Litiumjonbatterier möjliggör elektrifiering inom allt fler områden, men medför också nya risker. En studie från RISE visar hur termisk rusning kan leda till explosioner i slutna utrymmen – och varför enskilda skyddsåtgärder sällan räcker.
Författare: Jonas Brandt & Maria Quant, RISE
Termisk rusning är en kedjereaktion där battericeller snabbt värms upp och producerar giftiga samt brännbara gaser, bland annat vätgas. Om gaserna antänds direkt uppstår brand, men om antändningen dröjer kan de ackumuleras och orsaka en explosion.
Det var just detta som inträffade när batterirummet på hybridfärjan MF Ytterøyningen exploderade i Norge 2019. Ansamlingen av batterigaser antändes när rummet ventilerades, vilket ledde till omfattande skador på fartyget. Liknande händelser har rapporterats globalt, och statistik från UL visar att upp till 18 procent av de incidenter som orsakat termisk rusning i batterienergilager för bostäder har lett till explosioner – ett tydligt tecken på att risken inte bör negligeras.
Ett av de stora problemen vid termisk rusning är att batteriet fortsätter att utveckla både värme och brännbara gaser så länge processen pågår. Utmaningen är därför inte bara att släcka branden och hindra återantändning, utan också att kyla battericellerna så att propageringen avstannar och gasutvecklingen upphör. För att de brännbara gaser som bildas inte ska nå koncentrationer där de kan antändas måste de antingen spädas ut och ventileras bort eller hållas utanför antändningsområdet genom inertering. Skulle antändning ändå inträffa krävs tryckavlastning för att begränsa den kraftiga tryckökning som då kan uppstå.
Fasta släcksystem kan minska konsekvenserna av batteribränder, men deras kapacitet som ensam skyddsåtgärd ska inte överskattas. Gassläcksystem som inertgaser (till exempel kväve och koldioxid), kemiska släckgaser (till exempel FM-200) samt aerosoler, släcker flammor så länge rätt koncentration av släckmedel upprätthålls i rummet. De sänker inte batteriets temperatur och kan därför inte stoppa gasproduktionen under pågående termisk rusning.
Risker för återantändning och explosionsliknande förlopp kvarstår, till exempel om en dörr eller lucka öppnas och syre tillåts komma in i rummet. Vattendimma kan dämpa brandförlopp och sänka temperaturen i brandrummet, och i vissa fall minska tryckuppbyggnad vid gasantändning. Systemet måste dock utformas rätt, då vissa tillämpningar kan orsaka turbulens som riskerar att öka risken för antändning.
Sprinklersystem används i första hand för att förhindra brandspridning till intilliggande utrymmen och kan inte genom yttre vattenbegjutning hindra den termiska rusningen eftersom vattnet inte når in till battericellerna. Om vatten leds in i batteriet kan det kyla och bromsa spridningen mellan batterimoduler, men det kräver specifika tekniska lösningar eftersom batterierna är inkapslade.
Mekanisk ventilation används för att hålla gasnivåerna under den nedre brännbarhetsgränsen genom att späda ut och avlägsna gaserna innan de når antändningsbara koncentrationer. Metoden är väletablerad i industriella miljöer där gasutsläpp är mer förutsägbara, men den är betydligt svårare att tillämpa i batterilager. I maritima applikationer finns i dag en riktlinje om sex luftväxlingar per timme i batterirum. Simuleringar visar dock att denna nivå endast är tillräcklig vid termisk rusning i ett mindre antal celler.
Gasproduktionen vid termisk rusning kan vara både pulserande och mycket intensiv, och vid snabb propagering – när flera celler påverkas samtidigt – kan gaskoncentrationen nå en antändningsbar blandning i princip omgående. Under sådana förhållanden är ventilation sällan nog för att förhindra att en explosiv atmosfär uppstår.
Oavsett så kräver metoden att gaserna detekteras tidigt och att ventilationssystemet snabbt kan öka flödet om det inte redan går på full drift. Samma tidskritiska utmaning gäller delvis även för släcksystem, som i vissa fall kan ha svårt att aktiveras och fylla utrymmet tillräckligt snabbt. Forcerad ventilation är inte kompatibelt med gas- eller aerosolsläcksystem, eftersom dessa kräver slutna utrymmen för att behålla rätt koncentration av släckmedel.
Deflagrationspaneler utgör en passiv säkerhetsåtgärd som öppnas när ett visst övertryck uppstår och därigenom avlastar trycket vid en antändning av gaserna. På så sätt kan strukturella skador och kollaps förebyggas även om stora gasmängder ackumuleras innan antändning.
Dock kräver deflagrationspaneler stora tryckavlastande ytor och det är inte säkert att de alltid klarar av att ge tillräckligt snabb tryckreducering för att undvika skador. Deras effektivitet beror på korrekt dimensionering, lämplig placering och anpassning till utrymmets geometri samt de förväntade explosionsscenarierna.
Till skillnad från ventilation förhindrar inte tryckavlastning att gaserna når brännbar nivå, utan minskar i stället konsekvenserna om en explosion inträffar. En fördel som deflagrationspaneler har jämfört med mekanisk ventilation är att de kan kombineras med gassläcksystem, vilket ger större flexibilitet i val av säkerhetslösning.
Sammanfattningsvis visar studien att ingen teknik ensam klarar att hantera alla brand- och explosionsrisker orsakade av litiumjonbatterier i slutna utrymmen. Ett effektivt skydd kräver en kombination av genomtänkta åtgärder.
SLÄCKSYSTEM VID TERMISK RUSNING
- Koldioxid och kvävgas: Sänker syrehalten och kväver branden. Effektiv vid tidig detektion men otillräcklig vid höga temperaturer eller spruckna cellhöljen.
- Vattendimma: Effektiv kylning och bromsande av termisk spridning. Kräver stora vattenmängder och kan påverka elektronik.
- Aerosoler: Stoppar flammor snabbt och skadar inte utrustning. Bristande kyleffekt och risk för ökad explosionsbenägenhet om felaktigt utformad.
- Novec 1230 och heptafluorpropan: Gasformiga kemikalier som dämpar flammor. Verkningsgrad begränsad vid höga temperaturer och snabba förlopp.
VENTILATION VID BATTERIBRAND
- Grundventilation: Normalläge med 6 luftomsättningar per timme räcker för underhåll, men inte vid gasutsläpp.
- Gasdetektion: Ventilation bör kunna trappas upp vid förhöjda gasnivåer. System för detta är ofta underdimensionerade.
- Tryckavlastning: Ventilation måste kombineras med tryckavlastningsytor i slutna utrymmen för att förhindra skador vid antändning.
- Fartygsmiljö: Konflikt mellan brandskydd (slutna utrymmen) och ventilationsbehov för att hantera batterigas. Kräver ny projektering.
REFERENSER OCH LÄNKAR:
Referens 1: Rapporten i sin helhet
Compartment Explosions Induced by Batteries, RISE Report 2025:64, RISE Research Institutes of Sweden (2025)
Författare: Quant, M., Grönlund, O., Andersson, J., Höjgaard, M., Hynynen, J., Andersson, P.
Länk: https://www.diva-portal.org/smash/get/diva2:1974413/FULLTEXT01.pdf
Referens 2: En uppdaterad sida med ett flertal forskningsrapporter om brandsäkerhet för batterier:
Länk: https://www.ri.se/sv/expertisomraden/expertiser/brandsakerhet-batterier
Referens 3: Forskningsrapport från Amerikanska UL Fire Safety Research Institute
Considerations for Fire Service Response to Residential Battery Energy Storage System Incidents. UL Fire Safety Research Institute (2023).
Författare: Schraiber, A., Barowy A., Gaudet, B., Kimmerly, V.
Läs rapporten HÄR
LÄS MER >> Självstyrande släcksystem underlättar vid elbränder
