Quais certificações de segurança são necessárias para baterias de lítio de alto desempenho destinadas ao armazenamento de energia?

UL 1973: Certificação Fundamental de Segurança para Módulos e Pacotes de Baterias de Lítio

Âmbito de aplicação, aplicabilidade e requisitos principais para sistemas estacionários de armazenamento de energia

A norma UL 1973 constitui a principal diretriz de segurança na América do Norte para módulos e pacotes de baterias de lítio destinados a aplicações estacionárias, como sistemas de armazenamento de energia (ESS) e fontes ininterruptas de alimentação (UPS). Basicamente, ela verifica se os projetos são capazes de suportar problemas comuns, tais como falhas elétricas, situações de sobrecarga térmica e possíveis incêndios. A norma inclui diversos requisitos importantes que merecem destaque. Em primeiro lugar, é necessário garantir um forte isolamento elétrico, de modo que não ocorram arcos perigosos em caso de falha. Os materiais devem resistir à ignição e possuir características adequadas de contenção. As peças mecânicas devem suportar vibrações e impactos regulares decorrentes das operações diárias. Além disso, o gerenciamento térmico deve funcionar corretamente mesmo quando as temperaturas variarem drasticamente fora das faixas normais. A obtenção da certificação conforme a UL 1973 significa que essas baterias operarão com segurança em edifícios comerciais e fábricas em todo o território. Adicionalmente, a aprovação neste ensaio torna-se obrigatória antes que os fabricantes possam buscar certificações de nível superior, como a UL 9540, aplicável a sistemas completos.

Testes Críticos de Abuso: Sobrecarga, Curto-Circuito, Ciclagem Térmica e Choque Mecânico

Para obter a certificação UL 1973, os sistemas de baterias de lítio são submetidos a simulações rigorosas de abuso projetadas para replicar condições extremas de falha. Estas incluem:

• Sobrecarga : Carregamento além dos limites seguros para verificar a eficácia do circuito de proteção.
• Curto-circuito : Conexões diretas nos terminais para avaliar a contenção da propagação térmica.
• Ciclagem Térmica : Exposição repetida de –20 °C a +60 °C para avaliar a degradação de desempenho.
• Choque Mecânico : Impactos que simulam tensões durante o transporte ou danos físicos.

De acordo com a edição de 2022 da norma, a aprovação exige ausência de fogo, explosão ou vazamento de eletrólito — demonstrando que o sistema consegue suportar condições extremas sem falha catastrófica.

UL 9540A: Validação da Propagação de Propagação Térmica em Sistemas de Baterias de Lítio

Protocolo de Teste de Propagação de Incêndio de Célula para Sistema e Interpretação de Dados

A UL 9540A funciona analisando como o calor se propaga durante falhas, começando de uma única célula de bateria até sistemas completos compostos por múltiplos módulos e unidades. Basicamente, o processo de ensaio cria, de forma controlada, condições de runaway térmico por meio de métodos como sobrecarga das baterias, indução de curtos-circuitos ou aplicação de estresse físico sobre elas. Em cada etapa desse processo, verifica-se se o sistema consegue conter o problema antes que ele se agrave. Se algo interromper a propagação em qualquer ponto da hierarquia, não há necessidade de prosseguir com os ensaios. Quando o calor efetivamente se propaga, os técnicos medem fatores como o aumento de temperatura, o tipo de gases liberados, as partículas que possam ser emitidas e o tempo exato necessário para que a falha se transfira entre componentes. A versão mais recente, lançada em 2024, introduziu algumas alterações importantes, incluindo padrões aprimorados para ensaiar diferentes tipos de baterias de lítio em altas temperaturas, além de regras mais claras sobre o que constitui aprovação ou reprovação. Por exemplo, um dos requisitos agora é que as baterias devem conter adequadamente os problemas por pelo menos 60 minutos entre células para atender aos padrões de segurança. Todos esses ensaios geram relatórios detalhados que fornecem dados quantitativos sobre a velocidade com que incêndios podem se propagar, a quantidade de fumaça tóxica que pode ser liberada e a possibilidade de ocorrência de explosões. Esses dados tornam-se essenciais quando as autoridades locais elaboram códigos de prevenção contra incêndios ou quando empresas tentam modelar riscos potenciais em suas instalações.

Como a UL 9540A orienta o projeto de Sistemas de Armazenamento de Energia (SAE) seguros contra incêndios e as estratégias de mitigação de riscos

Os dados obtidos nos ensaios UL 9540A desempenham um papel fundamental nas decisões tomadas por engenheiros para reduzir efetivamente os riscos de incêndio no mundo real. Ao projetar sistemas, os profissionais analisam dados sobre transferência de calor e a velocidade com que os incêndios se propagam, a fim de desenvolver soluções mais eficazes para barreiras térmicas, formatos de aberturas de ventilação e separação entre diferentes partes das instalações, garantindo que qualquer evento térmico fique contido em, no máximo, um ou dois módulos. Os detectores de gás são configurados para acionar os sistemas de supressão bem antes de os níveis atingirem valores perigosos, como temperaturas superiores a 150 graus Celsius. A atualização mais recente, de 2024, eleva significativamente os padrões de segurança para equipamentos instalados em telhados e garagens, onde o espaço é limitado e as pessoas não conseguem escapar facilmente caso ocorra algum problema próximo a edifícios. De acordo com estatísticas setoriais do ano passado, locais que seguem as diretrizes UL 9540A registram cerca de 74% menos incêndios do que aqueles que não as adotam. Os bombeiros também consultam esses relatórios sobre propagação ao planejar suas respostas a situações específicas. Além disso, os inspetores utilizam todas essas informações para garantir que as instalações estejam em conformidade com os requisitos da NFPA 855 quanto ao espaçamento adequado e à circulação de ar, transformando avaliações teóricas de risco em medidas concretas de segurança aplicáveis no local.

IEC 62619 e EN 62619: Normas Industriais Globais para a Segurança de Baterias de Lítio

Requisitos de Desempenho, Tolerância a Abusos e Conformidade para Aplicações Comerciais de Sistemas de Armazenamento de Energia (ESS)

A norma IEC 62619, juntamente com a sua contraparte europeia EN 62619, estabelece regras essenciais de segurança para baterias industriais de lítio utilizadas em sistemas estacionários de armazenamento de energia (ESS). Essas diretrizes internacionalmente aceitas exigem que as baterias operem de forma confiável mesmo sob esforço durante a operação. Isso inclui manter sua capacidade após múltiplos ciclos de carga e descarga e permanecer termicamente estáveis até temperaturas de aproximadamente 60 graus Celsius. As normas também especificam como as baterias devem suportar diversas formas de abuso por meio de ensaios padronizados. Por exemplo, elas precisam resistir a condições de sobretensão correspondentes a 1,5 vez seu nível máximo de carga, sobreviver a curtos-circuitos externos em que a resistência caia abaixo de 100 miliohms, suportar forças mecânicas de compressão superiores a 100 quilonewtons e conter eficazmente eventos de runaway térmico. Para atender à conformidade, os fabricantes devem incorporar diversos recursos de segurança integrados, como sistemas de monitoramento de tensão de reserva, barreiras passivas que impedem a propagação de fogo e mecanismos de desligamento rápido que entram em ação em milissegundos. A adesão a esses requisitos é, na verdade, obrigatória para obter a marcação CE, conforme previsto no Regulamento da União Europeia sobre Baterias, que exige comprovação de conformidade em mais de 25 aspectos distintos de segurança. De acordo com uma Auditoria Industrial de Armazenamento de Energia realizada em 2023, empresas que seguem as normas IEC/EN 62619 relatam cerca de 40% menos falhas em aplicações reais, tornando-as muito mais adequadas para implantações em larga escala na rede elétrica.

UL 9540: Certificação em Nível de Sistema que Integra a Segurança da Bateria de Íon-Lítio e do BMS

Como a UL 9540 Valida a Segurança Completa do Sistema de Armazenamento de Energia — incluindo a Bateria de Íon-Lítio, a Gestão Térmica e os Controles

A norma UL 9540 oferece verificações de segurança abrangentes no nível do sistema para instalações completas de armazenamento de energia. Ela vai além dos próprios módulos de bateria, incluindo também sistemas de gerenciamento térmico, sistemas de gerenciamento de baterias (ou BMS, sigla em inglês), invólucros e a forma como todos esses componentes funcionam em conjunto por meio da lógica de controle. Os ensaios-padrão normalmente concentram-se em componentes individuais, mas a UL 9540 testa, na verdade, o desempenho de todo o conjunto diante de problemas reais que ocorrem simultaneamente. Pense, por exemplo, em falhas elétricas ocorrendo ao mesmo tempo que condições climáticas extremas ou em perigosas reações em cadeia térmicas, às quais, por vezes, assistimos. O mais importante é comprovar que todos os recursos de segurança funcionam adequadamente em conjunto. Eles precisam manter a estabilidade durante as operações normais de carga e descarga, conter eventuais problemas térmicos dentro dos respectivos invólucros apropriados, desligar-se automaticamente quando ocorrer uma falha grave e garantir que o sistema de gerenciamento de baterias (BMS) se comunique eficazmente com os equipamentos de refrigeração. Esse método de ensaio de visão geral ajuda a identificar fraquezas nas interfaces entre diferentes componentes. Sistemas que obtêm essa certificação demonstraram, segundo dados dos relatórios de segurança contra incêndios de 2023, cerca de 47% menos incidentes térmicos. A obtenção dessa certificação também acelera os processos de aprovação e cria camadas importantes de proteção tanto para instalações comerciais quanto para grandes instalações de baterias de lítio em escala de utilidade pública.

Perguntas Frequentes

O que é a certificação UL 1973?

A certificação UL 1973 é uma norma de segurança para módulos e pacotes de baterias de íon-lítio utilizados em sistemas estacionários de armazenamento de energia e fontes ininterruptas de alimentação, garantindo que possam suportar falhas elétricas, estresse térmico e possíveis incêndios.

Por que os ensaios críticos de abuso são importantes para sistemas de baterias de íon-lítio?

Ensaios críticos de abuso, como sobrecarga, curto-circuito, ciclagem térmica e choque mecânico, asseguram que os sistemas de baterias de íon-lítio possam suportar condições extremas sem falha catastrófica, atendendo assim aos requisitos de segurança.

Como a UL 9540A influencia o projeto de sistemas de armazenamento de energia?

A UL 9540A fornece dados sobre transferência de calor e propagação de fogo, fundamentais para projetar sistemas que minimizem riscos de incêndio, orientando a colocação de barreiras térmicas e definindo estratégias de mitigação de riscos.

Quais são as normas IEC 62619 e EN 62619?

As normas IEC 62619 e EN 62619 são padrões internacionais que estabelecem requisitos essenciais de segurança para baterias de lítio industriais utilizadas em sistemas comerciais de armazenamento de energia, incluindo confiabilidade de desempenho e tolerância a abusos.

O que abrange a certificação UL 9540?

A certificação UL 9540 abrange a segurança de todo o sistema de armazenamento de energia, incluindo baterias de lítio, gerenciamento térmico e controles, garantindo que todos os componentes funcionem eficazmente em conjunto para minimizar riscos.