储能系统安全设计验证

UL9540A测试标准是通过储能系统的热失控以及热蔓延，而得到火灾和爆燃危险的数据。该标准对电池，模块，单元和安装级别的储能系统中的热失控和传播进行了系统的评估。通过测试的数据可用于设计防火方法，以减轻产生的危害。

在电芯层级，测试目标是分析单个电池单元在触发热失控时的行为。

关键参数包括：

• 气体成分；

• 爆炸极限；

• 燃烧速率；

• 爆炸压力。

本部分测试是为了建立起一个迫使电池进入热失控状态可重复性方法。这些方法应被用在模块、单元和安装层级测试。在本部分测试期间，按照本标准电池出现热失控出现时电池排出的气体应该被收集起来并且进行分析，且监控电池表面的温度。

模组层级测试通过触发模组中的一个或多个电池单元的热失控，评估其在模组内的传播特性和可能的火灾风险。模块放在不燃性水平台面上，方向按照预期安装使用时放置，在尺寸适合收集模块释放气体的集烟罩下进行。

关键参数包括：

• 热释放速率；

• 烟雾浓度；

• 总碳氢含量；
  

• 氢气含量。

模组层级测试结果用于优化防火设计，确保模组内发生热失控时能有效隔离故障单元，防止火灾蔓延至整个系统。

根据BESS单元的不同安装情况，进行测试配置，采用模块中热失控方法，热失控一个或多个电芯。

关键参数包括：

• 模组层级相同参数；

• 触发机柜周围温度；

• 爆燃和爆炸；

• 触发机柜热辐射通量。

主要测试热释放速率、气体的产生和成分、爆燃和飞溅的危害、目标储能系统和墙体表面温度、目标墙体和储能系统以及出口装置的热通量、复燃。

Test Method 1-“Effectiveness of sprinklers”用于评估根据法规要求安装的喷淋灭火和防爆方法的有效性

Test Method 2-“Effectiveness of fireprotection plan”:用于评估其他灭火系统和爆方法的有效性(例如气体灭火剂、水雾系统组合系统)。

关键参数包括：

• 消防评估；

• 火焰增长控制；

• 防爆设计；

• 爆燃保护。

安装层级测试至关重要，它模拟了储能系统在实际安装和操作环境下的火灾风险，是设计验证防护措施是否足够有效的重要环节。

NFPA 68（爆炸泄压标准）和NFPA 69（爆炸预防标准）的验算，主要是为了确保储能系统（ESS）在可能的爆炸性气体或燃烧环境中，能够采取适当的泄压或预防措施，保障安全。这些标准通常应用于含有可燃气体、粉尘或蒸气的环境，以防止压力积累导致的爆炸。

对于储能系统来说，UL 9540A 的测试数据能够为 NFPA 68 和 NFPA 69 的验算提供重要依据。对于储能系统，NFPA 68 和 NFPA 69 的验算步骤包括以下内容：

NFPA 68 涉及的是爆炸事件中如何通过泄压防止压力积聚，从而避免装置或建筑物的破坏。以下是验算的关键步骤：

1.爆炸压力上限计算（Pred）：根据 UL 9540A 测试中记录的电池热失控情况下的气体释放量、可燃气体类型和压力数据，计算系统内的最大爆炸压力（Pred）。这一值是系统可能承受的最大压力，需要确保其在设备设计的安全范围内。

2.爆炸压力释放面积计算：根据 NFPA 68 的标准，确定需要设计多大的泄压面积。验算步骤会基于以下公式进行：

3.泄压装置位置与数量确定：根据模拟数据和泄压面积的计算结果，选择适当的泄压装置数量及其安装位置。位置选择上需要考虑到可能的压力波传播方向，确保压力释放能够有效避免对周围设施和人员的伤害。

4.爆炸区域划定：基于计算结果划定设备周围的爆炸危险区域，确保设备周围的布局设计和操作人员的安全防护符合 NFPA 68 的标准。

NFPA 69 侧重于防止爆炸发生，特别是在可能有可燃气体、蒸气或粉尘积聚的环境中，采取各种防爆措施以减少爆炸的风险。验算步骤包括以下几项关键内容：

1.可燃气体浓度分析：根据 UL 9540A 的测试结果，分析电池热失控过程中产生的可燃气体种类和浓度。这一步验算的关键在于判断系统内的气体浓度是否达到了爆炸下限（LEL，Lower Explosive Limit），即气体能够形成爆炸混合物的最小浓度。

2.抑爆系统设计：若测试或模拟结果表明气体浓度可能超过 LEL，则需要设计抑爆系统，如惰性气体注入系统或快速抑爆系统。这些系统的设计需要计算在检测到危险时，注入惰性气体或触发抑爆装置的速度、流量和分布方式，以确保在爆炸发生之前有效抑制气体的燃烧。

抑爆系统依赖于快速探测、即时抑制和有效隔离，它通过在爆燃初期阶段迅速干预，防止爆炸达到毁灭性程度。其核心原理是通过快速释放抑制剂，冷却或化学抑制燃烧反应，控制火焰和压力，避免灾难性后果。

3.防爆设备选择：根据 NFPA 69 的标准，选择适当的防爆设备，如防爆阀、火焰抑制器等，确保系统中可能的气体燃烧不会引发更大范围的爆炸。设备选型时，需要基于 UL 9540A 提供的气体释放量和温度数据，确定防爆设备的规格及响应能力。

4.通风与泄压设计：系统应设计足够的通风设备，以确保在出现气体泄漏时能够迅速稀释气体浓度，避免气体积聚超过爆炸下限。同时，结合 NFPA 68 验算中的泄压设计，确保系统内部压力不至于积聚。

5.其余保护措施：NFPA 69 强调多重防护策略的设计。除了抑爆和泄压措施外，还应考虑其他防爆措施，如电气设备的防爆设计，避免静电火花、热表面或电气设备成为点火源。