Які сертифікати безпеки потрібні для високопродуктивних літій-іонних акумуляторів для зберігання енергії?

UL 1973: основна сертифікація безпеки для модулів і блоків літієвих акумуляторів

Сфера застосування, чинність та ключові вимоги до стаціонарних систем зберігання енергії

UL 1973 є основним стандартом безпеки в Північній Америці для модулів та акумуляторних батарей на основі літію, призначених для стаціонарного застосування, зокрема для систем накопичення енергії (ESS) та джерел безперебійного живлення. Загалом, цей стандарт перевіряє, чи здатні конструкції витримувати типові проблеми, такі як електричні несправності, теплове навантаження та потенційні пожежі. Стандарт містить кілька важливих вимог, на які варто звернути увагу. По-перше, необхідне надійне електричне ізоляційне забезпечення, щоб у разі виникнення аварійних ситуацій не виникало небезпечних електричних дуг. Матеріали мають мати високу стійкість до займання та забезпечувати належну герметизацію. Механічні компоненти повинні витримувати звичайні вібрації та ударні навантаження, що виникають у процесі повсякденної експлуатації. Також система теплового управління повинна функціонувати коректно навіть за умов різких коливань температури поза нормальними межами. Сертифікація відповідно до UL 1973 означає, що такі акумулятори будуть безпечно працювати в комерційних будівлях та на заводах по всій території. Крім того, успішне проходження цього випробування є обов’язковою умовою для виробників перед отриманням сертифікації вищого рівня, наприклад UL 9540 для повних систем.

Критичні тести на перевантаження: перезарядка, коротке замикання, термічне циклювання та механічний удар

Щоб отримати сертифікат UL 1973, літієві акумуляторні системи проходять суворі імітації перевантажень, розроблені для відтворення найгірших умов відмови. До них належать:

• Перезаряджанню : заряджання понад безпечні межі для перевірки ефективності захисного кола.
• Коротке замикання : безпосереднє з’єднання клем для оцінки утримання термічного розбіжного процесу.
• Термічний цикл : багаторазове піддання впливу температур від –20 °C до +60 °C для оцінки деградації продуктивності.
• Механічний удар : удари, що імітують навантаження під час транспортування або фізичні пошкодження.

Згідно з виданням стандарту 2022 року, для успішного проходження тестів не повинно спостерігатися жодного випадку полум’я, вибуху чи витоку електроліту — що свідчить про здатність системи витримувати екстремальні умови без катастрофічної відмови.

UL 9540A: валідація поширення термічного розбіжного процесу в літієвих акумуляторних системах

Протокол випробування поширення полум’я від елемента до системи та інтерпретація даних

Стандарт UL 9540A передбачає аналіз поширення тепла під час відмов, починаючи з окремих акумуляторних елементів і закінчуючи повними системами, що складаються з кількох модулів та блоків. У цілому процес випробувань створює умови термічного розбіжного процесу (thermal runaway) контрольованим способом — наприклад, шляхом перезаряджання акумуляторів, спричинення короткого замикання або застосування механічного навантаження. На кожному етапі цього процесу перевіряють, чи здатна система локалізувати проблему, перш ніж вона загостриться. Якщо на будь-якому рівні ієрархії поширення відмови зупиняється, подальше тестування не проводиться. У разі поширення тепла техніки вимірюють такі параметри, як підвищення температури, тип виділюваних газів, частинок, що можуть вийти назовні, а також точний час, необхідний для поширення відмови між компонентами. Останнє видання стандарту, опубліковане в 2024 році, внесло важливі зміни, зокрема покращені вимоги до випробувань різних типів літій-іонних акумуляторів при високих температурах, а також чіткіші критерії визначення проходження чи невиконання вимог. Наприклад, тепер однією з вимог є те, що акумулятори мають забезпечувати локалізацію відмови протягом щонайменше 60 хвилин між елементами, щоб відповідати вимогам безпеки. Усі ці випробування генерують детальні звіти, що містять кількісні дані про швидкість поширення полум’я, обсяг токсичного диму, який може виділитися, а також ймовірність вибуху. Ці дані є ключовими при розробці норм пожежної безпеки місцевими органами влади або при моделюванні потенційних ризиків компаніями у своїх приміщеннях.

Як стандарт UL 9540A впливає на проектування енергосистем з підвищеною пожежною безпекою та стратегії мінімізації ризиків

Дані випробувань за стандартом UL 9540A відіграють важливу роль у прийнятті інженерами рішень, які насправді зменшують ризики виникнення пожеж у реальних умовах. Під час проектування систем фахівці аналізують показники теплопередачі та швидкість поширення полум’я, щоб розробити ефективніші способи створення теплових бар’єрів, формування вентиляційних отворів та розділення окремих частин установок таким чином, щоб будь-яка теплова подія обмежувалася максимум одним або двома модулями. Газові детектори налаштовуються так, щоб активувати системи гасіння задовго до досягнення небезпечних температур — наприклад, понад 150 °C. Останнє оновлення стандарту 2024 року суттєво підвищує вимоги до безпеки обладнання, встановленого на дахах та в гаражах, де простір обмежений, а люди не можуть швидко евакуюватися, якщо щось піде не так поблизу будівель. Згідно з галузевою статистикою за минулий рік, у місцях, де дотримуються керівництва UL 9540A, кількість пожеж приблизно на 74 % нижча, ніж у тих, де цього не роблять. Пожежники також використовують ці звіти про поширення полум’я під час планування своїх дій у конкретних ситуаціях. Крім того, інспектори використовують усю цю інформацію, щоб переконатися, що установки відповідають вимогам NFPA 855 щодо правильного розміщення та повітрообміну, перетворюючи теоретичну оцінку ризиків на реальні заходи безпеки, які працюють на об’єкті.

IEC 62619 та EN 62619: Глобальні промислові стандарти безпеки літієвих акумуляторів

Вимоги до продуктивності, стійкості до неправильного використання та відповідності для комерційних застосувань систем зберігання електроенергії (ESS)

Стандарт IEC 62619 разом із його європейським аналогом EN 62619 встановлює основні правила безпеки для промислових літієвих акумуляторів, що використовуються в стаціонарних системах зберігання енергії (ESS). Ці міжнародно визнані настанови вимагають, щоб акумулятори надійно функціонували навіть у умовах експлуатаційного навантаження. Це передбачає збереження їх ємності після багаторазового циклювання та термічну стабільність при температурах до приблизно 60 °C. Стандарти також визначають, як акумулятори мають реагувати на різні види неправильного використання за допомогою стандартизованих випробувань. Наприклад, вони повинні витримувати перевищення напруги до 1,5 разів від максимального рівня заряду, переживати зовнішні короткі замикання при опорі нижче 100 міліом, витримувати механічне стискання зі зусиллям понад 100 кілоньютонів і ефективно утримувати тепловий розбіг. Щоб відповідати вимогам, виробники повинні вбудовувати кілька вбудованих систем безпеки, зокрема резервні системи контролю напруги, пасивні бар’єри, що запобігають поширенню полум’я, та швидкодіючі механізми відключення, які активуються протягом кількох мілісекунд. Дотримання цих вимог є обов’язковим для отримання знаку CE відповідно до Регламенту ЄС щодо акумуляторів, який вимагає надання підтвердження відповідності більш ніж 25 різним аспектам безпеки. За даними недавнього Промислового аудиту систем зберігання енергії за 2023 рік, компанії, що дотримуються стандартів IEC/EN 62619, повідомляють про приблизно на 40 % меншу кількість відмов у реальних умовах експлуатації, що робить їх значно краще придатними для масштабних розгортань у електромережах.

UL 9540: Сертифікація на рівні системи з інтеграцією безпеки літій-іонних акумуляторів та системи управління акумуляторами (BMS)

Як стандарт UL 9540 забезпечує перевірку безпеки повної системи накопичення енергії — включаючи літій-іонні акумулятори, теплове управління та системи керування

Стандарт UL 9540 передбачає ретельну перевірку безпеки на рівні системи для повних установок зберігання енергії. Він виходить за межі саме модулів акумуляторів і охоплює такі компоненти, як системи термокерування, системи керування акумуляторами (скорочено — BMS), корпуси та спосіб взаємодії всіх цих частин за допомогою логіки керування. Зазвичай стандартизовані випробування зосереджені на окремих компонентах, тоді як UL 9540 справді перевіряє, як усі компоненти функціонують разом під впливом реальних проблем, що виникають одночасно. Уявіть собі, наприклад, електричні несправності, що виникають одночасно з екстремальними погодними умовами, або небезпечні термічні ланцюгові реакції, які іноді спостерігаються. Найважливіше — довести, що всі засоби безпеки працюють правильно як єдина команда: вони мають забезпечувати стабільність під час звичайних операцій заряджання й розряджання, утримувати будь-які проблеми з нагріванням усередині відповідних корпусів, автоматично вимикатися при серйозних відхиленнях від норми та гарантувати ефективну взаємодію між системою керування акумуляторами та обладнанням охолодження. Такий комплексний підхід до випробувань дозволяє виявити слабкі місця у точках з’єднання різних компонентів. За даними звітів про пожежну безпеку за 2023 рік, системи, які отримали цей сертифікат, демонструють приблизно на 47 % меншу кількість термічних інцидентів. Отримання сертифікації також прискорює процеси затвердження й створює важливі рівні захисту як для комерційних, так і для великих електроенергетичних літій-іонних акумуляторних установок.

ЧаП

Що таке сертифікація UL 1973?

Сертифікація UL 1973 — це стандарт безпеки для модулів та акумуляторних батарей на основі літію, що використовуються в стаціонарних системах накопичення енергії та джерелах безперебійного живлення; він забезпечує їх стійкість до електричних несправностей, теплового навантаження та потенційних пожеж.

Чому критичні тести на перевантаження важливі для систем літієвих акумуляторів?

Критичні тести на перевантаження, зокрема тест на перезарядку, коротке замикання, термічне циклювання та механічний удар, забезпечують стійкість систем літієвих акумуляторів до екстремальних умов без катастрофічного виходу з ладу, що дозволяє виконувати вимоги щодо безпеки.

Як стандарт UL 9540A впливає на проектування систем накопичення енергії?

UL 9540A надає дані щодо теплопередачі та поширення вогню, що є вирішальним чинником при проектуванні систем, спрямованих на мінімізацію ризиків пожежі, і визначає розташування теплових бар’єрів та формування стратегій зниження ризиків.

Що таке стандарти IEC 62619 та EN 62619?

IEC 62619 та EN 62619 — це міжнародні стандарти, які встановлюють основні вимоги щодо безпеки промислових літієвих акумуляторів, що використовуються в комерційних системах накопичення енергії, зокрема щодо надійності роботи та стійкості до неправильного використання.

Що охоплює сертифікація UL 9540?

Сертифікація UL 9540 охоплює безпеку повної системи накопичення енергії, у тому числі літієвих акумуляторів, системи теплового управління та керування, забезпечуючи ефективну взаємодію всіх компонентів для мінімізації ризиків.