativ elektrode). ➖
   • Laget av grafitt eller silisium-grafittblandinger.
   • Lagrer og frigjør litiumioner under ladding og utlading.
3. Elektrolytt.
   • En flytende, geléaktig eller fast substans som inneholder litiumsalter (f.eks. LiPF₆ i organisk løsemiddel).
   • Lar litiumioner bevege seg mellom katoden og anoden.
4. Separator.
   • En tynn polymerfilm (plastmateriale) som hindrer kortslutning, men lar ioner passere.

Virkemåten til et Li-ion-batteri?

Når batteriet lades:

• Ekstern strøm fra en lader får litiumioner (Li⁺) til å bevege seg fra katoden til anoden gjennom elektrolytten.
• Elektroner flytter seg samtidig via en ytre krets og lagres i anoden.

Når batteriet leverer strøm:

• Litiumionene (Li⁺) beveger seg fra anoden til katoden, og elektroner flyter gjennom en ytre krets og driver en enhet (f.eks. en elbilmotor).

Vedlikehold av litium-ion-batterier (f.eks. mobiltelefoner, elbiler, Laptop batterier)

Ladestrategi:

• Ideell ladestatus er mellom 20–80 % for lengre levetid.
• Unngå full utladning (0 %) og konstant 100 % opplading, spesielt ved høye temperaturer.
• Bruk riktig lader med korrekt spenning og strømstyrke.

Temperaturkontroll:

• Hold batteriet unna høye temperaturer ( > 40 °C) for å unngå forringelse.
• Unngå å lade i svært kalde omgivelser ( < 0 °C), da det kan skade batteriet.

Lagring:

• Hvis batteriet ikke skal brukes på lenge, lagre det på 40–60 % ladning og i kjølige omgivelser.
• Ikke la batteriet stå tilkoblet laderen over lang tid.

Bruksbegrensninger:

• Unngå hurtiglading for ofte, da det kan føre til varmeutvikling og svekket kapasitet over tid.
• Unngå fysiske skader (punktering kan føre til brann).

Fordeler med Li-ion-batterier

• Høy energitetthet (gir lang rekkevidde i elbiler).
• Lav vekt sammenlignet med blybatterier.
• Lang levetid med mange ladesykluser.
• Lav selvutlading (beholder strøm lenge).

Ulemper med Li-ion-batterier

• Dyrt å produsere.
• Kan overopphetes og krever god temperaturkontroll.
• Litium og kobolt er ressurskrevende å utvinne.

Batterier for fremdrift av skip må ha høy energikapasitet, lang levetid og tåle tøffe maritime forhold. De vanligste batteritypene for skip inkluderer:

Hvordan slukke brann i litium - ion – batteri?

Sukkemiddelet AVD har vist seg å være det mest effektive middelet for å slukke branner i litium-ion-batterier, langt mer effektivt enn konvensjonelle slukkemidler som ikke har noen eller svært lav effekt på slike branner.

Det brannvesenet ofte gjør, er å senke batteriet i vannbad, for eksempel i en bøtte.

Dei påpeker at du først må forsøke å få batteriet ut av huset, gjerne med et brannteppe. Deretter bør du legge det i et vannbad.

Men vær forsiktig. Batteriet kan bli 6–700 grader varmt, og brannen kan fort utvikle seg.

Alkaliske batterier

Oppbygging av et alkalisk batteri

Et standard alkalisk batteri består av følgende hovedkomponenter:

1. Anode (Negativ elektrode): Sink (Zn) i pulverform, som gir en stor overflate for reaksjonen.
2. Katode (Positiv elektrode): Manganoksid (MnO₂), som fungerer som oksidasjonsmiddel.
3. Elektrolytt: En alkalisk løsning, typisk kaliumhydroksid (KOH), som leder ionene mellom elektrodene.
4. Separator: En porøs membran som skiller anoden og katoden for å forhindre kortslutning.
5. Kapsling: En metallhylse som beskytter og holder batteriet sammen.

Virkemåte – Elektrokjemiske reaksjoner

Batteriet genererer elektrisk energi gjennom redoksreaksjoner (reduksjon og oksidasjon).

1. Ved anoden (oksidasjon):
   • Sink reagerer med hydroksidioner fra elektrolytten og danner sinkoksid (ZnO) samt frigjør elektroner:
2. Ved katoden (reduksjon):
   • Manganoksid reduseres ved å ta opp elektronene som har beveget seg gjennom den eksterne kretsen:
3. Totalreaksjonen:
   • Sammen danner disse reaksjonene en lukket krets hvor kjemisk energi omdannes til elektrisk energi.

Fordeler med alkaliske batterier

• Høyere energitetthet enn sink-karbonbatterier.
• Lengre levetid og bedre ytelse ved lav belastning.
• Lav selvutlading, noe som gjør dem egnet for langtidslagring.
• Tåler lave temperaturer bedre enn enkelte andre batterityper.
• Alkaliske batterier brukes ofte i fjernkontroller, lommelykter og klokker.

Batterier om bord i skip

1. Litium-ion-batterier (Li-ion)

Den mest brukte batteritypen i moderne elektriske og hybridskip.

Fordeler:

• Høy energitetthet (gir lang rekkevidde), mer kraft i mindre volum og vekt.
• Lav vekt i forhold til kapasitet.
• Lang levetid (tåler mange ladesykluser), opptil 10 – 15 år ved riktig bruk.
• Høy effektivitet (lite energitap). Lav selvutlading – holder lading over tid.
• Hurtiglading mulig.
• Vedlikeholdsfritt.

Ulemper:

• Kan være brannfarlige hvis de punkteres eller overopphetes.
• Vanskelig å slokke dersom det tar fyr.
• Krever avansert kjølesystem for å unngå overoppheting.
• Høy kostnad sammenlignet med blybatterier.
• Bruk av sjeldne materialer som litium, nikkel og kobolt.

Varianter av Li-ion-batterier for skip:

• Litiumjernfosfat (LFP) – billigere, tryggere og mer stabilt.
• Nikkel-mangan-kobolt (NMC) – høyere energitetthet, men dyrere.

2. Bly-syre-batterier (AMG/Gel)

Tradisjonell teknologi brukt i noen eldre hybridsystemer og som backup-strøm.

Fordeler:

• Billig og lett tilgjengelig.
• Robust og pålitelig.
• Godt egnet for kortere energilagring (backup og støtte).
• Enkel resirkulering.

Ulemper:

• Lav energitetthet (tungt og stort for skip).
• Kortere levetid sammenlignet med Li-ion (3 – 5 år)
• Langsom lading.
• Krever vedlikehold (spesielt våte blybatteri)

Bruksområder:

• Radiobatteri.
• Nødstrømsystemer.
• Startbatterier.

3. Natrium-ion-batterier (Na-ion)

Fordeler:

• Billigere enn Li-ion (bruker natrium i stedet for litium).
• Mer miljøvennlig (mindre avhengig av sjeldne metaller).
• God sikkerhet (mindre brannfare enn Li-ion).
• Tåler kulde bedre.

Ulemper:

• Lavere energitetthet enn Li-ion (krever større plass).
• Teknologien er fortsatt under utvikling (ikke like utbredt ennå).

Bruksområder:

• Kan bli en fremtidig erstatning for Li-ion i elektriske skip.

---

4. Solid-state-batterier (faststoff)

Fordeler:

• Høyere energitetthet enn Li-ion (lengre rekkevidde).
• Bedre sikkerhet (ingen brennbar elektrolytt).
• Lengre levetid.
• Den flytende elektrolytten er byttet ut med et fast stoff som utfører den samme oppgaven. Det faste stoffet er ikke brennbart på samme måte, og det produserer ikke så mye varme.

Ulemper:

• Dyrt og ikke kommersielt tilgjengelig ennå.

Fremtidig bruk:

• Potensiell game-changer for helelektriske skip.

5. Semi-solid state-batteri

Hvordan fungerer et semi-solid state-batteri?

Oppbygging av et semi-solid state-batteri:

Et semi-solid state-batteri består av følgende hovedkomponenter:

• Anode (negativ elektrode).
  • Kan være laget av grafitt, silisium, eller til og med litium-metall for høyere energitetthet.
  • I noen design kan det brukes litiumholdige forbindelser for bedre ytelse.
• Katode (positiv elektrode).
  • Består av litiumovergangsmetalloksider, som f.eks. NMC (litium-nikkel-mangan-kobolt-oksid) eller LFP (litium-jern-fosfat).
  • Bruk av høyenergikatoder muliggjør større lagringskapasitet.
• Semi-solid elektrolytt.
  • En gel-lignende eller tyktflytende elektrolytt, ofte basert på polymerere, ioniske væsker eller nanomaterialer.
  • Tillater ionetransport, men reduserer risikoen for lekkasje og brann sammenlignet med flytende elektrolytter.
• Separator.
  • Tynn membran som hindrer kortslutning mellom anode og katode, men tillater ioner å bevege seg gjennom elektrolytten.
  • I semi-solid state-batterier kan separatoren være en polymermembran med innebygd elektrolytt.

Fordeler med semi-solid state-batterier

• Økt sikkerhet – Mindre brann- og eksplosjonsfare sammenlignet med vanlige litium-ion-batterier.
• Høyere energitetthet – Kan lagre mer energi per volum enn tradisjonelle batterier.
• Lavere kostnader – Bruker færre sjeldne materialer og kan være enklere å produsere enn fullstendige faststoffbatterier.
• Lengre levetid – Mindre degradering over tid på grunn av redusert dannelse av dendritter.

Ulemper og utfordringer

• Ikke helt fast – Ikke like stabile som fullverdige faststoffbatterier.
• Utvikling pågår – Teknologien er fortsatt under utvikling og må skaleres opp for kommersiell bruk.
• Produksjonsutfordringer – Krever spesialiserte produksjonsmetoder for optimal ytelse.

Bruksområder:

• Elektriske kjøretøy (EVs) – Tesla, BMW og andre selskaper forsker på denne teknologien for å forbedre rekkevidde og sikkerhet.
• Forbrukerelektronikk – Mulig framtidig bruk i mobiltelefoner og bærbare datamaskiner.
• Skip, romfart og forsvar – Potensial for batterier med høy energitetthet og robusthet.

Trender og fremtidens batteriteknologi for skip

• Solid-state batterier – sikrere og med høyere kapasitet, men fortsatt under utvikling.
• Semi-solid state-batterier - bedre sikkerhet, høyere energitetthet og lavere kostnader
• Brenselceller (hydrogen + batterier) – kan bli en viktig løsning for nullutslippsskip.
• Hybridløsninger (batteri + diesel eller LNG) – optimal balanse mellom rekkevidde og miljøkrav.

Oppsummering: Hvilket batteri passer best?

Batteritype	Energitetthet ⚡	Levetid ⏳	Kostnad 💰	Sikkerhet 🔥	Bruksområde
Litium-ion (Li-ion)	Høy	Lang	Dyrt	Krever kjøling	Ferger, containerskip, hybridfartøy
Bly-syre	Lav	Kort	Billig	Trygt	Backup-strøm, eldre hybridsystemer
Natrium-ion (Na-ion)	Middels	Middels	Billig	Trygt	Potensiell fremtidig bruk
Solid-state	Svært høy	Svært lang	Svært dyrt	Svært trygt	Fremtidens batteriteknologi

Radiobatterier

I tillegg har vi en forskrift om radiokommunikasjonsutstyr for norske skip og flyttbare innretninger.

Batterityper og tekniske spesifikasjoner

1. Bly-syre-batterier (VRLA/SLA)

• Vanligst brukt i GMDSS-installasjoner.
• Forseglede varianter (VRLA) krever minimalt vedlikehold og tåler installasjon i ulike posisjoner.
• Typisk kapasitet: 200 Ah ved 24 V.

2. Litiumbatterier

• Brukes i nødutstyr som EPIRB og SART.
• Høy energitetthet og lang levetid.
• Må byttes ut før utløpsdatoen for å sikre pålitelighet.

3. Nikkel-kadmium (NiCd) og nikkel-metallhydrid (NiMH)

• Brukes i håndholdte VHF-radioer.
• NiCd er robuste og tåler dyp utladning, men har "minneeffekt".
• NiMH tilbyr høyere kapasitet og er mer miljøvennlige.

Krav til batterikapasitet og ytelse

I henhold til SOLAS kapittel IV, regel 13, skal reservekilden til GMDSS-utstyr kunne:

• Operere GMDSS-utstyr i minst 1 time dersom skipet har en nødgenerator.
• Operere GMDSS-utstyr i minst 6 timer dersom skipet ikke har en nødgenerator.

Batteriene må kunne lades opp til minimumskapasitet innen 10 timer.

Ved dimensjonering av batterikapasitet bør det tas hensyn til:

• Samlet strømforbruk fra alt tilkoblet radioutstyr.
• Reduksjon i kapasitet over tid og ved ekstreme temperaturer.
• Anbefalt tillegg på 40 % til beregnet minimumskapasitet for å kompensere for aldring og andre faktorer.

Vedlikehold og testing

Daglig test

• Utfør "on-load/off-load"-test for å sikre at batteriene leverer korrekt spenning under belastning.
• Spenningen bør ikke falle mer enn 1,5 V under belastning

Årlig kapasitetskontroll

• Batterienes kapasitet må testes minst én gang i året når skipet ikke er til sjøs.
• Batterier med kapasitet under 80 % av nominell verdi bør byttes ut.

Generelt vedlikehold

• For bly-syre-batterier: Kontroller elektrolyttnivå og spesifikk vekt daglig.
• Spesifikk vekt på 1,265 indikerer fulladet batteri; 1,225 tilsvarer omtrent 75 % ladning.

Installasjon og sikkerhet

• Batteriene skal være tydelig merket med type, kapasitet og installasjonsdato.
• En advarsel om eksplosjonsfare skal være synlig i nærheten av batteriene.
• Batteriene må være sikkert festet og kunne fungere ved krengning opptil 22,5°.
• Plasser batteriene i et ventilert område med stabil temperatur, helst nær radioutstyret.

For å sikre samsvar med regelverket og optimal drift, er det viktig å følge produsentens anbefalinger og internasjonale standarder for vedlikehold og inspeksjon av batterier ombord.

Godkjente radiobatteri

Dyp-syklus batterier

En må bruke dypsyklus-blybatterier (deep-cycle batteries), som er konstruert for jevn, langsom utladning og opplading.

En dyp-syklusbatteri er en type oppladbart batteri som er spesielt designet for å levere jevn strøm over lengre tid og tåle gjentatte, dype utladninger uten å ta skade. Dette står i kontrast til vanlige starterbatterier, som er laget for å gi korte, kraftige strømstøt for å starte motorer.

Hva kjennetegner et dyp-syklusbatteri?

• Dyp utladning (Depth of Discharge, DoD): Dyp-syklusbatterier kan trygt utlade opptil 80–100 % av kapasiteten uten å bli skadet. For å forlenge levetiden anbefales det imidlertid å ikke utlade mer enn 50 % regelmessig.
• Lang levetid: Avhengig av teknologi kan disse batteriene vare fra 500 til over 5 000 lade- og utladningssykluser. Lithiumjernfosfatbatterier (LiFePO₄) er kjent for å ha en særlig lang levetid, ofte over 3 000 sykluser.
• Konstruksjon: De har tykkere plater og mer tett aktivt materiale enn vanlige batterier, noe som gjør dem mer motstandsdyktige mot korrosjon og slitasje ved hyppige utladninger.

Vanlige bruksområder:

Dyp-syklusbatterier brukes i situasjoner hvor pålitelig, langvarig strøm er nødvendig:

• Solenergisystemer: Lagrer overskuddsenergi fra solcellepaneler for bruk når solen ikke skinner.
• Rekreasjonskjøretøy (RV): Strømforsyning til lys, kjøleskap og annet utstyr under camping uten tilgang til strømnett.
• Marine applikasjoner: Driver elektronikk, lys og trollingmotorer på båter.
• Off-grid bosteder: Gir strøm til hytter eller boliger uten tilgang til strømnett.
• Backup-strøm: Brukes i UPS-systemer for å sikre strøm ved strømbrudd.

Typer dyp-syklusbatterier:

• Blysyre: Tradisjonelle batterier som er rimelige, men krever vedlikehold og har kortere levetid.
• AGM (Absorbent Glass Mat): Tørre, vedlikeholdsfrie og mer motstandsdyktige mot vibrasjoner.
• Gel: Bruker en gelert elektrolytt, egnet for ekstreme temperaturer og dype utladninger.
• LiFePO₄ (Lithiumjernfosfat): Moderne, lettvektige batterier med lang levetid og høy sikkerhet, men høyere pris.

Vedlikehold og levetid:

For å maksimere levetiden til et dyp-syklusbatteri, er det viktig å:

• Unngå over- eller under-lading.
• Holde batteriet rent og sjekke elektrolyttnivået (for bly-syre-batterier).
• Lade batteriet regelmessig, selv om det ikke er i bruk.
• Unngå dype utladninger med mindre det er nødvendig.

Oppsummering

Batteritype	Kan brukes til radioutstyr?	Kommentar
Startbatteri	❌ Nei	Ikke laget for lang driftstid
Deep-cycle blybatteri	✅ Ja	Egnet og ofte brukt
AGM/Gel (VRLA)	✅ Ja	Vedlikeholdsfrie og godkjente
Litium-ion (godkjent)	✅ Ja	Krever ekstra sikkerhetstiltak

Konkrete eksempel på SOLAS-godkjent radiobatteri som oppfyller kravene til nødstrømsforsyning for radiokommunikasjonsutstyr om bord på skip

Viktig merking:

Batteriet skal være tydelig merket med følgende informasjon:
 

• Type: [AGM bly-syre].
• Nominell kapasitet: [100Ah].
• Installert dato: [Dato for installasjon].
• Advarsel: [Eksplosjonsfare – håndteres med forsiktighet].

Håndtering av brann i litium-ion batteri på et skip

Krav til opplæring

Den 26.01.2022 publiserte Sjøfartsdirektoratet (SDIR) et rundskriv om "Veiledning til krav til opplæring om kjemiske lager for energi (maritime batterisystemer) om bord i norske skip" (RSV 4 - 2022). ASH-forskriften § 2-6 krever at den som har sitt arbeid om bord skal få nødvendig opplæring blant annet for å kunne utføre sitt arbeid på en sikkerhetsmessig forsvarlig måte.

Batterisikkerhet til sjøs

Batterisikkerhet til sjøs for litium-ion - Norsk Elektroteknisk Komite (NEK)

Under er det et utdrag av artikkelen

Batteriteknologi stevner fremover og internasjonal standardisering henger etter, men NEK har tatt grep. NEK 411 er en helt ny Norsk Spesifikasjon som gir brukerne anledning til å dokumentere sikkerhet for batterisystemer med hensyn til maritime forhold.

Batterier om bord i skip blir stadig mer aktuelt for drift av utstyr og maskiner. Nye batterier av typen Litium-Ion gir en høyere energitetthet og flere funksjoner om bord kan opereres uavhengig av dieselgeneratorer.

De nye batteriene har gitt flere muligheter til å bruke elektrisitet om bord. Der man tidligere kun var avhengig av dieslegeneratorer kan man nå bruke batteriene sammen med dieselgeneratorene, og i noen tilfeller, kun batterier. Batteriene lades i land og dermed kan utslippene fra skipet reduseres. Imidlertid innebærer litium-ion andre sikkerhetsbetraktninger.

NEKs nye spesifikasjon, NEK NSPEK 411, bygger på IECs generelle standard for litium-ion batterier IEC 62619. Imidlertid er ikke denne standarden beregnet på skip. NEK NSPEK 411 beskriver derfor de tillegg og endringer som er nødvendig for et maritimt miljø.

Kravene er forsøkt tilpasset klasseselskapenes kravspesifikasjoner, uten å være strengere enn disse. Samtidig er det tatt hensyn til internasjonale krav fra IMO, samt de signaler som norske myndigheter har gitt om Litium ion batterer de siste årene.

Med NEK NSPEK 411 har rederier og verft fått et nytt verktøy for design av skip med litium-ion batterier i påvente av at de internasjonale kravene foreligger.

HMS ved arbeid med batteri

Arbeid med bly-syre-batterier om bord på skip krever strenge HMS-tiltak for å beskytte både personell og utstyr. Her er de viktigste HMS-tiltakene:

1. Personlig verneutstyr (PPE).
   • Vernebriller eller ansiktsskjerm for å beskytte mot syresprut.
   • Syrefaste hansker for å unngå kontakt med batterisyre.
   • Verneklær eller syrefast forkle for beskyttelse mot søl.
   • God ventilasjon eller åndedrettsvern ved arbeid i trange rom med fare for hydrogengass.

---

1. Ventilasjon og eksplosjonsfare.

   • Blybatterier avgir hydrogengass ved lading, som er svært brannfarlig.
   • Sørg for god ventilasjon i batterirommet for å unngå opphopning av gass.
   • Unngå gnister og åpen ild i nærheten av batteriene (ingen røyking eller bruk av gnistdannende verktøy).

2. Håndtering av batterisyre.

   • Unngå søl – bruk egnet utstyr ved etterfylling av batterivæske.
   • Skyll umiddelbart med rikelig vann ved kontakt med hud eller øyne.
   • Nøytraliser søl med natron (bikarbonat) eller kalk.

3. Løfting og transport.

   • Blybatterier er tunge – bruk egnet løfteutstyr for å unngå skader.
   • Sørg for at batteriene står stødig og er godt festet under transport.

4. Vedlikehold og inspeksjon.

   • Sjekk jevnlig etter korrosjon, lekkasjer eller skader på batteriene.
   • Sjekk syrenivået.
   • Rengjør koblinger og poler for å forhindre dårlig kontakt og gnister.
   • Følg produsentens anbefalinger for laddingsrutiner.

5. Nød prosedyrer.

   • Ha øyedusj og nødskyllestasjon lett tilgjengelig.
   • Kjenn til prosedyrer ved syre søl og batteribrann.
   • Brannslukkingsutstyr: Bruk CO₂, pulver eller skum – ikke vann, da det kan reagere med batterisyren.

Miljøfarer med batterier

a) Kjemikalier og tungmetaller: Mange batterier inneholder farlige kjemikalier og tungmetaller som bly, kvikksølv, kadmium, litium og nikkel. Disse stoffene kan forurense jord og vann hvis batteriene ikke håndteres riktig ved avfallshåndtering.

b) Batteriavfall: Hvis batteriene blir håndtert eller destruert feil, kan disse stoffene også lekke ut og forårsake forurensning og helseproblemer.

c) Deponering av farlig avfall: Blybatterier som ikke samles inn og behandles på riktig måte, kan ende opp på deponier, hvor de kan forurense miljøet i mange år. Det er spesielt problematisk fordi bly er svært langsomt å brytes ned, og kan forbli farlig i lang tid.

Regelverk om håndtering og resirkulering av batterier

a) Avfallsforskriften: I Norge reguleres håndtering og innsamling av batterier gjennom Avfallsforskriften, som implementerer EU-direktivene om batterier og akkumulatorer. Dette direktivet pålegger produsenter av batterier å sørge for at batteriene deres samles inn, resirkuleres og behandles på en miljøvennlig måte.

b) Batteridirektiv (EU): EU har vedtatt direktiver som regulerer håndtering og resirkulering av batterier, inkludert bly-syre-batterier. Direktivet krever at alle batterier, inkludert blybatterier, samles inn og resirkuleres på en miljøvennlig måte. Det stilles strenge krav til produsenter om at de skal sørge for at batterier som har nådd livets sluttfase, samles inn, behandles og resirkuleres på en ansvarlig måte.

c) Produsentansvar: Blybatteriprodusenter har ansvar for å sikre at deres batterier kan samles inn og resirkuleres på slutten av livssyklusen. Dette kan omfatte etablering av retursystemer og samarbeid med resirkuleringsselskaper for å håndtere batteriene korrekt.

d) Resirkulering av blybatterier: Bly-syre-batterier er faktisk blant de mest resirkulerte batteritypene i verden. Blyet i batteriene kan gjenvinnes og brukes til nye batterier, og svovelsyren kan behandles og nøytraliseres. Ifølge EU-direktivene må minst 65 % av vekten av et bly-syre-batteri resirkuleres. Gjenvinning av bly er også økonomisk attraktivt, da det kan reduseres fra eksisterende batterier i stedet for å utvinne nytt bly fra gruver.

e) Returordninger og innsamling: I Norge og EU er det etablert systemer for innsamling av blybatterier. Du finner spesifikke innsamlingspunkter i butikker, gjenvinningsstasjoner og spesialiserte returordninger. Hvis et blybatteri kastes i vanlig søppel, kan det føre til forurensning og bryte regelverket.

f) Skilt og merking: Blybatterier er merket med spesifikke symboler som advarer om at de ikke skal kastes i vanlig avfall. De er ofte merket med et symbol for bly og en spesifikk kode som indikerer at de inneholder skadelige materialer.

---

Koblinger av batteri (akkumulatorceller)

Kapasiteten til et batteri i Ah (ampere-timer) er en måte å uttrykke hvor mye elektrisk ladning batteriet kan levere over tid.

«100 Ah (C20).

Batteriet kan levere 100 Ah, målt over 20 timer (5 A i 20 timer).

---

Elektromotorisk spenning (EMS)

For et batteri gjelder:

EMS (E) = Terminalspenning + (Indre motstand * Strøm)

$E = U + \left( R_{i}*I \right) = U + \ \mathrm{\Delta}U$

Når batteriet er åpent (ingen belastning): Terminalspenningen ≈ EMS.

• Når batteriet er belastet (strøm trekkes): Terminalspenningen er lavere enn EMS på grunn av spenningsfall over batteriets indre motstand.
• Indre motstand (Ri) i et 12 V blybatteri ligger på ca. 2 – 6 mΩ.

Strømkrets med en celle

Dersom en celle med elektromotorisk spenning (ems) E og indre motstand Ri er koplet til en ytre motstand Ry, som figuren under viser, får vi ifølge Kirchoffs 2. lov:

$E = I * R_{i} + I * R_{y} = I (R_{i} + R_{y})$

Over cellens indre motstand får vi et spenningsfall:

$\mathrm{\Delta}U = I * R_{i}$

Dermed kan spenningen over den ytre resistansen finnes:

$U = E - \mathrm{\Delta}U$

Det er bare klemmespenningen som kommer til nytte i den ytre strømkretsen. Er klemmespenningen kjent, kan vi finne strømmen ved å bruke Ohms lov på den ytre kretsen:

$I = \ \frac{U}{R_{y}}\ \ \ \ \ \ \ \ \rightarrow \ \ \ \ \ \ \ U = I*R_{y}$

Seriekobling av celler

Egenskaper ved seriekobling:

• Spenningen (V) øker, men kapasiteten (Ah) forblir den samme.
• Totalt spenning = summen av celle-spenningene.
  • F.eks. tre 1,5 V celler i serie gir totalt 4,5 V.
• Kapasiteten (Ah) er lik kapasiteten til én enkelt celle.

Brukes når man trenger høyere spenning.

Kopler vi celler i serie med spenningen i samme retning, får vi etter Kirchoffs 2. lov en høyere spenning. Koplingen er vist på figuren under.

n = antall celler i serie,
e = elektromotorisk spenning per celle i V,
r_i = indre motstand per celle i Ω.

$R_{i} = n * r_{i} = 6*0,1 = \underline{0,6 Ω}$

$E = I * \left( R_{i} + R_{y} \right) = 3 * \left( 0,6 + 3,4 \right) = \underline{\underline{12\ V}}$

$U = I * R_{y} = 3 * 3,4 = \underline{\underline{10,20\ V}}$

Parallellkobling av celler

Egenskaper ved parallellkobling:

• Spenningen (V) forblir den samme som én enkelt celle. (E = e)
• Kapasiteten (Ah) øker – summen av kapasitetene til alle cellene.
  • F.eks. to 1,5 V celler med 2 Ah hver vil fortsatt gi 1,5 V, men med en total kapasitet på 4 Ah.

Brukes når man trenger lengre driftstid (større kapasitet).

For å skille om antallet celler er i serie eller parallell, så bruker vi bokstaven n i serie og bokstaven m i parallell.

Kopler vi m celler i parallell blir samlet ems uforandret, men resulterende indre motstand blir bare r_i / m, fordi strømmen får n veier å gå som figuren under viser. Den totale strømmen i kretsen er da gitt av Kirchoffs 1. lov:

$I_{h} = \ I_{1}*m$

E = e

R_i = r_i / m

For parallellkobling av m celler har vi:

$R_{i} = \ \frac{r_{i}}{m}$

$E = e = I*(R_{i} + \ R_{y})$

eller

$E = e = I*(\ \frac{r_{i}}{m} + \ R_{y})$

$I = I_{1} * m = 1 A * 2$ = $\underline{2 A}$

$R_{i}$ = $\frac{r_{i}}{2}$ = $\frac{0,3}{2}$ = $\underline{0,15 Ω}$

$E = e = I * \left( R_{i} + R_{y} \right) = 2 * \left( 0,15 + 1,5 \right) = 2 * 1,65 = \underline{\underline{3,3\ V}}$

$U = I * R_{y} = 2 * 1,5 = \underline{\underline{3 V}}$

Kombinasjon av serie og parallell (serieparallellkobling)

For å både øke spenning og kapasitet, kan man kombinere seriekobling og parallellkobling. Dette brukes ofte i batteripakker som til elektriske ferger, radiobatteri, elbiler og bærbare PC-er.

Serieparallellkopling av celler

Samlet indre motstand i serieparallellkopling:

$R_{i} = \ \frac{r_{i}*n}{m}$

Total ems (E) i serieparallellkopling av celler har vi:

$E = n * e$      eller       $E = I * (\ R_{i} + R_{y})$       eller       $E = I * (\ \frac{n * r_{i}}{m} + \ R_{y}\ )$

$R_{i} = \ \frac{r_{i} * n}{m} = \ \frac{0,02 * 6}{3} = \underline{0,04\ Ω}$

$E = I * \left( \ R_{i} + R_{y} \right) = 6 * \left( 0,04 + 4 \right) = \underline{\underline{24,24\ V}}$

$U = I * \ R_{y} = 6 * 4 = \underline{\underline{24\ V}}$

Kortslutning av batteri

Kortslutning av akkumulatorceller har vi når den ytre motstanden Ry = 0 Ω.

Kortslutningsstrøm benevnes som I_k.

Ved kortslutning er strømmen bare avhengig av den indre motstanden:

$I_{k} = \frac{E}{R_{i}} $

I de fleste akkumulatorer er den indre motstanden svært lav, dette kan medføre at ved kortslutning blir strømmen så høy at både kabler og akkumulator skades.

Vi bruker serieparallell koblinga som eksempel:

$I_{k} = \ \frac{E}{R_{i}} = \ \frac{24,24}{0,04} = \underline{\underline{606\ A}}$

Eksempel oppgave

Fire batteripakker, hver på 60 Ah. Hver batteripakke består av seks celler á 2,0 Volt. Hver celle har en ri = 0,02 Ω.

a) Batteriene seriekobles.

Hva blir totalspenningen, og hvor stor blir kapasiteten i Ah?

Hva blir Ri og hvor stor blir kortslutningsstrømmen (Ik)?

b) Batteriene blir parallellkoblet.

Hva blir totalspenningen, og hvor stor blir kapasiteten i Ah?

Hva blir Ri hvor stor blir kortslutningsstrømmen (Ik)?

Løsning:

a) Seriekobling:

E = 4 x 12 V = $\underline{\underline{48}}$ V og Kapasiteten = $\underline{\underline{75\ Ah}}$

Ved seriekobling oker spenningen, men kapasiteten blir den samme.

$R_{i} = \ r_{i} * n = \ 0,02 * 4 * 6 = \underline{\underline{0,48 Ω}}$

$I_{k} = \frac{E}{R_{i}} = \frac{48}{0,48} = \underline{\underline{100 A}}$

b) Parallellkobling: E = $\underline{\underline{12\ V}}$ og Kapasiteten = 4 x 60 Ah = $\underline{\underline{240\ Ah}}$

Ved parallellkobling blir spenningen den samme, men kapasiteten øker.

$R_{i} = \frac{r_{i} * n}{m} = \frac{0,02 * 6}{4} = \underline{\underline{0,03\ Ω}}$

$I_{k} = \frac{E}{R_{i}} = \frac{12}{0,03} = \underline{\underline{400\ A}}$

I oppgave b) kobler vi til en toleder kabel som er 25 m lang og har et tverrsnitt på 1,5 mm².

I enden av kabelen kobler vi til en pære på som er stemplet med 15 W/12 V.

a) Hvor stor er Ry (kabel og pære)?

b) Hvor stor er U?

Løsning:

$R_{\text{kabel}} = \frac{l * \varrho}{A} = \frac{2 * 25 * 0,0175}{1,5} = \frac{0,875}{1,5} = 0,583\ \mathrm{\Omega}$

$R_{paere} = \ \frac{U^{2}}{P} = \ \frac{12^{2}}{15} = 9,6 Ω$

$R_{y} = \ R_{k} + \ R_{p} = 9,6 + 0,583 = \underline{\underline{10,183\ Ω}}$

$E = I*\left( R_{i} + R_{y} \right)\ \ \rightarrow$ snu formel

$I = \ \frac{E}{R_{i} + R_{y}} = \frac{12}{0,03 + 10,183} = 1,175\ A$

$U = I * R_{y} = 1,175 * 10,183 = \underline{\underline{11,96\ V}}$

Formelark for batterier

Kapasiteten til et batteri

Emne	Formel	Merknad	Enhet
Kapasiteten til et batteri	\( Q_2 = I_{2} \cdot t_{2} \)	\( Q_2 \) = kapasitet \( I_2 \) = utladestrøm \( t_2 \) = utladetid	As A sek.
Strømvirkningsgrad	\( \mu_s = \frac{I_{2} \cdot t_{2}}{I_{1} \cdot t_{1}} \)	\( \mu_s \) = strømvirkningsgrad \( I_1 \) = tilført strøm \( t_1 \) = oppladningstid	\( 0 < \mu < 1 \) A sek.
Energivirkningsgrad	\( \mu_e = \frac{I_{2} \cdot t_{2} \cdot U_{2m}}{I_{1} \cdot t_{1} \cdot U_{1m}} \)	\( \mu_e \) = energivirkningsgrad \( U_{2m} \) = midlere utladespenning \( U_{1m} \) = midlere ladespenning	\( 0 < \mu < 1 \) V V

Strømkrets med en celle

Emne	Formel	Merknad	Enhet
	\( E = I_h \cdot R_i + I_h \cdot R_y \)	\( E \) = elektromotorisk spenning	V
	\( E = I_h \cdot (R_i + R_y) \)	\( I_h \) = hovedstrøm	A
		\( R_i \) = cellens indre motstand	Ω
	\( \Delta U = I_h \cdot R_y \)	\( R_y \) = ytre motstand	Ω
	\( U = E - \Delta U \)	\( \Delta U \) = indre spenningsfall	V
	\( U = I_h \cdot R_y \)	\( U \) = klemmespenning	V

---

Seriekobling av celler

Emne	Formel	Merknad	Enhet
	\( E = n \cdot e \)	\( E \) = elektromotorisk spenning	V
		\( e \) = ems per celle	V
	\( R_i = n \cdot r_i \)	\( n \) = antall celler i serie
	\( r_i = \frac{R_i}{n} \)	\( R_i \) = total indre resistans	Ω
	\( I_h = \frac{n \cdot e}{n \cdot r_i + R_y} \)	\( r_i \) = indre resistans per celle	Ω
	\( I_h = \frac{E}{R_i + R_y} \)	\( I_h \) = hovedstrøm	A
	\( R_y = \frac{E}{I_h} - R_i \)	\( R_y \) = ytre motstand	Ω

Parallellkobling av celler

Emne	Formel	Merknad	Enhet
	\( E = e \)	\( E \) = total ems	V
	\( R_i = \frac{r_i}{m} \)	\( e \) = ems per celle	V
	\( E = I_h \cdot R_i + I_h \cdot R_y \)	\( R_i \) = total indre motstand	Ω
	\( E = I_h \cdot (R_i + R_y) \)	\( r_i \) = indre resistans per celle	Ω
	\( I_h = \frac{E}{R_i + R_y} \)	\( m \) = antall parallell grener (grupper)
	\( I_h = \frac{e}{\frac{r_i}{m} + R_y} \)	\( I_h \) = hovedstrøm	A
	\( I_1 = \frac{I_h}{m} \)	\( I_1 \) = strøm per gren (gruppe)	A

---

Serieparallellkobling av celler

Emne	Formel	Merknad	Enhet
	\( E = n \cdot e \)	\( E \) = total ems	V
	\( R_i = \frac{r_i \cdot n}{m} \)	\( R_i \) = total indre resistans	Ω
	\( R_y = \frac{U}{I_h} \)	\( r_i \) = indre resistans per celle	Ω
	\( R_y = \frac{E}{I_h} - R_i \)	\( R_y \) = ytre resistans (motstand)	Ω
	\( I_h = \frac{E}{R_i + R_y} \)	\( n \) = antall celler i serie
	\( I_h = \frac{n \cdot e}{\frac{n \cdot r}{m} + R_y} \)	\( m \) = antall parallelle grener (grupper)
		\( e \) = ems i hver celle	V
		\( U \) = klemmespenning	V

Kortslutning over batteripolene

Emne	Formel	Merknad	Enhet
	\( R_y = 0 \)	\( R_y = 0 \, \Omega \) (kortsluttet)	Ω
	\( I_k = \frac{E}{R_i} \)	\( I_k \) = kortslutningsstrøm	A

Kapasitet til batteri i Ah.

Batteri i serie: Spenningen øker, men kapasiteten er den samme.

Batteri i parallell: Spenningen er den samme, men kapasiteten øker.