Q&A: Fysiker overrasket over Boeings valg af ustabil batteritype
more_vert
close

Få de daglige nyheder fra Version2 og Ingeniøren. Læs mere om nyhedsbrevene her.

close
Ved at tilmelde dig accepterer du vores Brugerbetingelser, og du accepterer, at Teknologiens Mediehus og IDA-gruppen lejlighedsvis kan kontakte dig om arrangementer, analyser, nyheder, job og tilbud m.m. via telefon og e-mail. I nyhedsbreve, e-mails fra Teknologiens Mediehus kan der forefindes markedsføring fra samarbejdspartnere.

Q&A: Fysiker overrasket over Boeings valg af ustabil batteritype

Boeing 787 Dreamliner står på jorden på ubestemt tid på grund af problemer med dets lithium-ion-batteri.

Den mest alvorlige episode med et lithium-ion-batteri om bord på en Dreamliner skete onsdag den 16. januar. En af Dreamlinerne hos det japanske flyselskab ANA måtte sikkerhedslande, kort efter det var lettet, fordi der kom en fejlmelding fra batteriet, og lithium-ion-batteriet udviklede en mærkelig lugt.

Kun halvanden uge forinden gik der ild i et lithium-ion-batteri i en Dreamliner fra Japan Airlines. Den stod parkeret ved gaten, og alle passagerer var stået af, da rengøringsfolkene lugtede røg fra batteriet.

Her ses varmeudviklingen for forskellige katodematerialer ved reaktion med batteriets elektrolyt. Den øverste viser lithium-koboltoxid, som er brugt i Dreamliners batterier. Og den grønne er det nyere lithium-jernfosfat. Illustrationen er fra Sandia National Laboratories' forskning. Illustration: Sandia National Laboratories
GS Yuasas specifikationer af battericellerne de leverer til fly. Illustration: GS Yuasa

Læs også: Sodsværtet kammer kaster mistanken på Dreamliners lithiumbatterier

Problemerne med batteriet onsdag fik de japanske selskaber til at grounde alle Dreamlinere. Siden fulgte luftfartsmyndighederne i USA, Asien og Europa efter, og ingen Dreamlinere er nu på vingerne.

Lithium-ion-batteriet har netop været en bekymring for den amerikanske luftfartsmyndigheder FAA, men Boeing har bevist batteriets sikkerhed i tilstrækkelig grad til at få det godkendt.

Læs også: Dreamliner-flyets batterier har gammeldags og ustabile katoder

Det er det japanske firma GS Yuana, der står bag batteriet, og batteristyringssystemet i Dreamlineren, som er det første kommercielle fly med et lithium-ion-batteri om bord. Desuden er den amerikanske hærs F-35 Joint Strike Fighter udstyret med et lithium-ion-batteri fra producenten Saft.

Læs også: DTU-forsker: Derfor bliver lithium-ion-batterier brandfarlige

Vi har inviteret fysiker Ivan Loncarevic til at deltage i en Q&A, så du har mulighed for at stille spørgsmål om lithium-ion-batterier.

Han er desuden journalist og har været stifter og medejer af firmaet Lithium Balance, som laver batteristyringssystemer til lithium-ion-batterier. Siden 2011 har han været selvstændig konsulent i sit firma ELKO med fokus på elbiler.

Dokumentation

GS Yuasa: Specifikation af lithium ion batterier til fly

sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

har det ikke noget at gøre med at alle former for energi lagering indeholder en potentien fare ?
jo mere kompakt denne form for oplagering er, jo mere energi pr størelse eller pr vægt, jo mere farligt er det.
samt jo mere energi man har gemt på samme sted, jo større bliver skaden hvis noget går galt.
Det er klart at man i fly og biler osv, ønsker at bruge batterier med høj energi tæthed og lav væg.

  • 0
  • 0

Er potentielt meget risikable hvis der ikke samtidigt findes et uafhængigt overvågningssytem, der kan gribe ind ved microprocessorfejl. Jeg har på min Kewet oplevet, at en Italiensk microprocessorstyret Zivan lader fortsatte med at lade blybatteripakken med 20 Ampere selv om batterierne var fuldt opladet, med kraftig gasning til følge. Det kunne let have kostet mig livet hvis jeg ikke havde opdaget dette.

  • 0
  • 0

Er potentielt meget risikable hvis der ikke samtidigt findes et uafhængigt overvågningssytem, der kan gribe ind ved microprocessorfejl. Jeg har på min Kewet oplevet, at en Italiensk microprocessorstyret Zivan lader fortsatte med at lade blybatteripakken med 20 Ampere selv om batterierne var fuldt opladet, med kraftig gasning til følge. Det kunne let have kostet mig livet hvis jeg ikke havde opdaget dette.

Hvad sagde din leverandør, da du fejlmeldte produktet/ville have pengene retur? ;-)

  • 0
  • 0

Problemet med batterier relativt til olie er, at i et batteri har du lagret energien ligesom i et sprængstof. Der skal bare en fejl eller en tændsats til for at udløse det. Med olieprodukter er det nødvendigt med noget ilt udefra, før det kan futte af.

  • 0
  • 0
  1. Det var en fejl i kredsløbet til servopumpen på Peugeot 306 som var årsagen til at batteriet blev overophedet og brød i brand (så kan man spørge om hvorfor der ikke var en sikring som sikrede at det ikke skete) - så det var heller ikke batteriet som var årsagen til branden.
  2. Boeing har ikke valgt batteri, det har derimod det franske firma som leverer løsningen med det omtalte batteri.
    Der er mange andre firmaer som leverer sektioner til flyet, bl.a. Kawasaki leverer den del af kabinen bag cockpit og foran vingen. Mitsubishi leverer dele af vingen osv.
  3. FAA har anbefalinger og instruktionsvideoer i hvordan man slukker med vand - http://www.youtube.com/watch?v=vS6KA_Si-m8
    (over 350 grader F opstår thermal runaway)
    Ellers kan også bruges «Halotron» http://www.halotron.com/
    det er et mix af tetrafluoretan, pentafluoretan og karbondioksid, omtrent som HCHF-123.

  4. Haverimyndighederne i US skrev ellers i deres foreløbige rapport at det var "foreign object" i distributionen som antagelig var årsagen - altså ikke batteriet - og strengt taget var der vel ikke tale om ild i batteriet

  • 0
  • 0

"fleste jet-fly i gamle dage en generator i halen, der var tændt og kørte på kerosin. Den brugte man til at starte motorerne. Men det er ikke tilladt i dag"
APU er tilladt kort efter landing og før start :
http://www.cph.dk/CPH/DK/CSR/Milj%C3%B8/St...

Men hvad siger Ing's fly-læsere - bruger man normalt APU til start eller gør man ikke (ground power istedet; fra jord eller bil) ?
Og hvad er dokumentationen for det ?

Man kan sige at Boeing har "valgt" LiCo på den måde at de har valgt at lade andre tage sig af det. Et ikke-valg er også et valg. Boeing står med bøvlet i første omgang ved ikke at kunne levere nye fly.

  • 0
  • 0

Men hvad siger Ing's fly-læsere - bruger man normalt APU til start eller gør man ikke (ground power istedet; fra jord eller bil) ?

De sidste gange jeg har fløjet fra lufthavne i Danmark har proceduren været som følger:

  1. Opstart af APU via ground power ved gate
  2. Push-out
  3. Opstart af en motor
  4. Taxi til taxiway
  5. Opstart af anden motor
  6. Taxi til runway

Hvor push-out så har været stort set omgående efter frakobling af ground power, så APUen stort set ikke har kørt ved gaten.

Om det er standardproceduren ved jeg ikke, men det har været ret konsistent når jeg har skullet afsted hen over de sidste par år.

  • 0
  • 0

Jeg er ikke forbavset over at de bruger LiCo batterier, selvom batteri eksperten siger de er gammeldags, så er det stadig dem som der udvikles på og dem er kan fås med højest energitæthed. LiFePO4 batterier har meget lav energi tæthed og der er ikke så mange udbydere af dem, en af de bedre (A123) er gået konkurs fornylig.
Idag indeholder mange LiCo batterier også ekstra sikkerhed i form af en membran som afbryder batteriet hvis det bliver for varmt. Dette er ud over den sædvanlige PTC og overtryksventil. Det er dog tvivlsomt om de batterier der er brugt i Dreamliner har haft den membran, da de nok er for gamle til dette.

Lidt sammenligning af energi indhold for et 18650 battery: Moderne LiCo battery (NCR18650B) indeholder omkring 12 Wh, et ældre LiCo battery (2600mAh) er omkring 9Wh, et A123 LiFePO4 omkring 3 Wh.

Hvad der evt. findes a nye smarte og sikre batterier typer i laboratorierne er ikke så relevant for Dreamliner.

  • 0
  • 0

ifølge
http://news.airwise.com/story/view/1358772...
Har securaplane arbejdet på litium batteri lader systemer til fly siden 2004.
http://www.securaplane.com/products/energy...

Problemet er nok delvis at styktallet er lavt (få flytyper, som igen er lavet i få exemplare) det betyder at udviklings kost er høj.
Ifølge hvad jeg kan finde på nettet er der fremstillet 3 styk Gulfstream G650, ca. 60 styk B787, og Embraer Legacy 450 er under udvikling.

Store firmaer vil gerne lade underleverandøere betale en del af udviklings omkostningerne, det betyder at de er modvillige til at modernisere designet før de har fået dækket omkostningerne ved det gamle produkt.

Et andet problem der forlænger time to market for ny teknologi er at underleverandør kæden er lang.
"The charger is part of a complex system that uses a lithium-ion battery made by GS Yuasa and electrical systems made by Thales to provide start-up power for an auxiliary power unit, which is built by Pratt & Whitney".

  • 0
  • 0

FAA har anbefalinger og instruktionsvideoer i hvordan man slukker med vand

Der siges ingen sted i videoen man kan slukke med vand. Det fremhæves gang på gang man skal køle med vand for at forhindre run away i flere battericeller.

  • 0
  • 0

Hvis man går ind på batteriproducenten, GS Yuasa's hjemmeside, kan man se at de er specialister i batterier til specialformål. Det er anvendelser som fly, militær og rumfart. I disse brancher er der normalt et meget omfattende godkendelses- og prøvnings-program for 'stumper'. De koster meget i både tid og penge. Hvis man først har fået godkendt en 'stump' så skifter man ikke bare.
Det store fokus i 787 har været at spare vægt, for dermed at spare brændstof. Derfor er Boeing nok meget tøvende med at skifte et andet batteridesign, især hvis det fylder eller vejer mere.
De brugte batterier har ifølge batterileverandøren en energitæthed på omkring 100 Wh/kg hvilket ikke er en høj værdi for et Li-ion batteri.

  • 0
  • 0

Det går desværre ikke ... fuel-cells er meget dårlige til at yde stor strøm på kort tid, .....de bliver ustabile, når de belastes.

Airbus har udviklet på en sådan løsning i en del år. En af de store udfordringer er det store aktive kølingsbehov når flyet står stille. Jeg regnede på én af kølingsløsningerne i mit bachelor projekt.

http://www.aviationweek.com/Article.aspx?i...

  • 0
  • 0

Men hvad siger Ing's fly-læsere - bruger man normalt APU til start eller gør man ikke (ground power istedet; fra jord eller bil) ?
Og hvad er dokumentationen for det ?

Jeg skal ikke gøre mig til ekspert, men efter at have læst den nu hedengangne Flight Level 390 og Captain Dave i en del år, så vil jeg umiddelbart sige, at man i det store og hele kun bruger APU'en ved landinger med kort turnaround i små lufthavne, hvor det ikke er muligt at levere strøm fra jorden - og så hvis man strander i en alenlang kø på en taxiway, og derfor kan være nødt til at lukke den ene kørende motor ned for at spare på sit brændstof af hensyn til de krævede reserver.

Dokumentationen kan givetvis findes, men den nok ikke meget længere, end at i store lufthavne er forureningen på jorden ved gates ret heftig - det er i hvert fald sådan, en fagforening (3F?) udlagde teksten i Kastrup, hvor tilsyneladende uforholdsmæssigt mange blandt jordpersonellet bliver ramt af kræft, der er relateret til partikelforurening.

  • 0
  • 0

Realiteten er nok, at vi bruger APU'en ved hver opstart og hver landing. Man kan sagtens trække strøm fra en motor til at dække behovet under taxi mod gaten men fidusen er, at man kan stoppe hovedmotor(-en/-ene) så snart parkeringsbremsen er sat, hvilket begrænser risikoen for ulykker. Og så gør det ikke så meget, at det måske tager et minut før der fødes strøm fra jorden.

Boeing om 787: http://www.boeing.com/commercial/aeromagaz...

  • 0
  • 0

FAA har anbefalinger og instruktionsvideoer i hvordan man slukker med vand - http://www.youtube.com/watch?v=vS6KA_Si-m8
(over 350 grader F opstår thermal runaway)
Ellers kan også bruges «Halotron» http://www.halotron.com/

Her er en kompleks samling af undersøgelser : s97-101 http://www.nfpa.org/assets/files/pdf/resea...
Halon1301 kan slukke, men ikke køle, så derfor kan især kobolt-batterier genstarte termisk løbskhed.

Hvor stor en del af den frigjorte energi består af elektricitet, og hvor stor en del er nydannede kemiske forbindelser som elektrolyt+ilt ?

Samme kilde s90: el er 10-20%, elektrolyt er 80-90%.

  • 0
  • 0

@ Peter Kamp.

Jeg har ikke sendt den defekte Zivan lader der var indbygget i den ene af min Kewetter retur til leverandøren, dels fordi jeg ikke vil bruge en microprocessor styret lader, og foretrækker en lader for hver af de fem batterigrupper. Nedbrud i en batterigruppe medfører da heller ikke overladning af de andre. I øvrigt så stod laderens elektronik på min anden ældre Kewet også ret hurtigt af, dog således den ikke ville lade batterierne mere, denne er så også blevet erstattet af individuelle ladere for hver batterigruppe. Man skal ikke tro, der ikke vil komme vedligeholdelsesudgifter på elektronikken i elbiler. Bortset fra ballanceelektronik som nok skal side tæt på bilernes batterier, så vil jeg foretrække at al resten af elektronikken samles i bilens instrumentbord, så dette let kan udskiftes og sendes til service.

  • 0
  • 0