Quali certificazioni di sicurezza sono necessarie per le batterie al litio ad alte prestazioni destinate all’accumulo di energia?

UL 1973: certificazione fondamentale di sicurezza per moduli e pacchi batteria al litio

Ambito di applicazione, pertinenza e requisiti principali per i sistemi di accumulo di energia stazionari

UL 1973 rappresenta la principale linea guida per la sicurezza in Nord America relativa ai moduli e agli accumulatori al litio progettati per applicazioni stazionarie, quali i sistemi di accumulo di energia (ESS) e gli alimentatori di corrente ininterrotta (UPS). In sostanza, verifica se i progetti sono in grado di resistere a problemi comuni come guasti elettrici, condizioni di stress termico e potenziali incendi. Lo standard prevede diversi requisiti importanti da tenere in considerazione. Innanzitutto, è necessaria un’efficace isolazione elettrica, affinché non si verifichino pericolosi archi elettrici in caso di malfunzionamento. I materiali devono essere resistenti all’accensione e dotati anche di opportune caratteristiche di contenimento. Le parti meccaniche devono resistere alle vibrazioni e agli urti ricorrenti derivanti dal normale funzionamento. Anche la gestione termica deve funzionare correttamente, anche quando le temperature subiscono forti escursioni rispetto ai valori normali. Ottenere la certificazione UL 1973 significa che tali batterie opereranno in sicurezza negli edifici commerciali e nelle fabbriche di tutto il mondo. Inoltre, superare questo test diventa obbligatorio prima che i produttori possano ottenere certificazioni di livello superiore, come UL 9540 per sistemi completi.

Test critici di abuso: sovraccarica, cortocircuito, cicli termici e urto meccanico

Per ottenere la certificazione UL 1973, i sistemi batteria al litio sono sottoposti a simulazioni rigorose di abuso progettate per replicare condizioni di guasto peggiori possibili. Queste includono:

• Sovraccarica : Carica oltre i limiti di sicurezza per verificare l’efficacia del circuito di protezione.
• Cortocircuito : Collegamenti diretti ai terminali per valutare il contenimento della propagazione termica.
• Ciclo termico : Esposizione ripetuta a temperature comprese tra –20 °C e +60 °C per valutare il degrado delle prestazioni.
• Urti meccanici : Impatti che simulano sollecitazioni durante il trasporto o danneggiamenti fisici.

Secondo l’edizione 2022 della norma, il superamento dei test richiede l’assenza assoluta di fiamme, esplosioni o perdite di elettrolita, dimostrando così che il sistema è in grado di resistere a condizioni estreme senza subire guasti catastrofici.

UL 9540A: Convalida della propagazione della propagazione termica nei sistemi batteria al litio

Protocollo di prova della propagazione dell’incendio da cella a sistema e interpretazione dei dati

La norma UL 9540A si basa sull’analisi della propagazione del calore durante i guasti, partendo dalle singole celle batteria fino ad arrivare a sistemi completi costituiti da più moduli e unità. Fondamentalmente, il processo di prova genera in modo controllato condizioni di runaway termico mediante metodi quali la sovracarica delle batterie, l’induzione di cortocircuiti o l’applicazione di sollecitazioni fisiche. A ogni stadio di tale processo, si verifica se il sistema è in grado di contenere il problema prima che questo peggiori. Se il propagarsi del guasto viene arrestato in qualsiasi punto della gerarchia, non è necessario proseguire ulteriormente con le prove. Qualora invece il calore si propaghi, gli operatori misurano parametri quali l’aumento di temperatura, il tipo di gas rilasciati, le particelle che potrebbero fuoriuscire e il tempo esatto impiegato dal guasto per diffondersi tra i vari componenti. L’ultima versione, pubblicata nel 2024, ha introdotto alcune modifiche importanti, tra cui standard migliorati per la prova di diversi tipi di batterie al litio ad alte temperature, nonché regole più chiare per definire cosa costituisca un superamento o un mancato superamento dei requisiti. Ad esempio, uno dei nuovi requisiti prevede che le batterie debbano essere in grado di contenere il guasto per almeno 60 minuti tra una cella e l’altra per conformarsi agli standard di sicurezza. Tutte queste prove generano rapporti dettagliati che forniscono dati quantitativi sulla velocità di propagazione degli incendi, sulla quantità di fumo tossico che potrebbe essere rilasciato e sulla possibilità di esplosioni. Questi dati diventano essenziali quando le autorità locali redigono i codici antincendio o quando le aziende cercano di modellare i potenziali rischi nei propri impianti.

Come lo standard UL 9540A orienta la progettazione sicura contro gli incendi dei sistemi di accumulo di energia e le strategie di mitigazione del rischio

I dati provenienti dai test UL 9540A svolgono un ruolo fondamentale nelle scelte effettuate dagli ingegneri per ridurre concretamente i rischi di incendio nel mondo reale. Nella progettazione dei sistemi, i professionisti analizzano i valori relativi al trasferimento di calore e la velocità di propagazione delle fiamme per individuare soluzioni migliorative nella realizzazione di barriere termiche, nella conformazione delle aperture di ventilazione e nella separazione delle diverse parti degli impianti, in modo che qualsiasi evento termico rimanga confinato al massimo a uno o due moduli. I rilevatori di gas sono impostati per attivare i sistemi di soppressione ben prima che le temperature raggiungano livelli pericolosi, come ad esempio oltre 150 gradi Celsius. L’aggiornamento più recente del 2024 innalza significativamente gli standard di sicurezza per le apparecchiature installate sui tetti e nei garage, dove lo spazio è limitato e le persone non possono allontanarsi agevolmente in caso di emergenza vicino agli edifici. Secondo le statistiche di settore relative all’anno scorso, i luoghi che applicano le linee guida UL 9540A registrano circa il 74% in meno di incendi rispetto a quelli che non le seguono. Anche i vigili del fuoco consultano questi rapporti sulla propagazione degli incendi per pianificare le proprie operazioni di intervento in situazioni specifiche. Gli ispettori, infine, utilizzano tutte queste informazioni per verificare che le installazioni rispettino i requisiti della norma NFPA 855 in materia di distanziamento adeguato e di circolazione dell’aria, trasformando così le valutazioni teoriche del rischio in misure di sicurezza efficaci sul campo.

IEC 62619 e EN 62619: Norme industriali globali per la sicurezza delle batterie agli ioni di litio

Requisiti di prestazione, tolleranza agli abusi e conformità per applicazioni commerciali di sistemi di accumulo di energia (ESS)

Lo standard IEC 62619, insieme al suo corrispondente europeo EN 62619, definisce regole fondamentali di sicurezza per le batterie agli ioni di litio industriali utilizzate nei sistemi di accumulo energetico stazionari (ESS). Queste linee guida internazionalmente riconosciute richiedono che le batterie funzionino in modo affidabile anche in condizioni di stress durante il funzionamento. Ciò include il mantenimento della capacità dopo numerosi cicli di carica e scarica e la stabilità termica fino a temperature di circa 60 gradi Celsius. Gli standard specificano inoltre come le batterie devono resistere a varie forme di abuso mediante prove standardizzate. Ad esempio, devono sopportare condizioni di sovratensione pari a 1,5 volte il loro livello massimo di carica, sopravvivere a cortocircuiti esterni con una resistenza inferiore a 100 milliohm, resistere a forze meccaniche di schiacciamento superiori a 100 chilonewton e contenere efficacemente i fenomeni di runaway termico. Per ottemperare ai requisiti di conformità, i produttori devono integrare diverse funzioni di sicurezza incorporate, quali sistemi di monitoraggio di backup della tensione, barriere passive che impediscono la propagazione delle fiamme e meccanismi di spegnimento rapido attivabili entro pochi millisecondi. Il rispetto di tali requisiti è effettivamente obbligatorio per ottenere il marchio CE secondo il Regolamento UE sulle batterie, che richiede la dimostrazione della conformità rispetto a oltre 25 diversi aspetti di sicurezza. Secondo un recente Audit sull’accumulo industriale di energia del 2023, le aziende che applicano gli standard IEC/EN 62619 registrano circa il 40% in meno di guasti nelle applicazioni reali, rendendole molto più adatte a impieghi su larga scala nella rete elettrica.

UL 9540: Certificazione a livello di sistema che integra la sicurezza della batteria al litio e del BMS

In che modo UL 9540 convalida la sicurezza dell’intero sistema di accumulo di energia—including batteria al litio, gestione termica e sistemi di controllo

Lo standard UL 9540 prevede controlli di sicurezza approfonditi a livello di sistema per impianti completi di accumulo di energia. Esso va oltre il semplice esame dei moduli batteria, includendo anche sistemi di gestione termica, sistemi di gestione della batteria (noti in breve come BMS), involucri e il modo in cui tutti questi componenti interagiscono tra loro tramite la logica di controllo. I test standard si concentrano tipicamente sui singoli componenti, ma UL 9540 verifica effettivamente le prestazioni dell’intero sistema quando è sottoposto a problemi reali che si verificano contemporaneamente. Si pensi, ad esempio, a guasti elettrici che coincidono con condizioni meteorologiche estreme o a quelle pericolose reazioni a catena termiche che talvolta si osservano. Ciò che conta di più è dimostrare che tutte le funzioni di sicurezza operano correttamente in sinergia. Devono garantire la stabilità durante le normali operazioni di carica e scarica, contenere eventuali problemi termici all’interno degli appositi involucri, spegnersi automaticamente in caso di malfunzionamenti gravi e assicurare una comunicazione efficace tra il sistema di gestione della batteria (BMS) e le attrezzature di raffreddamento. Questo approccio di testing integrato consente di individuare le debolezze nelle interfacce tra i diversi componenti. Secondo i dati contenuti nei rapporti sulla sicurezza antincendio del 2023, i sistemi certificati secondo questo standard hanno registrato circa il 47% in meno di incidenti termici. Ottenere tale certificazione accelera inoltre le procedure di approvazione e fornisce importanti livelli di protezione sia per gli impianti commerciali che per quelli di grandi dimensioni destinati all’uso da parte delle utility, basati su batterie al litio.

Domande Frequenti

Cos'è la certificazione UL 1973?

La certificazione UL 1973 è uno standard di sicurezza per moduli e pacchi batteria al litio utilizzati nei sistemi di accumulo energetico stazionari e negli alimentatori ininterrotti (UPS), che garantisce la loro capacità di resistere a guasti elettrici, sollecitazioni termiche e potenziali incendi.

Perché i test critici di abuso sono importanti per i sistemi batteria al litio?

Test critici di abuso, quali sovraccarica, cortocircuito, ciclatura termica e urto meccanico, garantiscono che i sistemi batteria al litio possano resistere a condizioni estreme senza subire guasti catastrofici, soddisfacendo così i requisiti di sicurezza.

In che modo lo standard UL 9540A influenza la progettazione dei sistemi di accumulo energetico?

Lo standard UL 9540A fornisce dati sul trasferimento di calore e sulla propagazione dell’incendio, fondamentali per progettare sistemi che riducano al minimo i rischi di incendio, orientando il posizionamento delle barriere termiche e definendo le strategie di mitigazione del rischio.

Quali sono gli standard IEC 62619 ed EN 62619?

IEC 62619 e EN 62619 sono norme internazionali che stabiliscono i requisiti fondamentali di sicurezza per le batterie al litio industriali utilizzate nei sistemi commerciali di accumulo di energia, inclusa l'affidabilità prestazionale e la tolleranza agli abusi.

Cosa comprende la certificazione UL 9540?

La certificazione UL 9540 copre la sicurezza dell'intero sistema di accumulo di energia, comprese le batterie al litio, la gestione termica e i sistemi di controllo, garantendo che tutti i componenti operino efficacemente in sinergia per ridurre al minimo i rischi.