Jakie certyfikaty bezpieczeństwa wymagają wysokowydajne akumulatory litowe przeznaczone do magazynowania energii?

UL 1973: podstawowy certyfikat bezpieczeństwa dla modułów i zestawów akumulatorów litowych

Zakres, zakres stosowania oraz kluczowe wymagania dotyczące stacjonarnych systemów magazynowania energii

UL 1973 stanowi podstawowy standard bezpieczeństwa w Ameryce Północnej dla modułów i zestawów akumulatorów litowych przeznaczonych do zastosowań stacjonarnych, takich jak systemy magazynowania energii (ESS) oraz zasilacze bezprzerwowe (UPS). Zasadniczo sprawdza on, czy dane konstrukcje są odporno na typowe problemy, takie jak usterki elektryczne, sytuacje związane z nadmiernym nagrzewaniem oraz potencjalne pożary. Standard ten zawiera kilka istotnych wymagań, które warto zaznaczyć. Po pierwsze, konieczne jest zapewnienie skutecznej izolacji elektrycznej, aby uniknąć niebezpiecznego łuku elektrycznego w przypadku awarii. Materiały muszą być odporno na zapłon oraz posiadać odpowiednie cechy zapobiegawcze przed rozprzestrzenianiem się ognia. Części mechaniczne powinny wytrzymać regularne drgania i wstrząsy występujące w codziennej eksploatacji. System zarządzania temperaturą również musi działać prawidłowo nawet przy gwałtownych wahaniach temperatur poza zakresem normalnym. Uzyskanie certyfikatu zgodności z normą UL 1973 oznacza, że akumulatory te będą bezpiecznie funkcjonować w budynkach komercyjnych i zakładach przemysłowych na całym świecie. Ponadto zdanie tego testu staje się warunkiem koniecznym, zanim producenci będą mogli ubiegać się o certyfikaty wyższego rzędu, takie jak UL 9540 dla kompletnych systemów.

Kluczowe testy nadużyciowe: przeladowanie, zwarcie, cyklowanie termiczne oraz wstrząs mechaniczny

Aby uzyskać certyfikat UL 1973, systemy akumulatorów litowych poddawane są rygorystycznym symulacjom nadużyciowym, mającym na celu odtworzenie najgorszych możliwych warunków awarii. Obejmują one:

• Przepięciu : ładowanie powyżej bezpiecznych granic w celu sprawdzenia skuteczności obwodów ochronnych.
• Zwarcie : bezpośrednie połączenia z zaciskami w celu oceny zdolności zawierania rozprzestrzeniania się termicznego.
• Cykliczne grzanie i chłodzenie : wielokrotne narażenie na temperatury od –20 °C do +60 °C w celu oceny degradacji wydajności.
• Wstrząs mechaniczny : uderzenia symulujące obciążenia transportowe lub uszkodzenia mechaniczne.

Zgodnie z wydaniem normy z 2022 r. wymagane jest, aby w trakcie testów nie wystąpiły żadne pożary, wybuchy ani wycieki elektrolitu — co dowodzi, że system potrafi wytrzymać ekstremalne warunki bez katastrofalnej awarii.

UL 9540A: Walidacja propagacji rozprzestrzeniania się rozgrzania w systemach akumulatorów litowych

Protokół testowania propagacji pożaru od komórki do całego systemu oraz interpretacja danych

Standard UL 9540A opiera się na analizie rozprzestrzeniania się ciepła podczas awarii, począwszy od pojedynczych ogniw akumulatorowych aż po całe systemy składające się z wielu modułów i jednostek. Zasadniczo proces badawczy tworzy warunki termicznego ucieczkowego rozgrzewania (thermal runaway) w sposób kontrolowany, np. przez przeladowanie akumulatorów, wywoływanie zwarcia lub stosowanie naprężeń mechanicznych. Na każdym etapie tego procesu sprawdza się, czy system jest w stanie ograniczyć problem, zanim stanie się on bardziej poważny. Jeśli na dowolnym poziomie hierarchii rozprzestrzenianie się awarii zostaje zatrzymane, dalsze testy nie są wymagane. Gdy jednak ciepło się rozprzestrzenia, technicy dokonują pomiarów takich parametrów jak wzrost temperatury, rodzaj wydzielanych gazów, cząstki mogące ulec uwolnieniu oraz dokładny czas potrzebny na przeniesienie się awarii pomiędzy poszczególnymi komponentami. Najnowsza wersja standardu, opublikowana w 2024 r., wprowadziła istotne zmiany, w tym ścisłe normy testowania różnych typów akumulatorów litowych w warunkach wysokiej temperatury oraz bardziej jednoznaczne zasady określające kryteria zaliczenia lub niezaliczenia testu. Przykładem takiego wymogu jest obecna konieczność zapewnienia przez akumulatory co najmniej 60-minutowej odporności na rozprzestrzenianie się awarii pomiędzy ogniwami w celu spełnienia norm bezpieczeństwa. Wszystkie te testy generują szczegółowe raporty zawierające dane liczbowe dotyczące szybkości rozprzestrzeniania się pożarów, ilości toksycznych dymów, jakie mogą zostać wydzielone, oraz możliwości wystąpienia wybuchów. Te dane stają się kluczowe przy opracowywaniu lokalnych przepisów przeciwpożarowych przez organy administracji publicznej lub przy modelowaniu potencjalnych ryzyk przez firmy w swoich obiektach.

Jak norma UL 9540A wpływa na projektowanie bezpiecznych przed pożarem systemów magazynowania energii (ESS) oraz strategie minimalizacji ryzyka

Dane z testów UL 9540A odgrywają istotną rolę przy podejmowaniu przez inżynierów decyzji, które rzeczywiście ograniczają ryzyko pożarów w warunkach rzeczywistych. Przy projektowaniu systemów specjaliści analizują wartości związane z przenoszeniem ciepła oraz szybkość rozprzestrzeniania się płomieni, aby opracować lepsze rozwiązania w zakresie barier termicznych, kształtu otworów wentylacyjnych oraz oddzielenia poszczególnych części instalacji – dzięki czemu zdarzenie cieplne pozostaje ograniczone do jednego lub maksymalnie dwóch modułów. Detektory gazów są ustawione tak, aby aktywować systemy gaszenia jeszcze przed osiągnięciem niebezpiecznych poziomów temperatury, np. powyżej 150 °C. Najnowsza aktualizacja z 2024 roku znacznie podnosi standardy bezpieczeństwa dla urządzeń instalowanych na dachach oraz w garażach, gdzie przestrzeń jest ograniczona, a osoby przebywające w pobliżu budynków mogą mieć trudności z ewentualnym ewakuowaniem się w razie awarii. Zgodnie ze statystykami branżowymi za ubiegły rok miejsca stosujące wytyczne UL 9540A odnotowały około o 74% mniej pożarów niż te, które tych wytycznych nie stosują. Strażacy również korzystają z raportów dotyczących rozprzestrzeniania się pożaru przy planowaniu swoich działań w konkretnych sytuacjach. Inspektorzy wykorzystują wszystkie te informacje, aby upewnić się, że instalacje spełniają wymagania normy NFPA 855 dotyczące odpowiednich odstępów i przepływu powietrza, przekształcając teoretyczne oceny ryzyka w rzeczywiste środki zapobiegawcze działające na miejscu.

IEC 62619 i EN 62619: Globalne przemysłowe normy bezpieczeństwa baterii litowych

Wymagania dotyczące wydajności, odporności na nadużycia oraz zgodności z zastosowaniami komercyjnymi systemów magazynowania energii (ESS)

Standard IEC 62619 wraz z jego europejskim odpowiednikiem EN 62619 określa podstawowe zasady bezpieczeństwa dla przemysłowych akumulatorów litowych stosowanych w stacjonarnych systemach magazynowania energii (ESS). Te uznane na całym świecie wytyczne wymagają, aby akumulatory funkcjonowały niezawodnie nawet w warunkach ekstremalnego obciążenia podczas eksploatacji. Obejmuje to zachowanie pojemności po wielokrotnym cyklowaniu oraz stabilność termiczną przy temperaturach sięgających ok. 60 °C. Standardy określają również, jak akumulatory muszą radzić sobie z różnymi formami nadmiernego obciążenia, co sprawdzane jest za pomocą standaryzowanych testów. Na przykład akumulatory muszą wytrzymać warunki przekroczenia napięcia do 1,5-krotności maksymalnego poziomu ładowania, przetrwać zewnętrzne zwarcia przy oporze poniżej 100 mΩ, wytrzymać siły mechanicznego zgniatania przekraczające 100 kN oraz skutecznie ograniczać rozprzestrzenianie się termicznego rozbiegu. Aby spełnić wymagania zgodności, producenci muszą zaimplementować szereg wbudowanych funkcji bezpieczeństwa, takich jak rezerwowe systemy monitoringu napięcia, bariery pasywne zapobiegające rozprzestrzenianiu się ognia oraz szybkie mechanizmy wyłączenia działające w ciągu milisekund. Spełnienie tych wymagań jest faktycznie konieczne do uzyskania znaku CE zgodnie z rozporządzeniem UE w sprawie baterii, które wymaga przedstawienia dowodów zgodności w odniesieniu do ponad 25 różnych aspektów bezpieczeństwa. Firmy stosujące standardy IEC/EN 62619 zgłaszają około 40% mniejszą liczbę awarii w rzeczywistych zastosowaniach – zgodnie z najnowszym przemysłowym audytem systemów magazynowania energii z 2023 r. – co czyni je znacznie lepszym wyborem do wdrożeń na dużą skalę w sieci energetycznej.

UL 9540: Certyfikacja na poziomie systemu obejmująca bezpieczeństwo akumulatorów litowych i systemu zarządzania akumulatorami (BMS)

W jaki sposób standard UL 9540 weryfikuje bezpieczeństwo pełnego systemu magazynowania energii – w tym akumulatorów litowych, zarządzania temperaturą oraz układów sterowania

Standard UL 9540 oferuje szczegółowe kontrole bezpieczeństwa na poziomie systemu dla kompletnych instalacji magazynowania energii. Zajmuje się nie tylko samymi modułami akumulatorów, lecz także takimi elementami jak systemy zarządzania temperaturą, systemy zarządzania baterią (tzw. BMS), obudowy oraz sposób współpracy wszystkich tych komponentów za pośrednictwem logiki sterującej. Standardowe testy zwykle koncentrują się na poszczególnych komponentach, natomiast UL 9540 rzeczywiście bada, jak cały system funkcjonuje w sytuacjach występowania jednoczesnych problemów z zakresu rzeczywistych warunków eksploatacji. Należy tu pomyśleć o awariach elektrycznych występujących równolegle z ekstremalnymi warunkami pogodowymi lub niebezpiecznymi reakcjami łańcuchowymi termicznymi, jakie czasem obserwujemy. Najważniejsze jest udowodnienie, że wszystkie funkcje bezpieczeństwa działają poprawnie jako spójny zespół. Muszą one zapewniać stabilność podczas normalnych operacji ładowania i rozładowywania, ograniczać wszelkie problemy termiczne w odpowiednich obudowach, automatycznie wyłączać się w przypadku poważnych usterek oraz zapewniać skuteczną komunikację między systemem zarządzania baterią a urządzeniami chłodzącymi. Ta metoda testowania w ujęciu ogólnym pozwala wykryć słabe punkty w miejscach połączeń różnych komponentów. Systemy, które uzyskały tę certyfikację, odnotowały zgodnie z danymi raportów z 2023 r. dotyczących bezpieczeństwa przed pożarami około 47-procentowe zmniejszenie liczby incydentów termicznych. Uzyskanie certyfikatu przyspiesza również procesy zatwierdzania oraz tworzy istotne warstwy ochrony zarówno dla komercyjnych, jak i dużych elektrowniowych instalacji litowo-jonowych.

Często zadawane pytania

Czym jest certyfikacja UL 1973?

Certyfikacja UL 1973 to standard bezpieczeństwa dotyczący modułów i zestawów akumulatorów litowych stosowanych w stacjonarnych systemach magazynowania energii oraz zasilaczach bezprzerwowych (UPS), zapewniający ich odporność na uszkodzenia elektryczne, obciążenie termiczne oraz potencjalne pożary.

Dlaczego kluczowe testy nadmiernego obciążenia są ważne dla systemów akumulatorów litowych?

Kluczowe testy nadmiernego obciążenia, takie jak przeladowanie, zwarcie, cyklowanie termiczne oraz wstrząs mechaniczny, zapewniają, że systemy akumulatorów litowych wytrzymują skrajne warunki bez katastrofalnego awarii, spełniając tym samym wymagania bezpieczeństwa.

W jaki sposób norma UL 9540A wpływa na projektowanie systemów magazynowania energii?

Norma UL 9540A dostarcza danych dotyczących przekazywania ciepła i rozprzestrzeniania się ognia, które są kluczowe przy projektowaniu systemów minimalizujących ryzyko pożaru; kieruje ona także rozmieszczeniem barier termicznych oraz kształtowaniem strategii ograniczania ryzyka.

Jakie są normy IEC 62619 i EN 62619?

Normy IEC 62619 i EN 62619 to międzynarodowe standardy określające podstawowe wymagania bezpieczeństwa dla przemysłowych akumulatorów litowych stosowanych w komercyjnych systemach magazynowania energii, w tym niezawodność eksploatacyjną oraz odporność na nadmierną obciążenie.

Co obejmuje certyfikat UL 9540?

Certyfikat UL 9540 obejmuje bezpieczeństwo całego systemu magazynowania energii, w tym akumulatorów litowych, zarządzania temperaturą oraz układów sterowania, zapewniając skuteczną współpracę wszystkich komponentów w celu zminimalizowania ryzyka.