Как обеспечивается безопасность аккумуляторов для хранения энергии?

Хранение энергии Батареи и риски теплового выхода из строя

Понимание распространения тепла в системах литий-ионных аккумуляторов

Тепловой выход из строя по-прежнему является наиболее серьезной проблемой безопасности для литий-ионных батареи для хранения энергии , который происходит, когда скорость выделения тепла превышает скорость его отвода во время работы. Этот эффект домино начинается при температуре 160–210 °C для вариантов NMC (никель-марганцево-кобальтовых), однако поднимается до 270 °C для более безопасных LFP (литий-железо-фосфатных) из-за более стабильной химической структуры кристаллической решетки (исследование независимой лаборатории, 2025). Три возможных фактора инициируют анализ отказов:

• Механические повреждения вследствие удара или сжатия
• Электрическое перенапряжение из-за перезарядки или короткого замыкания
• Термическое напряжение, превышающее эксплуатационные пороговые значения

2024 год Scientific Reports исследование выявило, что боковой обогрев ускоряет распространение на 34% быстрее, чем вертикальный обогрев в многоэлементных системах, с пиковыми температурами свыше 800°С во время каскадных отказов. Модульные конструкции с огнезащитными перегородками теперь задерживают критические температурные пороги на 12–18 минут, обеспечивая жизненно важное время реакции для систем безопасности.

Стратегии локализации пожара для установок систем хранения энергии

Современные системы хранения энергии с батареями используют многоуровневые протоколы локализации, объединяющие пассивные и активные меры:

1. Пассивные противопожарные барьеры керамическое волокно или вспучивающиеся покрытия выдерживают температуру 1200°С в течение 90 и более минут
2. Системы отвода газов перенаправляют побочные продукты теплового неконтролируемого роста температуры в сторону от неповрежденных модулей
3. Модульные корпуса ограничить доступ кислорода для подавления горения

Анализ ориентировочных показателей за 2025 год показал, что установки с интегрированной системой обнаружения дыма и жидкостным охлаждением сократили полномасштабные термические события на 78% по сравнению с воздушным охлаждением. Соблюдение требований NFPA 855 к расстоянию (3 фута между модулями) дополнительно снижает риски перекрестного возгорания за счет замедления скорости теплопередачи ниже 0,8°C/сек.

Исследование случая: анализ инцидента с возгоранием аккумулятора в 2023 году

Пожар на стационарной BESS в 2023 году выявил существенные недостатки проектирования, когда аномальный саморазряд в трех модулях NMC вызвал незамеченное повышение температуры. Основные выводы судебного анализа:

• Датчики температуры имели задержку в 22 секунды при передаче критических значений
• Противопожарные стены не обладали достаточной устойчивостью к коррозии в условиях высокой влажности
• Специализированная подготовка спасателей необходима для работы с литиевыми пожарами

Послеинцидентное моделирование показало, что обновленные протоколы аварийной остановки могли бы ограничить ущерб до 11% объекта вместо фактических 63%. Это событие ускорило введение регуляторных требований по применению двойного температурного контроля и ежеквартального теплового сканирования на территории 14 штатов США.

Хранение энергии Батареи Протоколы испытаний на безопасность

UL 9540A Методики испытаний на огнестойкость в крупном масштабе

Современные практики безопасности, применяемые к батареи для хранения энергии основанные на стандартных испытаниях на огнестойкость, таких как UL 9540A, основаны на оценке риска возгорания, которая включает базовые модели распространения цепной реакции теплового выхода из строя и возникновения худших сценариев, таких как каскадное повреждение устройств модуля батареи. Новейшая обновленная версия UL 9540A (2025) позволяет оценивать новые технологии, такие как натрий-ионные аккумуляторы, и обеспечивает строгую проверку рисков возгорания. Например, результаты испытаний указывают, требуют ли установки огнестойких кожухов или вентиляции для контроля газовых выбросов. А химический состав powerpack'а теперь представляет более широкую категорию, отражающую общие достижения в индустрии энергохранилищ.

CSA C800-2025 Требования к оценке долговечности

Стандарт CSA C800-2025, разработанный в Argonne, является сопутствующим стандартом для автомобильных аккумуляторов и направлен на улучшенные требования к долговечности батарейных систем с повышенным вниманием как к механической, так и к экологической устойчивости. Испытания включают более 2000 часов «симулированного» термоциклирования, вибрационное напряжение, эквивалентное условиям сейсмозоны 4, воздействие влажности по состоянию искусства при 95% относительной влажности. Они подтверждают, что в аккумуляторных корпусах не будет утечки электролита в экстремальных погодных условиях, что особенно важно для прибрежных районов или территорий с риском землетрясений.

Процесс сертификации независимой стороной для обеспечения надежности ESS

Независимые органы сертификации проверяют системы хранения энергии через многоэтапные аудиты, соответствующие стандартам NFPA 855 и IEC 62933. Этот процесс включает:

• Анализ материалов на уровне компонентов (например, целостность огнезащитного разделителя)
• Испытания полной системы в режиме эксплуатационных перегрузок при допуске напряжения ±15%
• Оценка безопасности облачных подключаемых систем управления аккумуляторами

Сертифицирующие органы проводят внезапные проверки объектов для обеспечения постоянного соответствия требованиям, при этом 93% неудачных аудитов связаны с неправильной калибровкой датчиков температуры (Отчет ESS по безопасности за 2024 год).

Хранение энергии Батареи Конструктивные меры безопасности

Системы безопасности встроены для обеспечения защиты энергетических аккумуляторов от теплового выхода из строя благодаря многоуровневым инженерным решениям. Основные инновации охватывают три области: современная система управления батареей (BMS) для онлайн-мониторинга, состав электролита с огнезащитными свойствами и модульная архитектура для локализации неисправностей. В совокупности эти принципы проектирования повышают устойчивость систем к локальным ошибкам и снижают вероятность катастрофического отказа.

Продвинутые архитектуры систем управления батареями (BMS)

Современные системы BMS используют предиктивные алгоритмы для отслеживания напряжения на уровне ячеек, внутренней температуры и SoC. Флик, в рамках их работы, предусматривает раннее распознавание аномалий, таких как, например: перезарядка или тепловое напряжение, что приводит к проактивному отключению затронутых модулей до того, как произойдет значительное ухудшение параметров, при необходимости. Такое вмешательство в реальном времени позволяет избежать того, чтобы локальные проблемы привели к тепловым событиям всей системы, особенно важно для крупных установок.

Прорывы в области материаловедения в электролитах с антипиренами

В области химии электролитов были достигнуты исключительные успехи, в особенности в разработке самозатухающих электролитов, которые не только устойчивы к возгоранию, но и замедляют распространение огня. Обновление исследований по безопасности аккумуляторов для батарей 2024 года показало использование твердотельных конструкций с применением подхода к снижению электронных доноров (электрофилов) для иммобилизации электролита и подавления роста литиевых дендритов. Эта стратегия обеспечивает кулоновскую эффективность на уровне 99,9% и срок службы более 10 000 часов с уменьшением риска возгорания.

Модульная конструкция для изоляции и локализации неисправностей

Модульные конфигурации аккумуляторов разделяют элементы на отсеки, защищённые от возгорания и разделённые тепловыми барьерами. В случае возникновения теплового побега такая конструкция ограничивает повреждения модулем, в котором он произошёл, предотвращая распространение на другие блоки. Благодаря изоляции неисправностей система сохраняет частичную работоспособность во время ремонта, что снижает время простоя и позволяет заменять отдельные компоненты без полного отключения системы.

Аккумуляторы для систем хранения энергии соответствуют стандарту NFPA 855

Расстояния до препятствий и технические характеристики корпусов

Соответственно, в соответствии с требованиями NFPA 855, минимальное расстояние между модулями стационарного хранения энергии (ESS) и ближайшей стеной должно составлять не менее трех футов для предотвращения распространения теплового разгона. Эти расстояния могут быть уменьшены при использовании полномасштабных испытаний огнестойких барьеров и подтверждённых мер смягчения рисков. Ведущие компании отрасли отказались от использования горючих пластиков с огнестойкостью FR в пользу усиленных стальных корпусов с рейтингом UL 94 V-0, что позволяет снизить риск передачи тепла на 40–60% по сравнению с конструкциями без сертификации.

Требования к системам обнаружения дыма и вентиляции

Согласно рекомендациям NFPA 72, современные системы обнаружения дыма должны срабатывать с подачей сигнала тревоги в течение 30 секунд после обнаружения частиц дыма. Проекты вентиляционных систем направлены на снижение концентрации легковоспламеняющихся газов, таких как фтористый водород, с требованием обеспечить 12–15 циклов воздухообмена в час в закрытых помещениях. Исследование отрасли за 2023 год показало, что правильно спроектированная вентиляция снижает риски накопления газов на 60% в сценариях теплового разгона.

Принятие стандартов пожарной безопасности на уровне штатов

В настоящее время 23 штата требуют соблюдения стандарта NFPA 855 для установок батарей коммунального масштаба, при этом Мичиган и Калифорния также обязывают проводить независимые оценки рисков возгорания на конкретных площадках после 2023 года. В наибольшей степени пострадавшие регионы: в отчете Национального плана безопасности за 2024 год говорится, что 89% новых проектов теперь превышают минимальные стандарты NFPA благодаря дополнительным противопожарным стенам и автоматическим системам подавления. Калифорния, еще дюжина штатов утвердили черновики на 2025 год с более строгими нормами размещения стационарных систем хранения энергии в городских районах.

Планирование аварийного реагирования для аккумуляторов систем хранения энергии

Протоколы взаимодействия пожарных департаментов при тушении пожаров на системах хранения энергии

Правила тушения пожаров на системах хранения энергии с батареями (BESS) необходимы для обеспечения эффективного реагирования в чрезвычайных ситуациях. Следует, что агентства должны разработать планы до инцидента с конкретными тактиками подавления теплового выхода из строя, процедурами электрической изоляции и стратегиями применения воды для различных химических составов литий-ионных аккумуляторов. Совместные учебные тренировки операторов систем, в которых обучают первых спасателей, где находятся дверцы батарей и выключатели батарей. Необходимо внедрить обмен информацией в режиме реального времени между системами мониторинга объектов и центрами управления инцидентами в коммуникационные структуры, чтобы помочь координации мероприятий по локализации тепловых событий.

Стратегии снижения воздействия на общественное здоровье

Угрозы для общественного здоровья при инцидентах с системами хранения энергии представлены как многоуровневое содержание токсичных газов и выбросов частиц. Стратегическая вентиляция и мониторинг атмосферы устанавливают зоны исключения для защиты сообществ. В планы эвакуации следует включать модель дисперсии облака (направление ветра и химический состав батареи). Проекты, такие как всемирное сотрудничество по безопасности литий-ионных аккумуляторов, направлены на создание более эффективных методов содержания поврежденных аккумуляторных установок. Эти рекомендации способствуют долгосрочному контролю качества воздуха за счет экологического анализа после происшествия и мер медицинского наблюдения.

Раздел часто задаваемых вопросов

Что такое тепловой разгон в аккумуляторах энергохранилищ?

Тепловой разгон представляет собой проблему безопасности литий-ионных аккумуляторов, возникающую тогда, когда выделение тепла превышает его отвод, вызывая цепную реакцию в аккумуляторной системе.

Как предотвратить тепловой разгон в системах хранения энергии?

Модульные конструкции с огнезащитными разделителями, пассивными противопожарными барьерами, секционированными корпусами и мониторинг в реальном времени с помощью передовых систем управления аккумуляторами позволяют предотвратить тепловой разгон.

Какие стандарты безопасности применимы к аккумуляторам для хранения энергии?

NFPA 855, UL 9540A и CSA C800-2025 — ключевые стандарты безопасности для обеспечения соответствия, направленные на испытания на огнестойкость, требования к долговечности и правильную организацию установки.

Каковы основные стратегии локализации пожара в системах хранения энергии?

Системы хранения энергии используют пассивные и активные меры, такие как противопожарные барьеры, системы газоотвода и огнестойкие корпуса, чтобы локализовать пожар и ограничить ущерб.

Какую роль играет продвинутая система управления аккумулятором в обеспечении безопасности?

Передовые архитектуры BMS используют предиктивные алгоритмы для отслеживания критических параметров, запуская проактивное отключение для предотвращения тепловых событий в масштабе всей системы.