UL9540A: Interpretazione del 2025 dei metodi di valutazione e test di propagazione dell'incendio incontrollato per i sistemi di accumulo di energia!

Negli ultimi anni, con il rapido sviluppo del settore globale dell'accumulo di energia, la capacità installata di Sistemi di accumulo di energia con batterie agli ioni di litio (BESS) ha continuato a crescere. Tuttavia, la sicurezza dei sistemi di accumulo di energia è sempre stata una preoccupazione centrale, soprattutto con la crescente frequenza di incendi ed esplosioni causati da runaway termici. Questi non solo minacciano la sicurezza personale, ma possono anche causare ingenti perdite materiali.

In questo contesto, lo standard UL9540A si è affermato come guida globale autorevole per i test di sicurezza dei sistemi di accumulo di energia. Ogni aggiornamento di questo standard attira notevole attenzione in tutto il settore. Il 12 marzo 2025, UL ha rilasciato ufficialmente ANSI/CAN/UL9540A-2025 "Test di propagazione di incendi incontrollati per sistemi di accumulo di energia tramite batterie", che aggiorna in modo completo i metodi di prova e valutazione per la propagazione degli incendi dovuti a runaway termico. L'obiettivo è fornire strumenti di convalida più scientifici e rigorosi per la progettazione sicura dei sistemi di accumulo di energia. Questo articolo fornisce un'analisi approfondita delle principali innovazioni della norma aggiornata dal punto di vista dei dettagli tecnici, della logica di prova e dell'impatto sul settore.

Perché i test di propagazione degli incendi dovuti a instabilità termica sono diventati fondamentali?

1. La natura e i pericoli della fuga termica

La fuga termica è una reazione a catena esotermica autosostenuta nelle batterie agli ioni di litio, innescata da cortocircuiti interni, sovraccarico, danni meccanici, ecc. È caratterizzata da un rapido aumento della temperatura (superiore a 800 °C), espulsione di gas (inclusi gas infiammabili ed esplosivi) e potenziali reazioni a catena nelle celle adiacenti, che alla fine provocano incendi a livello di sistema.

2. Limitazioni dei test tradizionali

Gli standard precedenti si concentravano principalmente sui test di sicurezza di singole celle o piccoli moduli. Tuttavia, i sistemi di accumulo di energia sono in genere costituiti da migliaia o addirittura decine di migliaia di celle, con design strutturali e condizioni termiche complesse, rendendo difficile prevedere le vie di propagazione degli incendi. I metodi tradizionali non riescono a riflettere adeguatamente i rischi reali di propagazione degli incendi.

3. Innovazioni in UL9540A:2025

L'edizione del 2025 introduce, per la prima volta, un “quadro di valutazione della propagazione degli incendi a livello di sistema e su vasta scala,” enfatizzando i test progressivi e multilivello, da cella a modulo, da cabinet a sistema completo. Costruisce modelli di rischio utilizzando dati quantificabili per supportare l'ottimizzazione del progetto.

Aggiornamenti fondamentali nei metodi di prova UL9540A:2025

1. Livelli di test raffinati

La nuova versione definisce quattro livelli di test progressivi, ciascuno con obiettivi chiari:

• Livello 1 (livello cellulare): Determinare le condizioni di innesco della fuga termica (ad esempio, penetrazione del chiodo, soglia di temperatura della piastra riscaldante), materiali espulsi e caratteristiche della combustione.
• Livello 2 (Livello Modulo): Valutare la velocità di propagazione, la distribuzione della temperatura e il percorso di diffusione del gas quando una singola cellula entra in fuga termica.
• Livello 3 (Livello unità - Armadio/Sottosistema): Simula condizioni reali di dissipazione del calore e progetti strutturali, analizza l'estensione della propagazione della fiamma, la concentrazione del fumo e la tossicità.
• Livello 4 (Livello di installazione - Sistema completo):Integrare sistemi di soppressione degli incendi e di ventilazione per verificare l'efficacia della mitigazione a livello di sistema.

Requisito chiave: I test devono utilizzare l'equivalente di produzione BMS (Sistemi di gestione della batteria) e progettazione della gestione termica per garantire l'autenticità dei dati.

 

Interpretazione del test di propagazione del fuoco in fuga termica

2. Dimensioni espanse della raccolta dati

L'edizione del 2025 aggiunge diverse metriche critiche:

• Parametri termodinamici: Velocità di aumento della temperatura superficiale della cella, curve di variazione della pressione interna;
• Analisi del gas: Monitoraggio in tempo reale di gas nocivi come idrogeno, CO e acido fluoridrico (HF);
• Velocità di propagazione della fiamma: Quantificato utilizzando telecamere ad alta velocità e termografia a infrarossi;
• Efficacia del soppressore di incendi: Valutazione di agenti come FK-5-1-12 e nebbia d'acqua nella soppressione della fuga termica.

Intuizione: I dati multidimensionali consentono la costruzione di una "mappa di propagazione della fuga termica" in grado di guidare l'ottimizzazione della spaziatura delle celle, dei materiali isolanti e delle strategie antincendio.

3. Scenari di guasto multi-cella obbligatori

Per affrontare i punti critici del settore, il nuovo standard impone la verifica di due scenari estremi:

• Posizione della cella nel caso peggiore: Scegliere la cella con la minore dissipazione del calore come punto di innesco;
• Guasto simultaneo di più celle: Simula l'effetto di più eventi di fuga termica simultanea in caso di guasti gravi (ad esempio, malfunzionamento del BMS).

Caso di studio: Durante i test, un produttore ha scoperto che quando una cella perimetrale entrava in una situazione di runaway termico, il telaio metallico dell'armadio conduceva il calore, accelerando il riscaldamento dei moduli adiacenti, portando a un miglioramento del design con rivestimenti a barriera termica.

Tre importanti innovazioni nel processo di valutazione

1. Progettazione della soglia di sicurezza basata sul rischio

UL9540A:2025 introduce il concetto di "Tempo di propagazione della fuga termica (TRPT)", che richiede che i progetti di sistema soddisfino:
TRPT ≥ T (T = tempo di risposta all'incendio + tempo di evacuazione del personale).

Il tempo di risposta all'incendio deve essere adattato alle applicazioni specifiche (ad esempio, residenziale vs. lato rete). Per i sistemi lato rete, TRPT ≥ 30 minuti è in genere necessario per garantire che i sistemi antincendio possano attivarsi in tempo.

2. Simulazione accoppiata e convalida nel mondo reale

Lo standard incoraggia l'uso di Tecnologia dei gemelli digitali, dove le simulazioni CFD (Computational Fluid Dynamics) vengono utilizzate per prevedere i percorsi di propagazione prima dei test fisici, e i dati di test reali vengono utilizzati per calibrare il modello. Questo approccio riduce significativamente i costi di test, soprattutto per sistemi su larga scala.

3. Rapporti obbligatori di valutazione dinamica

La versione 2025 richiede che i rapporti di prova includano:

• Analisi di sensibilità delle condizioni di innesco della fuga termica;
• Differenze di propagazione a diverse temperature ambiente (da 20°C a 50°C);
• L'impatto dell'invecchiamento (ad esempio, dopo 5.000 cicli) sulla sicurezza.

Significato: Sposta l'attenzione dal semplice "superamento del test" alla "progettazione della sicurezza per tutta la vita".

Panoramica degli impatti chiave

1. Flessibilità migliorata: I metodi opzionali FTIR e riscaldamento a rampa garantiscono flessibilità nei test.
2. Applicabilità più ampia: Aggiunge la copertura dei test per batterie al piombo-acido, al nichel-cadmio e ad alta temperatura.
3. Sicurezza migliorata: I criteri rivisti di propagazione delle fiamme e la nuova analisi delle deflagrazioni riducono i rischi di propagazione degli incendi.
4. Test semplificati: I test residenziali ora consentono configurazioni di test a parete, riducendo potenzialmente la complessità dei test.

Questa versione sottolinea chiarezza, sicurezza e inclusività tecnica, in linea con lo sviluppo della tecnologia delle batterie e con l'evoluzione delle esigenze normative.

Impatto sul settore e risposte consigliate

1. Maggiori barriere tecniche stimolano l'innovazione

• Livello cellulare: Diventano essenziali separatori elettrolitici ad alta stabilità (ad esempio allo stato semisolido) e resistenti alle alte temperature;
• Livello di sistema: I materiali a cambiamento di fase, l'isolamento in aerogel e i progetti di ventilazione direzionale stanno diventando sempre più popolari;
• Sistemi di protezione antincendio: La soppressione multilivello (ad esempio, inibitori a livello cellulare + nebulizzazione d'acqua a livello di cappa) diventa la norma.

2. Sfide relative a costi e tempi di test

Un test completo a quattro livelli potrebbe richiedere più di sei mesi e costare più di un milione di dollari. Raccomandazioni:

• Collaborare tempestivamente con gli enti di certificazione per sviluppare piani di pre-test;
• Utilizzare progetti modulari per ridurre al minimo i test ripetuti;
• Unisciti alle alleanze industriali per condividere alcuni dati di prova.

3. Un “passaporto” per l’accesso al mercato globale

UL 9540A non è solo uno standard obbligatorio negli Stati Uniti e in Canada, ma è anche ampiamente adottato a livello internazionale, essendo citato nelle normative di installazione per i sistemi di accumulo di energia a Singapore, Malesia e Victoria, Australia. La versione 2025 si allinea ulteriormente allo standard cinese GB/T36276, aiutando le aziende cinesi a espandersi all'estero.

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RESS-PE20-L0 | Sistema di accumulo solare ibrido da 6,6 kWh-19,8 kWh

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Conclusione

UL 9540A valuta la sicurezza del sistema in caso di propagazione di incendi dovuti a fuga termica ed è l'unico standard consensuale a cui fare riferimento per i test antincendio su larga scala in Norma NFPA 855.

Il rilascio di UL9540A:2025 segna uno spostamento da risposta reattiva a prevenzione proattiva nella sicurezza degli impianti di accumulo di energia. Per i produttori, questa non è solo una sfida per la conformità, ma anche un'opportunità per acquisire un vantaggio sul mercato attraverso una progettazione di sicurezza differenziata. Guardando al futuro, con l'integrazione dell'intelligenza artificiale e di tecnologie di rilevamento avanzate, i test di runaway termico potrebbero fornire allarmi precoci in tempo reale e ad alta precisione, e le basi per questo futuro risiedono nella profonda comprensione e implementazione degli standard odierni.