Kaip užtikrinama energijos kaupimo baterijų sauga?

Energijos saugojimas Baterijos ir termoizgavimo rizika

Termoizgavimo sklaidos ličio jonų baterijų sistemose supratimas

Termoizgavimas vis dar yra rimčiausia ličio jonų baterijų saugos problema energijos saugojimo baterijos , kuri atsiranda tada, kai šilumos gamyba viršija šilumos išsisklaidymo tempą veikimo metu. Šis dominų efektas prasideda esant 160–210 °C NMC (nikelio-mangano-kobalto) variantams, tačiau dėl stabilios cheminės struktūros kristale štemperatūra pakyla iki 270 °C saugesnėms LFP (ličio geležies fosfato) baterijoms (Trečiosios šalių laboratorijos tyrimas, 2025). Trijų galimų inicijuotojų valdo gedimo analizę:

• Mechaninis pažeidimas dėl smūgių ar suspaudimo
• Elektrinis netinkamas naudojimas dėl perdaug įkrovimo ar trumpo sujungimo
• Terminis poveikis, viršijantis eksploatacinius ribinius dydžius

2024 metai Moksliniai ataskaitos tyrimas parodė, kad šoninis kaitinimas daugina plitimą 34 % greičiau nei vertikalus kaitinimas daugiapakopėse sistemose, o temperatūros viršija 800 °C esant kaskadinėms klaidoms. Moduliniai dizainai su ugniai atspariomis pertvaromis dabar delsia kritines temperatūros ribas 12–18 minučių, suteikiant gyvybiškai svarbų laiką saugos sistemoms.

Ugnies naikinimo strategijos BESS įrengimams

Šiuolaikinės akumuliatorių elektros energijos kaupimo sistemos (BESS) naudoja sluoksniuotus izoliavimo protokolus, kurie apjungia pasyvias ir aktyvias priemones:

1. Pasyvios ugnies barjerai keraminio pluošto arba intumpscentiniais sluoksniais išlaiko 1200 °C temperatūrą ilgiau nei 90 minučių
2. Dūmų šalinimo sistemos nukreipia terminio nekontrolavimo produktus nuo nepažeistų modulių
3. Atskirtos talpyklos sumažina deguonies kiekį, kad būtų slopinamas degimas

2025 metų lyginamoji analizė parodė, kad integruotos dūmų jutiklių ir skysčio aušinimo sistemos sumažino viso masto terminius įvykius 78 % lyginant su oru aušinamomis sistemomis. Pagal NFPA 855 standartą nustatyta modulių tarpinė (3 pėdos tarp modulių) dar labiau sumažina užsidegimo riziką sulėtinant šilumos perdavimo greitį iki 0,8°C/sek.

Atvejo tyrimas: 2023 metų akumuliatorių gaisro analizė

2023 metų stambiosios energetikos saugyklos gaisras parodė esminius konstrukcijos trūkumus, kai trijų NMC modulių netikėtas savišildymas sukėlė nepastebimą temperatūros kilimą. Pagrindiniai išvados iš atlikto tyrimo:

• Temperatūros jutikliai pranešė apie kritines ribas su 22 sekundžių vėlavimu
• Ugniasienės neturėjo pakankamos atsparumo korozijai drėgnoje aplinkoje
• Avarinėms tarnyboms reikėjo specializuoto mokymo, kad galėtų tvarkyti litio tipo gaisrus

Po įvykio atliktos imitacinės analizės parodė, kad atnaujintos avarinio išjungimo procedūros būtų galėjusios apriboti žalą tik 11 proc. objekto vietų, o ne faktiškai prarastą 63 proc. Šis įvykis pagreitino reguliacinių reikalavimų priėmimą dėl dviejų kanalų temperatūros stebėjimo ir ketvirtinių termografinių apžvalgų taikymo 14 JAV valstijų mastu.

Energijos saugojimas Baterijos Saugumo testavimo procedūros

UL 9540A stambaus masto gaisrų testavimo metodika

Taikomosios saugumo praktikos energijos saugojimo baterijos pagrįsti standartiniais gaisro bandymais, tokiais kaip UL 9540A, kurie atlikti remiantis gaisro rizikos vertinimu, apimantiems bazinius grandininės reakcijos terminio nekontrolavimo sklaidos modelius ir blogiausio atvejo scenarijų, tokių kaip baterijų modulių įrenginių kaskadinio gedimo, atsiradimą. Naujai atnaujinta UL 9540A (2025) leidžia vertinti naujesnes technologijas, tokias kaip natrio- jonų baterijos, ir užtikrina griežtą gaisro rizikos peržiūrą. Pvz., bandymų rezultatai rodo, ar įrengimams reikia gaisro atsparių apvalkų ar vėdinimo, kad būtų valdomos dujų emisijos. Be to, dabar maitinimo įrenginio cheminė sudėtis yra platesnė kategorija, atspindinti bendrą pažangą energijos kaupimo pramonėje.

CSA C800-2025 Ilgaamžiškumo vertinimo reikalavimai

CSA C800-2025, sukurtas Argonne laboratorijoje, yra palydovės standartas automobilių baterijoms ir nustato geresnius ilgaamžiškumo reikalavimus baterijų sistemoms, darant didesnį akcentą tiek į mechaninį, tiek į aplinkos atsparumą. Bandomasis procesas apima 2000 valandų 'modeliuotą' terminį ciklą, vibracijos apkrovimą, kuris yra lygus seisminei zonai 4 sąlygoms, bei šiuolaikinę drėgmės veikimo sąlygas esant 95% santykinės drėgmės. Tai patvirtina, kad ekstremaliame ore su baterijų korpusais nebus elektrolito nutekėjimo, kas ypač svarbu pakrantės ar drebėjimo rizikos vietose.

Trečiosios šalies sertifikavimo procesas ESS patikimumui

Nepriklausomos sertifikavimo institucijos energijos kaupimo sistemas verčia keliais etapais pagal NFPA 855 ir IEC 62933 standartus. Šis procesas apima:

• Komponentų lygio medžiagos analizę (pvz., ugniai atsparaus separatoriaus vientisumą)
• Visos sistemos veikimo apkrovas ±15 % įtampos tolerancija
• Kibernetinio saugumo vertinimas debesų prijungtoms baterijų valdymo sistemoms

Sertifikavimo institucijos atlieka netikėtas įrenginių apžiūros procedūras, siekdamos užtikrinti nuolatinį atitikimą, o 93 % nesėkmingų auditų yra dėl netinkamo termo jutiklių kalibravimo (2024 ESS Saugumo ataskaita).

Energijos saugojimas Baterijos Projektavimo saugumo savybės

Saugos sistemos integruojamos siekiant sukurti energijos kaupimo baterijų saugumo garantijas nuo termo iširusios reakcijos naudojant daugiapakopius inžinerinius metodus. Pagrindiniai inovacijų šaltiniai yra trys sritys: pažengusi baterijų valdymo sistema (BMS) realaus laiko stebėsenai, ugniai atspari elektrolito sudėtis ir modulinė architektūra gedimų lokalizavimui. Kartu šie projektavimo principai padidina sistemų atsparesnį reagavimą į vietinius nesklandumus ir sumažina katastrofinių gedimų tikimybę.

Pažengusios baterijų valdymo sistemos (BMS) architektūros

Šiuolaikinės BMS sistemos naudoja prognozuojančius algoritmus, kad sekamos įtampos lygmenys, vidinė temperatūra ir SoC. Flick, kaip viena iš jų veiklos krypčių yra anomalijų ankstyvas aptikimas, tokios kaip, pavyzdžiui: pernelyg didelis krūvis arba terminis poveikis, paleidžiant paveiktų modulių aktyvų išjungimą, kol dar nesukaupta žala. Toks realaus laiko įsikišimas leidžia išvengti vietinių problemų, kurios gali sukelti visos sistemos terminius įvykius, ypač svarbu didelėms sistemoms.

Medžiagų mokslo proveržiai liepsnai atspariose elektrolituose

Elektrolito chemijoje pasiekėme išskirtinių rezultatų, ypač dėmesį sutelkę į vidinio ugniai atsparius elektrolitus, kurie ne tik priešinasi užsidegimui, bet ir sulėtina ugnies plitimą. 2024 metų baterijų saugos tyrimų atnaujinimas parodė, kad kietojo kūno konstrukcijos naudoja elektrofilų redukcijos metodą elektrolitams imobilizuoti ir litio dendritams mažinti. Ši strategija leidžia pasiekti 99,9 % Kulono efektyvumą ir 10 000 valandų ilgaamžiškumą su sumažintu užsidegimo pavojumi.

Modulinis konstravimas gedimų izoliavimui ir apribojimui

Modulinės baterijų konfigūracijos skiria elementus į ugniai atsparius vienetus, atskirtus termoiniais barjerai. Jei įvyksta terminis nestabilumas, tokia konstrukcija riboja žalą tik tame module, išvengdama pernašos tarp vienetų. Izoliavus gedimus, sistemos išlaiko dalinę funkcionalumo galimybę remontuojant – tai sumažina prastovas ir leidžia keisti tik pažeistus komponentus be viso sistema stabdymo.

Elektros kaupiamųjų baterijų atitiktis NFPA 855 standartui

Atstumo iki sienos ir apvalkalo techninės charakteristikos

NFPA 855 reikalauja minimalaus trijų pėdų atstumo tarp ESS vienetų ir artimiausios sienos, kad būtų sumažintas termovadinio nekontrolavimo sklindimas. Šie atstumai gali būti sumažinti naudojant viso masto ugniai atsparių barjerų bandymus ir patvirtinus rizikos mažinimo galimybes. Pritaikant stiprintus plieninius korpusus su UL 94 V-0 klasifikacija, įmonių lyderiai atsisako degių FR plastikų siekdami sumažinti šilumos perdavimo riziką 40–60% lyginant su neklasifikuotais dizainais.

Dūmų aptikimo ir vėdinimo sistemos reikalavimai

Pagal NFPA 72 gaires pažengusios dūmų detekcijos sistemos privalo paleisti signalizaciją per 30 sekundžių nuo dalelių aptikimo. Vėdinimo projektavimas yra nukreiptas į degtukų dujų, tokių kaip vandenilio fluoridas, praskiedimą, reikalaujant 12–15 kartų oro keitimą uždarose patalpose. 2023 metų pramonės tyrimas parodė, kad tinkamas vėdinimas sumažina dujų kaupimosi riziką 60 % esant termovadinėms situacijoms.

Priešgaisrinės apsaugos standartų priėmimas valstybių lygmenyse

Šiuo metu 23 valstijos reikalauja taikyti NFPA 855 standartą energijos tiekimo masto baterijų diegimui, o tiek Misisipės, tiek Kalifornijos valstijos taip pat nustatė privalomą nepriklausomą vietos sąlygoms pritaikytą pavojų analizę gaisrams, įvykusiems po 2023 metų. Labiausiai paveiktos: 2024 metų Nacionalinio saugumo planas rodo, kad 89 % visų naujų projektų viršija minimalius NFPA reikalavimus, naudodami papildomas ugnies sienas ir automatinį gaisro gesinimo sistemas. Kalifornijoje ir dar dvylika valstijų yra pateikusios 2025 metų projektus su griežtesniais miestų ESS atstumo nuostatomis.

Avarinės energijos kaupimo baterijų veiksmų planavimas

Gaisrinių tarnybų koordinavimo procedūros BESS gaisrams

Baterijų energijos kaupimo sistemų (BESS) gaisrinės saugos taisyklės yra būtinos, kad būtų galima sėkmingai reaguoti į nelaimingus atsitikimus. Agentūros turėtų parengti incidento planus su konkrečiomis termiškojo iširusio skysčio slopinimo taktika, elektros izoliavimo procedūromis ir vandens pateikimo strategijomis skirtingoms litio jonų chemijoms. Sistemų operatoriaus bendradarbiavimo mokymuose pirmosios pagalbos tarnyboms turėtų būti mokoma, kur yra baterijų durelės ir baterijų jungikliai. Reikia integruoti realaus laiko informacijos dalinimąsi tarp objektų stebėjimo sistemų ir incidento valdymo centrų į komunikacijos sistemas, kad būtų lengviau koordinuoti termiškų reiškinių veiksmų ribojimą.

Visuomenės sveikatos poveikio mažinimo strategijos

Bendrosios sveikatos pavojai BES incidentuose yra pateikiami kaip daugiapakopė toksinių dujų ir dalelių išsiskyrimo apsauga. Strateginis vėdinimas ir atmosferos stebėsena nustato izoliacijos zonas, kad būtų apsaugoti bendruomenės. Evakuacijos planuose turėtų būti įvertinta garų sklaidos modelis (vėjo kryptys ir baterijų chemija). Tarptautinio litio jonų saugos bendradarbiavimo projektai siekia sukurti geresnius pažeistos baterijų paketų kontroliavimo metodus. Šie reikalavimai palankūs ilgalaikiam oro kokybės valdymui po incidento atliekant aplinkos mėginius ir sveikatos stebėseną.

Dažniausiai paskyrančių klausimų skyrius

Kas yra šiluminis nekontrolavimas energijos kaupimo baterijose?

Šiluminis nekontrolavimas yra saugumo problema, susijusi su litio jonų baterijomis, kuri atsiranda tada, kai šilumos gamyba viršija šilumos sklaidą, todėl baterijų sistemoje prasideda dominantinis efektas.

Kaip galima užkirsti kelią šiluminiam nekontrolavimui energijos kaupimo sistemose?

Modulinė konstrukcija su liepsnai atspariomis pertvaromis, pasyviais ugnies barjerai, kompartmentiniais korpusais ir realaus laiko stebėjimu naudojant pažengusias baterijų valdymo sistemas galima išvengti termoizgriuvimo.

Kokie saugos standartai yra aktualūs energijos kaupiamosioms baterijoms?

NFPA 855, UL 9540A ir CSA C800-2025 yra pagrindiniai saugos standartai, skirti ugnies bandymams, ilgaamžiškumo reikalavimams ir tinkamam montavimo procesui.

Kokios yra pagrindinės ugnies slopinimo strategijos energijos kaupimo sistemose?

Energijos kaupimo sistemos naudoja pasyvius ir aktyvius metodus, tokius kaip ugnies barjerai, dujų išmetimo sistemos ir prie gaisro atsparūs korpusai siekiant sustabdyti gaisrą ir sumažinti žalą.

Kokią funkciją atlieka pažengusi baterijų valdymo sistema užtikrinant saugumą?

Pažengusios BMS architektūros naudoja prognozuojančiuosius algoritmus, kad sektų kritinius parametrus ir paleistų prevencines sustabdymo procedūras siekdamos išvengti visos sistemos termoįvykių.