Mitigant els perills dels sistemes d'emmagatzematge d'energia de la bateria d'ions de liti (BESS)
Els sistemes d’emmagatzematge d’energia de la bateria (BESS) utilitzen una disposició de bateries i altres dispositius elèctrics per emmagatzemar energia elèctrica. Aquestes instal·lacions s’utilitzen cada cop més en aplicacions residencials, comercials, industrials i d’utilitat per a suport de pic o quadrícula, que van des de grans llocs exteriors i interiors (per exemple, edificis de tipus magatzem) fins a sistemes modulars. Els sistemes contenidors, una forma de disseny modular, s’han convertit en un mitjà popular d’integrar eficientment projectes Bess.
A causa dels seus temps de resposta ràpids, es poden utilitzar besses de ions Li per estabilitzar la xarxa, regular la freqüència de la xarxa, proporcionar potència d'emergència o serveis de pic a escala industrial i reduir el cost de la potència dels usuaris finals. Tanmateix, els cicles d’alta potència i de càrrega ràpida poden estressar les bateries i fer que es degradin amb el pas del temps, cosa que no és propici per a la seguretat.
Durant els darrers quatre anys, més de tres dotzenes de sistemes d’emmagatzematge d’energia a gran escala han fallat a tot el món, provocant incendis i, en alguns casos, explosions. Tenint en compte aquests problemes, els professionals i les autoritats han de desenvolupar i implementar estratègies per prevenir i mitigar els riscos d’incendis i explosions de Bess. Les directrius proporcionades a NFPA 855 (estàndard per a la instal·lació de sistemes d’emmagatzematge d’energia) i el Codi Internacional de Bombers Capítol 1207 (Sistemes d’emmagatzematge d’energia elèctrica) són el primer pas.
Les mesures de prevenció i mitigació haurien d’afrontar el desnivell tèrmic, que és, amb molt, el mode de fallada Bess més greu. Si no es pot aturar el desbordament tèrmic, les conseqüències més greus són el foc i l'explosió.
El desbordament tèrmic a les cèl·lules de la bateria de ions Li és essencialment la causa principal del foc o l'explosió a Li-ion Bess. En diverses situacions que condueixen a curtcircuits, les bateries poden patir un desbordament tèrmic, en què l’energia química emmagatzemada es converteix en calor. Si el procés no es pot refredar prou, poden augmentar les temperatures, cosa que pot agreujar la reacció, provocant la ruptura de la bateria i l’alliberament de gasos inflamables i tòxics. Els esdeveniments desencadenants més habituals per a la fugida tèrmica inclouen:
Defectes de fabricació de bateries
Sobrecàrrega (per exemple, fallada del inversor)
Sobreescalfament (per exemple, una mala capacitat de refrigeració o fallada del sistema de refrigeració)
Abús mecànic (per exemple, esdeveniments o impactes sísmics)
Sistema de gestió de la bateria com a barrera per a la fugida tèrmica
Una de les barreres més importants en un sistema d’emmagatzematge d’energia de la bateria és el sistema de gestió de bateries (BMS), que proporciona una protecció primària de fugida tèrmica assegurant que el sistema de bateries funciona dins de paràmetres segurs (per exemple, estat de càrrega, temperatura). En un Bess certificat UL 9540, el BMS monitoritza, controla i optimitza el rendiment del mòdul de la bateria i el desconnecta del sistema en cas de condició anormal. El BMS també proporciona càrrega de bateria i gestió de descàrrega.
El BMS alarmarà i limitarà la càrrega i la descàrrega de corrent o potència en cas de subvencions, sobretensió, excés de condicions de sobrecorrent o sobrecorrent. En cas d’emergència, el BMS aturarà el funcionament i desconnectarà les connexions elèctriques a cada recinte de la bateria. Això suposa que el BMS no està danyat i funciona normalment. Tanmateix, si es produeix una ruptura de cèl·lules internes, el BMS no podrà evitar la fugida tèrmica.
Control d'explosions
El desbordament tèrmic que condueix al foc o a l'explosió és el perill més greu per prevenir o mitigar. Tot i que ja existeix algunes orientacions sobre el control i la supressió del foc, molts fabricants, integradors i usuaris finals lluiten amb els requisits de control d’explosió. El control d’explosió es pot realitzar proporcionant un dels següents:
Sistemes de protecció contra explosions dissenyats, instal·lats, operatius, mantinguts i provats d’acord amb NFPA 69 (estàndard sobre sistemes de protecció d’explosió)
Instal·lació i manteniment de ventiladors de deflagració d'acord amb NFPA 68 (estàndard sobre protecció contra explosions per a ventiladors de deflagració)
Si s’implementa un sistema a prova d’explosió d’acord amb NFPA 69, s’han de mantenir concentracions combustibles al 25% de la LFL per a tots els canvis previsibles en les condicions de funcionament i la càrrega de materials. Una opció per assolir aquests requisits és la ventilació o la dilució de l’aire. Això es pot aconseguir mitjançant la instal·lació d’un sistema de ventilació forçat que pot ser activat automàticament per un sistema de detecció de gas quan el nivell de concentració de gas supera un punt de conjunt predeterminat.
A més, la ventilació de deflagració crea una via per ampliar ràpidament gasos per sortir del recinte en cas de deflagració. La protecció del recinte Bess pot ser un repte en situacions en què hi ha poc aire lliure i un alt nivell d’obstrucció interna. En aquest cas, es poden requerir mètodes d’enginyeria basats en el rendiment com la dinàmica computacional de fluids (CFD).
