Stanowiska do określania propagacji termicznej w układach magazynowania energii wg UL 9540A

UL 9540A to metodą testową opracowana w celu oceny propagacji niestabilnej temperatury w systemach magazynowania energii w akumulatorach (Battery Energy Storage Systems – BESS) .

Wyniki otrzymane przez testy zgonie z UL 9540A dostarczają wskazówek między innymi w następującym zakresie:
• Wytyczne do instalacji systemów magazynowania energii
• Wymagania do układów wentylacji
• Skuteczność układów wykrywania i gaszenia pożarów
• Strategia działań straży pożarnej
• Bezpieczeństwo systemu baterii
• Bezpieczeństwo funkcjonalne

Metoda UL 9540A jest progresywną procedurą testowa umożliwiającą przeprowadzenie badań w skali od najmniejszej komórki aż do wielkoskalowych układów BESS.

Klasyfikacja testów UL 9540A
Metoda testowa UL9540A składa się z 4 etapów:
Etap 1 – TEST POZIOMU KOMÓREK
Na tym etapie metoda weryfikuje, czy komórka może wykazywać niestabilność cieplną. Sprawdza się również jej właściwości i palność.
Etap 2 – TEST POZIOMU MODUŁU
Głównym celem tego etapu jest ustalenie, czy niekontrolowana temperatura rozprzestrzenia się wraz z modułem. Uzyskujemy również informacje o poziomie wydzielania ciepła i składzie gazów.
Etap 3 – TEST POZIOMU JEDNOSTKI
Test dotyczy skali jednostki. Metoda określa szybkość rozprzestrzenienia płomienia, szybkość uwalniania ciepła i gazów jak również innych zagrożeń.
Etap 4 – TEST POZIOMU INSTALACJI
Test dotyczy całości instalacji i ma na celu określenie skuteczności ochrony przeciwpożarowej produktu.

TEST POZIOMU KOMÓREK
Test poziomu komórek jest przeprowadzany dla małego indywidualnego ogniwa BESS. Wydajny oraz powtarzalna metoda jest wykorzystywana aby wymusić ogniwo do propagacji termicznej w komorze ciśnieniowe. Podczas propagacji termicznej zbierane również gazy wydzielane podczas palenia. Analizowany jest skład gazów. Syntetycznie wytworzona mieszanka gazów jest używana do testu LFL (lower flammability limit), testu maksymalnego ciśnienia wybuchu Pmax oraz testu szybkości palenia.

---

TEST POZIOMU MODUŁU
Test poziomu modułu jest przeprowadzany dla modułu baterii umieszczonego pod okapem. W sposób podobny jak dla testu Pizom komórek dla określonej liczby ogniw w module jest wymuszana propagacja termiczna. Propagacja dla indywidualnej komórki musi wytworzyć warunki propagacji pomiędzy ogniwami w module. Podczas propagacji termicznej dla modułu uwalniane gazy są zbierane przez okap oraz następnie próbkowane w analizatorach. Analiza obejmuje pomiar uwalnianego ciepła (kalorymetria ubytku tlenu), pomiar składowych gazowych za pomocą spektrometru FTIR, analizę składu węglowodorów i zawartości wodoru oraz pomiar wyprodukowanego dymu.

Stosowane metody pomiarowe oraz otrzymywane parametry:

Kalorymetria ubytku tlenu	• Metodyka propagacji termicznej dla modułu • Szybkość uwalniania ciepła • Szybkość produkcji dymu
Spektrometria FTIR	• Skład chemiczny wyprodukowanych palnych gazów oraz ich objętość
Analiza zawartości węglowodorów	• Objętość wyprodukowanych węgłowodorów
Analiza zawartości wodoru	• Objętość wyprodukowanego wodoru
Inne	• Ubytek masy • Obserwacje

Skład dostawy stanowiska testowego:
• Układ wentylacji
• Układ pomiaru masy próbki
• Układ inicjacji propagacji termicznej
• Układ pomiaru temperatury
• Zestaw urządzeń do pomiaru uwalnianego ciepła oraz produkcji dymu
• Zestaw urządzeń do kalibracji układu pomiaru uwalnianego dymu
• Analizatory w składzie: spektrometr FTIR, analizator węglowodorów, analizator wodoru
• Oprogramowanie do rejestracji oraz przetwarzania danych

---

TEST POZIOMU JEDNOSTKI
Test poziomu jednostki jest przeprowadzany dla jednostek BESS zainstalowanych według instrukcji producenta oraz konfiguracja testu musi odpowiadać projektu BESS. Dla jednostek wewnętrznych BESS umieszczanych na podłodze, jednostka BESS która inicjuje proces musi być umieszczana razem z docelową jednostką BESS i musi być otoczona ścianą instrumentowaną wokół niej jak to opisane w instrukcji producenta. Inicjująca jednostka BESS musi zawierać składowe odpowiadające jednostce BESS w pełnej instalacji wraz z okapem zamontowanym nad jednostką inicjującą tak aby zbierać gazy uwalania w celu dalszej analizy. Na jednostce BESS inicjującej proces należy wymusić propagację termiczną uwzględniając metodykę stosowana jak w teście poziomu modułu. Stworzy to warunki rozprzestrzeniania ognia od jednego modułu do drugiego wchodzących w skład jednostki BESS.

Podczas procesu propagacji termicznej w jednostce BESS należy zebrać gazy uwalnianie za pomocą okapu oraz następnie przeprowadzić próbkowanie do dalszej analizy. Analiza obejmuje pomiar uwalnianego ciepła (kalorymetria ubytku tlenu), pomiar składowych gazowych za pomocą spektrometru FTIR, analizę składu węglowodorów i zawartości wodoru, pomiar wyprodukowanego dymu oraz badania temperatury oraz strumienia cieplnego za pomocą instrumentowanej ściany (macierz czujników).

Stosowane metody pomiarowe oraz otrzymywane parametry:

Kalorymetria ubytku tlenu	• Metodyka propagacji termicznej dla jednostki BESS • Szybkość uwalniania ciepła (chemiczna) • Szybkość uwalniania ciepła (konwekcyjna) • Szybkość produkcji dymu
Instrumentowana ściana	• Temperatura • Strumień ciepła
Spektrometria FTIR	• Skład chemiczny wyprodukowanych palnych gazów oraz ich objętość
Analiza zawartości węglowodorów	• Objętość wyprodukowanych węgłowodorów
Inne	• Obserwacje

Skład dostawy stanowiska testowego:
• Układ wentylacji
• Układ inicjacji propagacji termicznej
• Układ pomiaru temperatury
• Układ pomiaru strumienia ciepła
• Zestaw urządzeń do pomiaru uwalnianego ciepła (chemicznego i konwekcyjnego) oraz produkcji dymu
• Zestaw urządzeń do kalibracji układu pomiaru uwalnianego dymu
• Analizatory w składzie: spektrometr FTIR, analizator węglowodorów, analizator wodoru
• Oprogramowanie do rejestracji oraz przetwarzania danych

---

TEST POZIOMU INSTALACJI
Test poziomu instalacji jest wykorzystywany do określenia skuteczności metod zmniejszenia zagrożeń pożarem oraz wybuchem dla BESS w w konfiguracji wykorzystywanych w wielkoskalowych instalacjach. Obejmuje to ewaluacje skuteczności systemów gaszenia lub planów ochrony przez ogniem. Testowanie poziomu instalacji nie jest stosowanie w testowaniu domowych BESS. Test poziomu instalacji należy przeprowadzać w sposób podobny do testu poziomu jednostki z dodatkowo zainstalowanym systemem gaszenia oraz czujnikiem płomienia zainstalowanymi nad jednostką BESS która inicjuje proces.

Stosowane metody pomiarowe oraz otrzymywane parametry:

Instrumentowana ściana	• Temperatura • Strumień ciepła
Spektrometria FTIR	• Skład chemiczny wyprodukowanych palnych gazów oraz ich objętość
Analiza zawartości węglowodorów	• Objętość wyprodukowanych węglowodorów
Analiza zawartości wodoru	• Objętość wyprodukowanego wodoru
Inne	• Skuteczność systemów gaszenia • Rozprzestrzenianie płomienia wzdłuż kabli

Skład dostawy stanowiska testowego:
• Układ wentylacji
• Układ inicjacji propagacji termicznej
• Układ pomiaru temperatury
• Układ pomiaru strumienia ciepła
• Analizatory w składzie: spektrometr FTIR, analizator węglowodorów, analizator wodoru
• Oprogramowanie do rejestracji oraz przetwarzania danych