Ποια πιστοποιητικά ασφαλείας απαιτούνται για υψηλής απόδοσης λιθιο-ιονικές μπαταρίες για αποθήκευση ενέργειας;

UL 1973: Βασικό πιστοποιητικό ασφάλειας για μονάδες και συστοιχίες μπαταριών λιθίου

Πεδίο εφαρμογής, εφαρμοσιμότητα και βασικές απαιτήσεις για σταθμευμένα συστήματα αποθήκευσης ενέργειας

Το UL 1973 αποτελεί την κύρια οδηγία ασφαλείας στη Βόρεια Αμερική για μονάδες και συστοιχίες λιθίου που προορίζονται για σταθερές εφαρμογές, όπως τα συστήματα αποθήκευσης ενέργειας (ESS) και οι αδιάκοπες πηγές ενέργειας (UPS). Βασικά, ελέγχει εάν οι σχεδιασμοί μπορούν να αντέξουν συνηθισμένα προβλήματα όπως ηλεκτρικές βλάβες, καταστάσεις θερμικής τάσης και πιθανές πυρκαγιές. Το πρότυπο περιλαμβάνει διάφορες σημαντικές απαιτήσεις που αξίζει να σημειωθούν. Πρώτον, απαιτείται ισχυρή ηλεκτρική απόσταση, ώστε να μην προκαλείται επικίνδυνη ηλεκτρική εκκένωση (arc) σε περίπτωση βλάβης. Τα υλικά πρέπει να είναι ανθεκτικά στην ανάφλεξη και να διαθέτουν επίσης κατάλληλα χαρακτηριστικά περιορισμού. Τα μηχανικά εξαρτήματα πρέπει να αντέχουν τις συνηθισμένες δονήσεις και κρούσεις που προκύπτουν από την καθημερινή λειτουργία. Το θερμικό διαχείρισης πρέπει επίσης να λειτουργεί σωστά, ακόμα και όταν οι θερμοκρασίες διακυμαίνονται ριζικά εκτός των φυσιολογικών ορίων. Η πιστοποίηση σύμφωνα με το UL 1973 σημαίνει ότι αυτές οι μπαταρίες θα λειτουργούν ασφαλώς σε εμπορικά κτίρια και βιομηχανικές εγκαταστάσεις σε όλη την επικράτεια. Επιπλέον, η επιτυχής διέλευση αυτού του ελέγχου αποτελεί αναγκαία προϋπόθεση για να προχωρήσουν οι κατασκευαστές σε πιστοποιήσεις υψηλότερου επιπέδου, όπως το UL 9540 για ολοκληρωμένα συστήματα.

Κρίσιμες Δοκιμασίες Κατάχρησης: Υπερφόρτωση, Βραχυκύκλωμα, Θερμική Κυκλοφορία και Μηχανική Κρούση

Για να αποκτήσει πιστοποίηση UL 1973, τα συστήματα λιθίου-ιόντων μπαταριών υποβάλλονται σε αυστηρές προσομοιώσεις κατάχρησης που σχεδιάζονται για να αναπαραστήσουν συνθήκες χειρότερης περίπτωσης αποτυχίας. Αυτές περιλαμβάνουν:

• Υπερφόρτιση : Φόρτιση πέραν των ασφαλών ορίων για την επαλήθευση της αποτελεσματικότητας του κυκλώματος προστασίας.
• Βραχυκύκλωμα : Άμεσες συνδέσεις στους ακροδέκτες για την αξιολόγηση του περιορισμού της θερμικής ανεξέλεγκτης αντίδρασης (thermal runaway).
• Θερμικές κυκλοφασίες : Επαναλαμβανόμενη έκθεση από –20°C έως +60°C για την αξιολόγηση της εξασθένισης της απόδοσης.
• Μηχανικός Κραδασμός : Κρούσεις που προσομοιώνουν την τάση κατά τη μεταφορά ή φυσική ζημιά.

Σύμφωνα με την έκδοση 2022 του προτύπου, η επιτυχία απαιτεί την απουσία πυρκαγιάς, έκρηξης ή διαρροής ηλεκτρολύτη—αποδεικνύοντας ότι το σύστημα μπορεί να αντέξει ακραίες συνθήκες χωρίς καταστροφική αποτυχία.

UL 9540A: Επικύρωση της Διάδοσης Θερμικής Ανεξέλεγκτης Αντίδρασης (Thermal Runaway) σε Συστήματα Μπαταριών Λιθίου

Πρωτόκολλο Δοκιμής Διάδοσης Πυρκαγιάς από Κελί σε Σύστημα και Ερμηνεία Δεδομένων

Το πρότυπο UL 9540A λειτουργεί μελετώντας τον τρόπο με τον οποίο διαδίδεται η θερμότητα κατά τη διάρκεια αστοχιών, αρχίζοντας από μεμονωμένα κύτταρα μπαταριών και φθάνοντας μέχρι ολόκληρα συστήματα που αποτελούνται από πολλαπλά μόντουλα και μονάδες. Βασικά, η διαδικασία δοκιμής δημιουργεί συνθήκες θερμικής απώλειας ελέγχου (thermal runaway) με ελεγχόμενο τρόπο, με μεθόδους όπως η υπερφόρτιση των μπαταριών, η πρόκληση βραχυκυκλωμάτων ή η εφαρμογή φυσικής τάσης σε αυτές. Σε κάθε στάδιο αυτής της διαδικασίας ελέγχεται εάν το σύστημα μπορεί να περιορίσει το πρόβλημα προτού επιδεινωθεί. Εάν κάτι σταματήσει τη διάδοση σε οποιοδήποτε σημείο της ιεραρχίας, δεν υπάρχει ανάγκη να συνεχιστεί η δοκιμή περαιτέρω. Όταν όμως η θερμότητα διαδίδεται, οι τεχνικοί μετρούν παραμέτρους όπως την αύξηση της θερμοκρασίας, το είδος των αερίων που εκλύονται, τα σωματίδια που ενδέχεται να διαφύγουν και το ακριβές χρονικό διάστημα που απαιτείται για τη μετάδοση της αστοχίας μεταξύ των συστατικών. Η τελευταία έκδοση, που κυκλοφόρησε το 2024, περιλαμβάνει ορισμένες σημαντικές αλλαγές, όπως βελτιωμένα πρότυπα για τη δοκιμή διαφορετικών τύπων λιθιο-ϊοντικών μπαταριών σε υψηλές θερμοκρασίες, καθώς και σαφέστερους κανόνες σχετικά με το τι αποτελεί επιτυχία ή αποτυχία της δοκιμής. Για παράδειγμα, μία από τις νέες απαιτήσεις είναι ότι οι μπαταρίες πρέπει να είναι σε θέση να περιορίζουν το πρόβλημα για τουλάχιστον 60 λεπτά μεταξύ των κυττάρων, προκειμένου να πληρούν τα πρότυπα ασφαλείας. Όλες αυτές οι δοκιμές παράγουν λεπτομερείς εκθέσεις που περιλαμβάνουν αριθμητικά δεδομένα σχετικά με την ταχύτητα με την οποία μπορεί να διαδοθεί μία φωτιά, την ποσότητα του τοξικού καπνού που ενδέχεται να εκλυθεί και το ενδεχόμενο εμφάνισης εκρήξεων. Αυτά τα δεδομένα αποτελούν ουσιαστικό στοιχείο όταν οι τοπικές αρχές συντάσσουν κανονισμούς πυροπροστασίας ή όταν οι εταιρείες προσπαθούν να προσομοιώσουν δυνητικούς κινδύνους στις εγκαταστάσεις τους.

Πώς η UL 9540A καθοδηγεί τον σχεδιασμό ασφαλών από πυρκαγιά συστημάτων αποθήκευσης ενέργειας (ESS) και τις στρατηγικές μείωσης κινδύνου

Τα δεδομένα από τις δοκιμές UL 9540A διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στο πώς οι μηχανικοί λαμβάνουν αποφάσεις που μειώνουν πραγματικά τους κινδύνους πυρκαγιάς στον πραγματικό κόσμο. Κατά το σχεδιασμό συστημάτων, οι επαγγελματίες εξετάζουν τους αριθμούς μεταφοράς θερμότητας και τον ρυθμό διάδοσης των φλογών, προκειμένου να εντοπίσουν βελτιωμένους τρόπους κατασκευής θερμικών φραγμάτων, σχεδιασμού αεραγωγών και διαχωρισμού διαφόρων τμημάτων των εγκαταστάσεων, ώστε κάθε θερμικό γεγονός να περιορίζεται σε ένα ή, το πολύ, δύο μόνο μόντουλ. Οι αισθητήρες ανίχνευσης αερίων ρυθμίζονται έτσι ώστε να ενεργοποιούν τα συστήματα κατάσβεσης πολύ πριν από την επίτευξη επικίνδυνων επιπέδων, όπως π.χ. άνω των 150 °C. Η πιο πρόσφατη ενημέρωση του 2024 ενισχύει σημαντικά τα πρότυπα ασφαλείας για εξοπλισμό που εγκαθίσταται σε στέγες και γκαράζ, όπου ο χώρος είναι περιορισμένος και οι άνθρωποι δεν μπορούν να διαφύγουν εύκολα σε περίπτωση που κάτι πάει στραβά κοντά σε κτίρια. Σύμφωνα με στατιστικά στοιχεία της βιομηχανίας από το περασμένο έτος, οι εγκαταστάσεις που ακολουθούν τις οδηγίες UL 9540A καταγράφουν περίπου 74% λιγότερες πυρκαγιές σε σύγκριση με εκείνες που δεν τις ακολουθούν. Οι πυροσβέστες επίσης εξετάζουν αυτές τις εκθέσεις διάδοσης κατά το σχεδιασμό των αντιδράσεών τους σε συγκεκριμένες καταστάσεις. Επιπλέον, οι επιθεωρητές χρησιμοποιούν όλες αυτές τις πληροφορίες για να διασφαλίσουν ότι οι εγκαταστάσεις ανταποκρίνονται στις απαιτήσεις του προτύπου NFPA 855 όσον αφορά την κατάλληλη απόσταση και την κυκλοφορία του αέρα, μετατρέποντας έτσι τις θεωρητικές αξιολογήσεις κινδύνου σε πρακτικά μέτρα ασφαλείας που λειτουργούν επιτόπου.

IEC 62619 & EN 62619: Παγκόσμια Βιομηχανικά Πρότυπα για την Ασφάλεια Λιθίου Μπαταριών

Απαιτήσεις Απόδοσης, Ανοχής σε Κατάχρηση και Συμμόρφωσης για Εμπορικές Εφαρμογές Συστημάτων Αποθήκευσης Ενέργειας (ESS)

Το πρότυπο IEC 62619, μαζί με το ευρωπαϊκό αντίστοιχό του EN 62619, καθορίζει τους βασικούς κανόνες ασφαλείας για βιομηχανικές λιθιο-ιόν μπαταρίες που χρησιμοποιούνται σε σταθμαρισμένα συστήματα αποθήκευσης ενέργειας (ESS). Αυτές οι διεθνώς αποδεκτές οδηγίες απαιτούν τις μπαταρίες να λειτουργούν αξιόπιστα, ακόμη και όταν υφίστανται τάσεις κατά τη λειτουργία τους. Αυτό περιλαμβάνει τη διατήρηση της χωρητικότητάς τους μετά από πολλαπλές φορτίσεις/εκφόρτισης (cycling) και τη θερμική τους σταθερότητα μέχρι θερμοκρασίες περίπου 60 °C. Τα πρότυπα καθορίζουν επίσης πώς πρέπει οι μπαταρίες να αντέχουν διάφορες μορφές κατάχρησης μέσω τυποποιημένων δοκιμών. Για παράδειγμα, πρέπει να αντέχουν συνθήκες υπερτάσης σε 1,5 φορές το μέγιστο επίπεδο φόρτισής τους, να επιβιώνουν εξωτερικών βραχυκυκλωμάτων όπου η αντίσταση πέφτει κάτω των 100 milliohms, να αντέχουν μηχανικές δυνάμεις συμπίεσης άνω των 100 kilonewtons και να περιορίζουν αποτελεσματικά τη θερμική ανεξέλεγκτη αντίδραση (thermal runaway). Για να επιτευχθεί η συμμόρφωση, οι κατασκευαστές πρέπει να ενσωματώσουν διάφορα ενσωματωμένα μέτρα ασφαλείας, όπως συστήματα επαγρύπνησης τάσης αντιγράφου (backup voltage monitoring), παθητικά εμπόδια που εμποδίζουν τη διάδοση της φωτιάς και μηχανισμούς γρήγορης απενεργοποίησης που ενεργοποιούνται εντός χιλιοστών του δευτερολέπτου. Η τήρηση αυτών των απαιτήσεων είναι πραγματικά αναγκαία για την απόκτηση της σήμανσης CE σύμφωνα με τον Κανονισμό της ΕΕ για τις Μπαταρίες, ο οποίος απαιτεί απόδειξη συμμόρφωσης σε περισσότερους από 25 διαφορετικούς τομείς ασφαλείας. Σύμφωνα με πρόσφατη Βιομηχανική Επιθεώρηση Αποθήκευσης Ενέργειας του 2023, οι εταιρείες που ακολουθούν τα πρότυπα IEC/EN 62619 αναφέρουν περίπου 40% λιγότερες αστοχίες σε πραγματικές εφαρμογές, καθιστώντας τις κατά συνέπεια πολύ πιο κατάλληλες για μεγάλης κλίμακας εγκαταστάσεις στο ηλεκτρικό δίκτυο.

UL 9540: Πιστοποίηση σε επίπεδο συστήματος που ενσωματώνει την ασφάλεια λιθίου-ιόντος μπαταρίας και BMS

Πώς η UL 9540 επικυρώνει την ασφάλεια ολόκληρου του συστήματος αποθήκευσης ενέργειας—συμπεριλαμβανομένης της λιθίου-ιόντος μπαταρίας, της θερμικής διαχείρισης και των ελέγχων

Το πρότυπο UL 9540 προσφέρει εκτενείς ελέγχους ασφαλείας σε επίπεδο συστήματος για ολοκληρωμένες εγκαταστάσεις αποθήκευσης ενέργειας. Εξετάζει όχι μόνο τα ίδια τα μοντέλα μπαταριών, αλλά και άλλα στοιχεία, όπως τα συστήματα διαχείρισης θερμότητας, τα συστήματα διαχείρισης μπαταριών (BMS), τα περιβλήματα και τον τρόπο με τον οποίο όλα αυτά τα στοιχεία λειτουργούν από κοινού μέσω της λογικής ελέγχου. Οι συνήθεις δοκιμές προτύπων επικεντρώνονται συνήθως σε μεμονωμένα εξαρτήματα, ενώ το UL 9540 δοκιμάζει πραγματικά πώς λειτουργεί το σύνολο των στοιχείων όταν αντιμετωπίζει πραγματικά προβλήματα που συμβαίνουν ταυτόχρονα. Σκεφτείτε, για παράδειγμα, ηλεκτρικά προβλήματα που συμβαίνουν ταυτόχρονα με ακραίες καιρικές συνθήκες ή εκείνες τις επικίνδυνες θερμικές αλυσιδωτές αντιδράσεις που παρατηρούμε μερικές φορές. Αυτό που έχει τη μεγαλύτερη σημασία είναι να αποδειχθεί ότι όλα τα χαρακτηριστικά ασφαλείας λειτουργούν σωστά ως ομάδα. Πρέπει να διατηρούν τη σταθερότητα κατά τις κανονικές διαδικασίες φόρτισης και εκφόρτισης, να περιορίζουν οποιαδήποτε θερμικά προβλήματα εντός των κατάλληλων περιβλημάτων τους, να απενεργοποιούνται αυτόματα όταν συμβεί κάτι σοβαρά λάθος και να διασφαλίζουν ότι το σύστημα διαχείρισης μπαταριών (BMS) επικοινωνεί αποτελεσματικά με τον εξοπλισμό ψύξης. Αυτή η ολοκληρωμένη μεθοδολογία δοκιμής βοηθά στον εντοπισμό αδυναμιών στα σημεία σύνδεσης διαφορετικών στοιχείων. Τα συστήματα που επιτυγχάνουν αυτήν την πιστοποίηση έχουν εμφανίσει περίπου 47 % λιγότερα θερμικά περιστατικά, σύμφωνα με δεδομένα από τις εκθέσεις ασφάλειας κατά της πυρκαγιάς του 2023. Η απόκτηση της πιστοποίησης επιταχύνει επίσης τις διαδικασίες έγκρισης και δημιουργεί σημαντικά επίπεδα προστασίας τόσο για εμπορικής κλίμακας όσο και για μεγάλες υπηρεσιακές εγκαταστάσεις λιθίου-μπαταριών.

Συχνές ερωτήσεις

Τι είναι η πιστοποίηση UL 1973;

Η πιστοποίηση UL 1973 είναι ένα πρότυπο ασφαλείας για μονάδες και συστοιχίες λιθίου που χρησιμοποιούνται σε σταθμευμένα συστήματα αποθήκευσης ενέργειας και συστήματα αδιάλειπτης παροχής ηλεκτρικής ενέργειας (UPS), διασφαλίζοντας ότι μπορούν να αντέξουν ηλεκτρικές βλάβες, θερμική καταπόνηση και πιθανές πυρκαγιές.

Γιατί είναι σημαντικές οι δοκιμές κρίσιμης κατάχρησης για τα συστήματα μπαταριών λιθίου;

Οι δοκιμές κρίσιμης κατάχρησης, όπως η υπερφόρτιση, το βραχυκύκλωμα, οι θερμικές κύκλους και οι μηχανικές κρούσεις, διασφαλίζουν ότι τα συστήματα μπαταριών λιθίου μπορούν να αντέξουν ακραίες συνθήκες χωρίς καταστροφική αποτυχία, πληρούντας έτσι τις απαιτήσεις ασφαλείας.

Πώς επηρεάζει η UL 9540A τον σχεδιασμό των συστημάτων αποθήκευσης ενέργειας;

Η UL 9540A παρέχει δεδομένα σχετικά με τη μεταφορά θερμότητας και τη διάδοση της φωτιάς, τα οποία είναι κρίσιμα για τον σχεδιασμό συστημάτων που ελαχιστοποιούν τους κινδύνους πυρκαγιάς, καθοδηγώντας την τοποθέτηση θερμικών διαχωριστικών και διαμορφώνοντας τις στρατηγικές μείωσης κινδύνων.

Τι είναι τα πρότυπα IEC 62619 και EN 62619;

Τα πρότυπα IEC 62619 και EN 62619 είναι διεθνή πρότυπα που καθορίζουν τις βασικές απαιτήσεις ασφαλείας για βιομηχανικές λιθιο-ϊονικές μπαταρίες που χρησιμοποιούνται σε εμπορικά συστήματα αποθήκευσης ενέργειας, συμπεριλαμβανομένης της αξιοπιστίας της απόδοσης και της ανοχής σε κατάχρηση.

Τι περιλαμβάνει η πιστοποίηση UL 9540;

Η πιστοποίηση UL 9540 καλύπτει την ασφάλεια ολόκληρου του συστήματος αποθήκευσης ενέργειας, συμπεριλαμβανομένων των λιθιο-ϊονικών μπαταριών, της θερμικής διαχείρισης και των συστημάτων ελέγχου, διασφαλίζοντας ότι όλα τα συστατικά λειτουργούν αποτελεσματικά μαζί για την ελαχιστοποίηση των κινδύνων.