Літій-іонні накопичувачі енергії (BESS) — тепловий розгін, поширення на сусідні комірки та чому звичайного вогнегасника недостатньо

Гід про домашні накопичувачі енергії розглядає вимоги до встановлення та реєстрації накопичувача енергії (BESS) загалом і коротко згадує тепловий розгін як основний ризик безпеки, що регулюється IEC 62933-5-2. Ця стаття детальніше розглядає саме цей ризик: що насправді відбувається під час теплового розгону і чому звичайна реакція на електричну пожежу — вуглекислотний чи порошковий вогнегасник — не є правильною першою дією для літій-іонного BESS.

Що таке тепловий розгін

Тепловий розгін (thermal runaway) — це самопідсилювана екзотермічна реакція всередині літій-іонної комірки: щойно внутрішня температура комірки через якийсь тригер (механічне пошкодження, перезаряд, внутрішнє коротке замикання, зовнішнє джерело тепла чи виробничий дефект) перевищує критичний поріг, внутрішні матеріали комірки починають руйнуватися дедалі швидше — ця реакція сама виділяє тепло, яке ще більше підвищує температуру, що ще більше пришвидшує реакцію. Раз розпочавшись в одній комірці, цей процес, як правило, вже не можна зупинити простим вимкненням струму.

Поширення на сусідні комірки

Літій-іонна батарея складається з багатьох щільно упакованих комірок. Тепло, що виділяється однією коміркою в стані теплового розгону, може передаватися теплопровідністю на сусідні комірки й також вивести їх за критичну температуру — поширення (propagation), яке може пройти через увесь батарейний блок, якщо конструкція не чинить цьому достатнього опору. Саме таку поведінку перевіряє й оцінює IEC 62933-5-2 під час сертифікації стаціонарного BESS: як поводиться система, коли одна комірка входить у тепловий розгін, і чи поширюється це (і наскільки швидко) на решту блока.

Ризик газу ще до появи полум'я

Перш ніж комірка в стані теплового розгону справді загориться, через вентиляційний отвір комірки вже виходить горючий і частково токсичний газ (пари електроліту, чадний газ, водень, вуглеводні). У замкненому чи недостатньо вентильованому приміщенні цей газ може накопичуватися до вибухонебезпечної суміші ще до появи видимого диму чи полум'я — ризик, окремий від подальшої пожежної небезпеки, через що вентиляція приміщення установки настільки ж важлива, як і для стаціонарних свинцево-кислотних батарей із гіда про вентиляцію батарейних приміщень — хоча склад газу й основоположний стандарт інші.

Чому звичайного вогнегасника тут недостатньо

• CO₂ не гасить надійно: комірка, що горить, сама виробляє кисень під час реакції, незалежно від навколишнього повітря — принцип задушення, на який зазвичай розрахований вуглекислотний вогнегасник (витіснення навколишнього кисню), тому працює ненадійно, і пожежа може відновитися після позірного погашення.
• Порошкові вогнегасники не охолоджують: порошковий вогнегасник перериває полум'я на поверхні, але не охолоджує саму комірку — при реакції теплового розгону, що триває всередині батарейного блока, потрібне саме охолодження, щоб уповільнити подальше поширення, а не лише придушення видимого полум'я.
• Великі обсяги води для охолодження на практиці є найпоширенішою реакцією пожежних служб на пожежу BESS чи батареї електромобіля: не для того, щоб напряму зупинити хімічну реакцію, а щоб знизити температуру сусідніх комірок і тим самим уповільнити подальше поширення — часто в поєднанні з тривалим охолодженням і спостереженням, оскільки пожежа літій-іонної батареї може відновитися через години після позірного погашення.
• Спеціалізовані вогнегасні засоби (на основі інкапсулювальних добавок у воді) розроблені спеціально для літій-іонних застосувань і зазначаються організаціями з пожежної безпеки як ефективніші за стандартні засоби, але вони не замінюють зниження ризику на рівні самої установки.

Практична значущість

Для розташування та періодичної оцінки BESS (домашній накопичувач чи більш масштабна установка) важливі: достатня відстань до шляхів евакуації та горючих матеріалів, компонування, що обмежує поширення на інші частини блока чи сусідні приміщення (поділ на відсіки), справна вентиляція проти накопичення газу, і — не менш важливо — розуміння користувачами та службами екстреного реагування того, що BESS у стані теплового розгону — це не ситуація для малого ручного вогнегасника: під час реальної події теплового розгону першим кроком є евакуація та виклик пожежної служби, а не спроба погасити самостійно.

Часті помилки

1. Поводження з пожежею літій-іонного BESS як зі звичайною електричною пожежею, з використанням вуглекислотного чи порошкового вогнегасника в припущенні, що цього достатньо — самопідтримувана вироблення кисню під час теплового розгону робить це ненадійним.
2. Недостатня вентиляція приміщення установки, через що виникає ризик накопичення газу ще до появи видимого диму чи полум'я.
3. Відсутність урахування поширення на сусідні комірки під час фізичного розташування BESS (занадто близько до горючих матеріалів, відсутність поділу між кількома системами) — сертифікація самої системи за IEC 62933-5-2 не замінює ретельність розташування на рівні установки.
4. Припущення, що пожежа BESS, яка здається погашеною, справді закінчилася — повторне займання через години є відомим явищем при інцидентах теплового розгону літій-іонних батарей, що робить тривале спостереження після інциденту актуальним.

Дивіться також

• Домашні накопичувачі енергії — вимоги до встановлення
• Вентиляція стаціонарних батарейних приміщень — IEC 62485-2
• Вогнегасні засоби для електроустановок
• Типи акумуляторів ДБЖ — VRLA/літієві