Samsung – batterier och säkerhet

Under de senaste snart två veckorna har det varit ovanligt bra väder i Europa. I skrivande stund sitter jag i norra Frankrike och svettas i den 30-gradiga hettan. Några som antagligen svettats ännu mer är ledningen och batteriingenjörerna på Samsung.
Knappt hann nyheten ut att Samsung verkligen gör slag i saken att starta batteriproduktion i Ungern [1] förrän nästa nyhet – Samsung återkallar Galaxy Note 7 endast ett par veckor efter lanseringen [2]. Detta är den största återkallningen av smartphones och beror på ett batterifel; celler kan börja brinna under laddning. Över 70 telefoner har hittills rapporterats felaktiga bara i USA [3]. Ungefär 2,5 miljoner telefoner återkallas [4]. Flera flygbolag förbjuder att man använder en Samsung Note 7 ombord eller checkar in den, så även SAS [5]. Enligt CNN berörs ej de telefoner som säljs i Kina då dessa har ett annat batteri [6].
Enligt Samsung beror felet på att anod och katod kommit i kontakt med varandra och härrör från ett tillverkningsfel [7].
Termisk rusning och intern kortslutning
Nyligen släppte Total Battery Consulting en rapport om batterisäkerhet – Li Ion Battery Safety and Abuse Tolerance Report [8]. Under maj 2015 till maj 2016 skedde 28 återkallningar av Li-jonceller och det är en ökning jämfört med 2005-2008 då denna siffra var 16 per år. Man ser fler leverantörer i omlopp och med olika cellkvalitet. Nu läggs alltså ännu en stor återkallning till denna lista…
Rapporten från Total Battery Consulting behandlar säkerhetsaspekter på olika nivåer – hela kedjan från materialval, celldesign, produktion, packdesign, styrsystem och fordonsinstallation. Vanliga orsaker till batterihaveri tas upp: elektriska och mekaniska fel, termiska felfall och intern kortslutning.
En stor del av rapporten behandlar just termisk rusning (på engelska thermal runaway) och som är resultatet av felet på Samsungcellerna. Vanligtvis sker en termisk rusning om cellens innertemperatur överstiger 150 °C. Temperaturen stiger snabbt och den blir vanligtvis mellan 660 och 1085 °C – man kan se att katodens stömuppsamlare (aluminium) har smält, men inte anodens strömuppsamlare (koppar). Ofta är en termisk rusning ett resultat av en intern kortslutning inne i cellen, som vanligtvis är en konsekvens av defekter i produktionen. Det är i princip omöjligt att upptäcka dessa defekter vid ’end-of-line-testning’ och omöjliga att undanmanövrera på systemnivå med hjälp av olika säkerhetsanordningar och –funktioner.
Vad är det då för defekter det kan röra sig om? Det kan helt enkelt vara föroreningar som finns i luften i produktionsanläggningen, så som små metallpartiklar som kan göra hål på separatorn. Eller så kan det vara skarpa kanter som uppstår om man kapar elektroderna ovarsamt, som även de kan göra hål på separatorn. Olika mekaniska fel på separatorn kan vara en annan orsak: veck, sprickor, områden med förtunningar, osv. Även om man har samma cellmaterial, samma produktionslina, osv., men olika celldesign kan säkerheten påverkas och beror ofta på applikationen.
Komplexiteten växer snabbt och kvalitetskontroll i alla steg i produktionen är totalt avgörande. Ändå är man inte helt säker…
Om du vill veta mer om batterisäkerhet så lyssna gärna på den podd vi inom OMEV spelade in i våras med Annika Ahlberg-Tidblad på Scania.
Total Battery Consulting tar även upp olika testmetoder, deras för- och nackdelar, vilka som jobbar med säkerhetstesting (de flesta som de nämner är dock i USA). Om man köper rapporten kan man läsa om deras analyser av tre fall av batterihaverier: Chevy Volt, Tesla och Dreamliner.
En intressant fråga som lyfts i rapporten är om det går att manipulera säkerhetstesterna. De menar att det går. Elektriska säkerhetstester anser de som mest tillförlitliga, men termiska tester och vissa mekaniska tester de går att manipulera.
Precis som vi talar om i OMEV-podden är propagering en av de stora farhågorna för elfordon – dvs. att cellerna påverkar varandra och man får ett accelererat förlopp med flera celler inblandade. Det finns sätt att minimera riskerna; alla genererar en ökad komplexitet på batteripacket och/eller en ökad kostnad. De menar dock att det man måste göra som OEM är att säkerställa produktionsprocesserna för både pack och cell om man vill minska risken för propagering.
Ny fabrik i Ungern
Vad förlorar då Samsung på detta stora bakslag just när man ska skrida till verket med en ny produktionsanläggning i Ungern? Enligt Strategy Analytics som Reuters har talat med så kommer återkallningen av Note 7 kosta Samsung ca. 5 miljarder US$ och ett tapp på 1,5 % av vinstmarginalen för Samsungs smartphones [2].
Allt detta några dagar efter Samsung meddelade att de satsar 400 miljarder won (ca. 3 miljarder SEK) i en ny batterifabrik i Ungern med en kapacitet på 50.000 batteripack per år för BEVs. Satsningen är strategisk för att serva den europeiska BEV-marknaden samt att minska logistikkostnaderna. Under andra halvan av 2018 ska man vara igång i den redan existerande Samsung-anläggningen och Samsung tror på snabb väg mot vinst då de kan använda mycket av infrastrukturen som redan finns. [9,10]
Samsung levererar till både BMW, Fiat och Audi.
Egna kommentarer
Kan det vara så att Samsung känt sig pressade att hinna före Apple med nästa modell mobiltelefon? Har de möjligtvis en ny leverantör av delar till cellerna?
I de nyheter som rör Ungernfabriken står det ’electric vehicle batteries’ – dvs. batterier inte celler. Det verkar alltså röra sig om en packtillverkningsanläggning snarare än cellproduktion.
Rapporten från Total Battery Consulting är mycket övergripande, men ger ändå bra insikter om problematiken kring celldesign och –produktion och hur avgörande detta är för batterisäkerheten. Rapporten saknar konkreta guidelines för packdesign och fordonsinstallation. Sammanfattningsvis kan jag rekommendera en genomläsning av gratisversionen.
Referenser
[1] Samsung SDI launches construction of its plant for battery production in Hungary. länk
[2] Samsung recalls Galaxy Note 7 phones after battery fires. länk
[3] More than 70 Samsung Galaxy Note 7 batteries have overheated in the US länk
[4] Samsung is recalling 2.5 million Galaxy Note 7 smartphones over exploding battery fears. länk
[5] SAS stoppar Samsung Galaxy Note 7 SVT länk
[6] Samsung is recalling the Galaxy Note 7 worldwide over battery problem. länk
[7] Samsung Galaxy Note7 Uppdatering, 10 september. länk
[8] Li Ion Battery Safety and Abuse Tolerance Report. Total Battery Consulting. länk
[9] Samsung SDI to build $358 mln car battery factory in Hungary by 2018. Reuters .länk
[10] Samsung SDI building Li-ion battery plant in Hungary; global triangular production structure. Green Car Congress. länk