UL9540A: 2025 Інтерпретація методів випробувань та оцінки поширення теплового вогню для систем накопичення енергії!

В останні роки, зі швидким розвитком світової індустрії накопичення енергії, встановлена ​​потужність Системи накопичення енергії на літій-іонних акумуляторах (BESS) продовжує зростати. Однак безпека систем накопичення енергії завжди була центральною проблемою, особливо з огляду на зростання кількості пожеж та вибухів, спричинених тепловим вибухом. Вони не лише загрожують безпеці особистості, але й можуть призвести до величезних втрат майна.

На цьому тлі стандарт UL9540A став авторитетним світовим посібником з випробувань безпеки систем накопичення енергії. Кожне оновлення цього стандарту привертає значну увагу в галузі. 12 березня 2025 року UL офіційно опублікував ANSI/CAN/UL9540A-2025 "Випробування на поширення вогню внаслідок теплового вибуху для систем акумуляторного накопичення енергії", який комплексно оновлює методи випробувань та оцінки поширення вогню внаслідок теплового впливу. Мета полягає в тому, щоб забезпечити більш наукові та суворі інструменти валідації для безпечного проектування систем накопичення енергії. Ця стаття містить поглиблений аналіз ключових інновацій в оновленому стандарті з точки зору технічних деталей, логіки тестування та впливу на галузь.

Чому випробування на поширення вогню за допомогою теплових вогнів стали центральними?

1. Природа та небезпеки теплового розгону

Тепловий розгін — це самопідтримуюча екзотермічна ланцюгова реакція в літій-іонних акумуляторах, що викликається внутрішніми короткими замиканнями, перезаряджанням, механічними пошкодженнями тощо. Вона характеризується швидким підвищенням температури (понад 800°C), викидом газу (включаючи легкозаймисті та вибухонебезпечні гази) та потенційними ланцюговими реакціями в сусідніх елементах, що зрештою призводить до пожеж на рівні системи.

2. Обмеження традиційного тестування

Попередні стандарти в основному зосереджувалися на випробуваннях безпеки окремих елементів або невеликих модулів. Однак системи накопичення енергії зазвичай складаються з тисяч або навіть десятків тисяч елементів зі складними структурними конструкціями та тепловими умовами, що ускладнює прогнозування шляхів поширення вогню. Традиційні методи не можуть адекватно відобразити реальні ризики поширення вогню.

3. Прориви у стандарті UL9540A:2025

Видання 2025 року вперше представляє «повномасштабна система оцінки поширення вогню на рівні системи за рахунок теплового вибуху», з акцентом на багаторівневому, прогресивному тестуванні від комірки → модуль → шафа → повна система. Він створює моделі ризиків, використовуючи кількісні дані для підтримки оптимізації проєкту.

Основні оновлення в методах тестування UL9540A:2025

1. Удосконалені рівні тестування

Нова версія визначає чотири прогресивні рівні тестування, кожен з яких має чіткі цілі:

• Рівень 1 (рівень комірки): Визначте умови запуску теплового розгону (наприклад, проникнення цвяха, поріг температури нагрівальної пластини), викид матеріалів та характеристики горіння.
• Рівень 2 (рівень модуля): Оцініть швидкість поширення, розподіл температури та шлях дифузії газу, коли одна клітина входить у тепловий розгін.
• Рівень 3 (рівень блоку - шафа/підсистема): Моделюйте реальні умови тепловіддачі та структурні рішення, аналізуйте ступінь поширення полум'я, концентрацію диму та токсичність.
• Рівень 4 (рівень встановлення – повна система): Інтегруйте системи пожежогасіння та вентиляції для перевірки ефективності пом'якшення наслідків на системному рівні.

Ключова вимога: Тести повинні використовувати еквівалентні для продакшену BMS (Системи керування батареями) та системи управління температурою для забезпечення достовірності даних.

 

Інтерпретація тесту на поширення вогню на термічний вогонь

2. Розширені аспекти збору даних

У виданні 2025 року додано кілька критично важливих показників:

• Термодинамічні параметри: Швидкість підвищення температури поверхні клітини, криві зміни внутрішнього тиску;
• Аналіз газу: Моніторинг шкідливих газів, таких як водень, CO та фторид водню (HF), у режимі реального часу;
• Швидкість поширення полум'я: Кількісно визначено за допомогою високошвидкісних камер та інфрачервоного тепловізійного зображення;
• Ефективність вогнегасника: Оцінка таких агентів, як FK-5-1-12 та водяний туман, для придушення теплового витоку.

Огляд: Багатовимірні дані дозволяють побудувати «карту поширення теплового вибуху», яка може допомогти оптимізувати відстань між комірам, ізоляційні матеріали та стратегії пожежогасіння.

3. Обов'язкові сценарії відмови кількох комірок

Щоб вирішити проблемні питання галузі, новий стандарт вимагає тестування двох екстремальних сценаріїв:

• Позиція комірки в найгіршому випадку: Виберіть комірку з найгіршим тепловіддаванням як точку спрацьовування;
• Одночасний збій кількох комірок: Моделювання впливу кількох одночасних теплових перепадів при серйозних збоях (наприклад, несправність BMS).

Тематичне дослідження: Під час випробувань виробник виявив, що коли крайова комірка починає нагріватися, металевий каркас корпусу проводить тепло, прискорюючи нагрівання сусідніх модулів, що призводить до вдосконалення конструкції за допомогою термобар'єрних покриттів.

Три основні інновації в процесі оцінювання

1. Розробка порогів безпеки на основі ризиків

UL9540A:2025 вводить концепцію "Час поширення теплового втечі (TRPT)", що вимагає, щоб проектування систем задовольняло такі вимоги:
TRPT ≥ T (T = час реагування на пожежу + час евакуації персоналу).

Час реагування на пожежу слід адаптувати до конкретних застосувань (наприклад, житлові приміщення чи системи, що підключені до мережі). Для систем, що підключені до мережі, Час очікування ≥ 30 хвилин зазвичай потрібен для забезпечення своєчасного спрацювання пожежних систем.

2. Пов'язане моделювання та перевірка в реальних умовах

Стандарт заохочує використання технологія цифрових двійників, де моделювання CFD (обчислювальна гідродинаміка) використовується для прогнозування шляхів поширення перед фізичними випробуваннями, а фактичні дані випробувань використовуються для калібрування моделі. Такий підхід значно знижує витрати на тестування, особливо для великомасштабних систем.

3. Обов'язкові звіти про динамічну оцінку

Версія 2025 року вимагає, щоб звіти про випробування містили:

• Аналіз чутливості умов запуску теплового розгону;
• Відмінності поширення за різних температур навколишнього середовища (від 20°C до 50°C);
• Вплив старіння (наприклад, після 5000 циклів) на безпеку.

Значення: Зміщує фокус з простого «проходження тесту» на «проектування з урахуванням безпеки протягом усього терміну служби».

Огляд ключових впливів

1. Покращена гнучкість: Додаткові методи ІЧ-спектроскопії з перетворенням Фур'є та нагрівальної рампи забезпечують гнучкість тестування.
2. Ширше застосування: Додає тестове покриття для свинцево-кислотних, нікель-кадмієвих та високотемпературних акумуляторів.
3. Підвищена безпека: Переглянуті критерії поширення полум'я та новий аналіз дефлаграції зменшують ризики поширення вогню.
4. Спрощене тестування: Тестування в житлових приміщеннях тепер дозволяє проводити тестові налаштування на стінах, що потенційно зменшує складність тестування.

У цій версії наголошується чіткість, безпека та технічна інклюзивність, що відповідає розвитку технології акумуляторів та мінливим регуляторним потребам.

Вплив на галузь та рекомендовані заходи реагування

1. Вищі технічні бар'єри стимулюють інновації

• Рівень клітини: Високостабільні електроліти (наприклад, напівтвердофазні), стійкі до високих температур, стають необхідними;
• Системний рівень: Матеріали з фазовим переходом, аерогелева ізоляція, конструкції спрямованої вентиляції набувають популярності;
• Системи пожежної безпеки: Багаторівневе придушення (наприклад, інгібітори на рівні клітин + водяний туман на рівні шафи) стає мейнстрімом.

2. Проблеми з вартістю та часом тестування

Повне чотирирівневе тестування може тривати понад шість місяців і коштувати понад мільйон доларів США. Рекомендації:

• Співпрацювати з органами сертифікації на ранніх етапах для розробки планів попереднього тестування;
• Використовуйте модульні конструкції, щоб мінімізувати повторне тестування;
• Приєднуйтесь до галузевих альянсів, щоб ділитися тестовими даними.

3. «Паспорт» для доступу до світового ринку

UL 9540A є не лише обов’язковим стандартом у США та Канаді, але й широко застосовується на міжнародному рівні, згаданий у правилах встановлення систем накопичення енергії в Сінгапурі, Малайзії та Вікторії, Австралія. Версія 2025 року більше відповідає китайському стандарту GB/T36276, що допомагає китайським компаніям розширюватися за кордоном.

Натисніть, щоб дізнатися більше про продукти ACE Battery із сертифікацією UL9540A:

RESS-E20-L0 | Модульне домашнє акумуляторне накопичувальне обладнання ємністю 6,6–119,7 кВт·год

RESS-BM-L1 | Літій-іонний акумулятор ємністю 5,12 кВт·год для домашнього накопичення енергії

RESS-PE20-L0 | Гібридна система сонячного акумуляторного накопичення енергії 6,6–19,8 кВт·год

RESS-E20-BB | Модуль акумулятора ESS ємністю 3,3 кВт·год
C&I-EnerBlock: Зовнішня система накопичення енергії в акумуляторах C&I

C&I-EnerCube: Контейнерна система зберігання енергії C&I

Висновок

UL 9540A оцінює безпеку системи у разі поширення вогню внаслідок теплового впливу та є єдиним узгодженим стандартом, на який посилаються для масштабних вогневих випробувань у NFPA 855.

Випуск UL9540A:2025 позначає перехід від реактивна відповідь до проактивна профілактика у сфері безпеки накопичення енергії. Для виробників це не лише виклик дотриманню вимог, але й можливість отримати перевагу на ринку завдяки диференційованому проекту безпеки. Заглядаючи в майбутнє, завдяки інтеграції штучного інтелекту та передових технологій сенсорного контролю, випробування на теплові розгони можуть забезпечити високоточні ранні попередження в режимі реального часу, а основа такого майбутнього лежить у глибокому розумінні та впровадженні сучасних стандартів.