An toàn cháy cho vỏ BESS: Ngăn chặn thermal runaway và thiết kế thông gió

Một vỏ lưu trữ năng lượng không được đánh giá qua hiệu suất của nó trong ngày đẹp trời. Nó được đánh giá qua những gì xảy ra trong vài phút sau khi một cell đơn lẻ rơi vào thermal runaway, và liệu thiết kế có giữ sự cố đó trong một module thay vì để nó lan ra toàn bộ container hay không.

Bài viết này đề cập đến các quyết định thiết kế định hình kết quả đó — thông gió, phát hiện khí, dập cháy, vách ngăn và bố trí — và nêu rõ phạm vi của nhà chế tạo kết thúc ở đâu và chứng nhận của nhà sản xuất pin bắt đầu từ đâu.

Vỏ phải chịu đựng được những gì

Thermal runaway là một chuỗi sự kiện, không phải một sự kiện đơn lẻ, và mỗi giai đoạn dẫn đến một yêu cầu khác nhau:

• Cell thoát khí — cell giải phóng hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, hydrogen fluoride và các hydrocarbon nhẹ. Đây là tín hiệu đầu tiên và cơ hội hành động sớm nhất.
• Tích tụ khí — hydrogen nhẹ và bay lên, tích tụ ở đỉnh của vỏ. Giới hạn cháy thấp hơn của nó là khoảng 4% theo thể tích trong không khí, đạt được nhanh hơn mức hầu hết mọi người nghĩ trong một thể tích tự do nhỏ.
• Cháy nổ — nếu có nguồn đánh lửa, khí tích tụ cháy đủ nhanh để tăng áp suất bên trong và bật tung các tấm, cửa hoặc lá thông gió.
• Lan truyền — nhiệt truyền sang các module liền kề bằng dẫn nhiệt và bức xạ. Quá trình này được đo bằng phút, và nó quyết định liệu cơ sở mất một rack hay toàn bộ khối.

Các mục tiêu thiết kế, theo thứ tự ưu tiên, là: bảo vệ con người và lối thoát hiểm, hạn chế lan truyền đến đơn vị nhỏ nhất có thể, và tránh tạo ra mối nguy thứ cấp. Một tấm thông gió trở thành vật phóng hoặc một chất dập cháy đẩy người ứng cứu vào nguy hiểm thì đã thất bại ngay cả khi đám cháy đã được ngăn chặn.

Phân loại quy định: tài liệu nào chi phối quyết định nào

An toàn cháy cho BESS được điều chỉnh bởi một chuỗi tài liệu, và mỗi tài liệu kiểm soát một phần khác nhau của thiết kế. Không đơn vị chế tạo vỏ nào có thể chứng nhận bất kỳ nội dung nào trong đó, nhưng vỏ phải được chế tạo theo các đầu ra.

Diện tích xả đến từ các tiêu chuẩn xả áp, khoảng cách ly đến từ quy chuẩn lắp đặt, và kết quả lan truyền đến từ thử nghiệm trên toàn bộ hệ thống pin. Hãy tham vấn AHJ trước khi chốt bố trí, không phải sau đó.

Xả áp chống nổ: định cỡ tấm xả đúng cách

Sai lầm phổ biến nhất là coi xả áp như một cửa gió để làm mát. Xả áp chống nổ là một hệ thống giảm áp được định cỡ cho vụ nổ khí, và nó sử dụng các đầu vào hoàn toàn khác: thể tích tự do của vỏ, tốc độ sinh khí trong quá trình xả, áp suất mở xả (Pstat), áp suất giảm mà kết cấu có thể chịu được (Pred), và hiệu suất xả.

NFPA 68 cung cấp các phương pháp tính toán; thử nghiệm quy mô lớn UL 9540A là yếu tố xác nhận rằng một bố trí cụ thể hoạt động được. Các điểm thiết kế quan trọng trong thực tế:

• Xả theo hướng an toàn — tránh xa không gian có người, lối đi, cửa lấy gió và lối thoát hiểm. Tấm xả là một vật thể phóng và phải được neo giữ, không chỉ bắt vít vào tấm vỏ.
• Giữ Pstat thấp — áp suất mở thấp hơn làm giảm áp suất đỉnh mà kết cấu phải chịu đựng, cho phép kết cấu nhẹ hơn.
• Tạo khung cho tấm xả — tải phản lực phải được truyền trở lại kết cấu, nếu không tấm sẽ bị xé ra tại các vít trước khi nó giải phóng được bất cứ thứ gì.
• Các yếu tố cản trở — lưới chắn và bộ chặn lửa làm hạn chế tiết diện thoát khí làm giảm hiệu quả thông gió và cần được tính vào bài toán.
• Không bịt kín một vỏ tủ đã thông gió rồi tuyên bố đạt IP66 — khi cần cả hai, phải tách đường khí thông gió khỏi khoang điện kín.

Phát hiện khí và thông gió khẩn cấp

Phát hiện là khâu quyết định thắng thua về ngân sách thời gian, vì nó diễn ra trước mọi biện pháp giảm thiểu khác. Hydro là chỉ báo hàng đầu: nó nhẹ, tích tụ ở đỉnh vỏ tủ, và các ngưỡng đặt thường được biểu thị bằng phần trăm giới hạn cháy thấp hơn là theo phần triệu.

• Logic hai cấp — cảnh báo ở 10–25% LFL (khoảng 0,4–1,0% hydro theo thể tích), hành động ở 25% LFL, ngắt khẩn cấp cao-cao ở 50% LFL. Cấp hành động mới là điều quan trọng; một ngọn đèn không thay đổi được gì.
• Vị trí đặt cảm biến — tại điểm cao nhất của mỗi thể tích khí. Một cảm biến duy nhất trong container nhiều khoang không đại diện cho các khoang mà nó không nằm trong đó.
• Tính toán lưu lượng hút thải từ tốc độ sinh khí, không dùng con số thay đổi không khí chung, với đường xả được dẫn xa khỏi cửa lấy gió, cửa ra vào và khu vực có người.
• Khóa liên động quyết định kết quả — ngắt HVAC, mở contactor, nhả cửa và thông báo được đấu nối vào cùng logic phát hiện, không giao cho người vận hành.
• Tôn trọng xung đột với lực lượng cứu hỏa — thông gió cưỡng bức làm loãng khí, nhưng không khí tươi tràn vào một vỏ tủ đầy khí cũng có thể cung cấp nguồn mồi lửa. Kế hoạch ứng phó phải nêu rõ hành động nào áp dụng ở giai đoạn nào.

Chữa cháy: khớp tác nhân với chế độ hỏng hóc

Không có tác nhân chữa cháy nào thay thế được khả năng chống lan truyền. Một cell bị thoát nhiệt tự sinh chất oxy hóa và có thể bùng cháy lại sau khi ngọn lửa đã được dập tắt, nên mục tiêu thực tế của hầu hết hệ thống là kiểm soát và làm mát chứ không phải dập tắt.

Hai nguyên tắc lựa chọn rút ra từ bảng. Thứ nhất, công suất làm mát quan trọng hơn tốc độ dập tắt: tác nhân loại bỏ nhiệt khỏi cell mới là tác nhân ngăn cháy lại. Thứ hai, tác nhân phải tương thích với những người sẽ đứng cạnh vỏ tủ — một hệ thống an toàn cho thiết bị nhưng không an toàn cho lực lượng ứng cứu thì chưa phải là thiết kế hoàn chỉnh.

Phân khoang, vách ngăn và xuyên thủng

Sự lan truyền được hạn chế bằng tách biệt vật lý, và tách biệt là tính năng an toàn rẻ nhất hiện có vì nó được xây dựng một lần và không bao giờ phải bảo trì.

• Phân chia cấp module và cấp rack — tấm panel đạt định mức hoặc thảm trương nở giữa các nhóm module, để một container nhiều khoang cô lập sự cố trong một khoang.
• Vách ngăn đạt định mức — tổ hợp EI 60 hoặc EI 120 tại nơi yêu cầu ranh giới chống cháy. Định mức phải đến từ một tổ hợp đã được thử nghiệm, không phải từ độ dày danh nghĩa của vật liệu.
• Xuyên thủng cáp — được bịt kín bằng thiết bị đạt định mức, không dùng grommet hở. Một gland không được bịt kín là đường ống dẫn khí nóng và là lỗ hổng trên ranh giới chống cháy.
• Liên kết đẳng thế và tiếp cận — tính liên tục của nối đất không được phụ thuộc vào bản lề hoặc một chi tiết xiết xuyên qua lớp sơn phủ, và cửa phục vụ chữa cháy cần phần cứng mở được từ bên ngoài mà không cần chìa khóa.

Bố trí, khoảng cách và tiếp cận phục vụ chữa cháy

Bố trí mặt bằng mang lại nhiều an toàn hơn bất kỳ phụ kiện nào. NFPA 855 đặt khoảng cách cơ sở khoảng 3 ft (0,9 m) giữa các tủ với nhau và với tường kết cấu không cháy, tăng lên khoảng 10 ft (3 m) tính từ ranh giới lô đất, lối công cộng và cửa mở của tòa nhà, với các hệ thống lớn hơn sẽ kích hoạt thêm yêu cầu bổ sung. Xác nhận các trị số áp dụng với AHJ cho địa điểm cụ thể.

• Bố trí tại nơi khí hậu nóng — nhiệt độ môi trường cao hơn làm tăng nguy cơ hư hỏng cell đầu tiên và giảm làm mát thụ động. Cân nhắc che nắng, hướng và gió chủ đạo cùng với hướng thoát khí, và không bao giờ thoát khí vào tường trong phạm vi khoảng cách tách biệt.
• Tiếp cận cho phương tiện chữa cháy — bãi đỗ cứng, nguồn nước trong tầm với, và tuyến đường không đi qua đường xả khí thoát.
• Biển báo và thông tin — đánh dấu trên ít nhất hai mặt, kèm kế hoạch ứng phó khẩn cấp với bản vẽ được nộp cho sở cứu hỏa địa phương trước khi đưa vào vận hành.

Điều này có ý nghĩa gì đối với chế tạo vỏ tủ

Phần lớn những điều trên trở thành chi tiết kim loại tấm, và đó là nơi đơn vị chế tạo có thể hỗ trợ hoặc âm thầm phá hỏng thiết kế.

• Cụm tấm thoát khí — khung, chi tiết hạn chế và gioăng được định cỡ theo tải phản lực, với áp suất mở xác định được kiểm chứng trên chi tiết mẫu đầu tiên.
• Cửa chớp và lưới chắn — được thiết kế sao cho khả năng chống xâm nhập nước và xả áp không chống lại nhau, và được ghi thành tài liệu như vậy thay vì giả định.
• Độ dày tôn, gia cường và phần cứng — độ cứng của cửa phụ thuộc vào độ dày tôn và bố trí gân, còn bản lề hoặc chốt trên đường xả áp là các chi tiết chịu áp. Hãy chỉ định chúng đúng như vậy.
• Hệ sơn phủ— mạ kẽm nhúng nóng hoặc hệ thống C5-M cho vùng ven biển Đông Nam Á và Trung Đông; bao gồm khung thông gió và bề mặt bên trong.
• Ranh giới tài liệu — đơn vị gia công chế tạo và nghiệm thu vỏ tủ; chứng nhận UL 9540 thuộc về nhà cung cấp hệ thống pin. Nêu rõ ranh giới đó trong RFQ để không bên nào cho rằng bên kia đã đảm nhận.

Nơi đơn vị gia công tạo giá trị

Tại Xingyuan Electric (Suzhou) Co., Ltd., chúng tôi sản xuất vỏ tủ kim loại tấm và cụm lắp ráp điện tại nhà máy ở thị trấn Lili, quận Wujiang, Tô Châu. Đội ngũ 30+ người của chúng tôi vận hành cơ sở sản xuất hơn 3000 m² với hơn 20 máy cắt laser, uốn CNC và hàn, giao hàng tiêu chuẩn trong 7–15 ngày với gia công tùy chỉnh theo bản vẽ hoặc mẫu.

Đối với vỏ tủ BESS, điều đó có nghĩa là chúng tôi có thể lấy phân tích mối nguy, tính toán diện tích thông gió và lịch trình ngăn cách của bạn để biến thành tủ có thể chế tạo được: khung tấm thông gió với áp suất mở xác định, khoang điện kín tách biệt khỏi đường khí, xuyên qua ngăn cách đạt định mức, chân tiếp địa được che chắn và hệ thống phủ phù hợp với khí hậu điểm đến. Gửi bản vẽ hoặc thông số kỹ thuật và chúng tôi sẽ trả về báo giá kèm phản hồi ở mức độ gia công.