UL 9540A Certificação de Teste de Incêndio em Grande Escala: O Sistema de Armazenamento de Energia de Fosfato de Ferro e Lítio de Três Níveis da ACE Fortalece a Segurança contra Incêndios em Data Centers

Centros de dados hospedam infraestrutura de computação crítica e grandes quantidades de dados críticos para os negócios. Um evento de aquecimento excessivo em um sistema de armazenamento de energia de bateria de íon-lítio (BESS) pode desencadear uma sequência de falhas em cadeia, variando de paradas de equipamentos e perda de dados até perdas financeiras significativas e, no pior dos casos, um incêndio em larga escala com consequências graves de segurança.

Com a introdução da sexta edição da UL 9540A, os testes de incêndio em larga escala no nível de instalação (LSFT) tornaram-se uma exigência de conformidade importante para aplicações de armazenamento de energia internas. A performance de incêndio em nível de célula por si só não é suficiente para demonstrar segurança em nível de sistema. Proteção eficaz deve impedir a propagação do incêndio entre módulos, prateleiras e equipamentos adjacentes dentro do centro de dados.

O arquitetura de armazenamento de energia de fosfato de ferro lítio (LFP) desenvolvida internamente pela ACE estabelece uma barreira multicamada de segurança contra incêndios que abrange os níveis de célula, módulo e gaveta. O sistema concluiu com sucesso o teste preliminar de grande escala de incêndio no nível de instalação UL 9540A, demonstrando uma abordagem abrangente para contenção de eventos de aquecimento excessivo e controle da propagação de incêndios para implantações em centros de dados de alta densidade.

I. Segurança a Nível de Célula: Química de Fosfato de Ferro e Lítio Inerentemente Estável

As células LFP fornecem uma base eletroquímica estável para gerenciamento térmico e mitigação de risco de incêndio. Em comparação com as químicas de íon de lítio ternário, a estrutura cristalina olivina da LFP apresenta maior estabilidade térmica e limita a liberação de oxigênio reativo durante a falha térmica, reduzindo as condições que podem contribuir para combustão rápida.

o design de segurança em nível de célula da ACE incorpora as seguintes características:

• Formulação de célula com baixa liberação de calor: A formulação é projetada para reduzir a liberação total de calor durante um evento de degradação térmica em nível de célula, ajudando a manter o calor gerado por uma falha local dentro de um intervalo controlável.
• Classificação e triagem de células de alta consistência: Um processo rigoroso de triagem identifica e remove células com resistência interna ou características de tensão anormais, reduzindo a probabilidade de defeitos latentes que causam curto-circuito interno.
• Separador de composto cerâmico e eletrólito resistente a altas temperaturas: Essas duas medidas de proteção aumentam a estabilidade térmica e adiam o início e o agravamento da runaway térmica. Durante o teste de incêndio UL 9540A, a célula acionada sofreu runaway térmica e se incendiou gradualmente, sem deflagração instantânea ou ejeção de detritos fundidos a alta temperatura, reduzindo assim os fatores iniciais térmicos e mecânicos para propagação do incêndio.

II. Isolamento no Nível do Módulo: Proteção em Quatro Camadas para Conter um Incêndio Localizado

O módulo representa uma barreira intermediária crítica contra propagação de calor e fogo. O ACE integra isolamento térmico, compartimentação e liberação controlada de pressão para criar uma envoltória resistente ao fogo independente para cada módulo.

• Arranjo de células serpentina e gradiente de resistência térmica: Canais de isolamento térmico são incorporados entre as células, enquanto materiais com resistência térmica graduada reduzem progressivamente a transferência de calor lateral e ajudam a impedir que células adjacentes atinjam condições de ignição.
• Isolamento composto resistente a altas temperaturas: O módulo é encapsulado com materiais de isolamento térmico resistentes ao fogo projetados para suportar temperaturas extremas e limitar a transferência de calor radiante entre módulos adjacentes.
• Descarga direcional de gás e controle de pressão com limitação de oxigênio: Os gases inflamáveis gerados durante a fuga térmica são direcionados para fora por caminhos de descarga dedicados. Um ambiente de micro-pressão positiva controlado dentro do módulo também ajuda a limitar a entrada de oxigênio externo e suprimir a combustão contínua.
• Compartimentos selados independentes: Cada módulo é isolado fisicamente, de forma que o calor gerado pela combustão em um módulo fica contido em seu compartimento e não é transferido facilmente para os módulos adjacentes.

Os resultados dos testes de incêndio em larga escala demonstraram que, após o módulo de acionamento ser inflamado, a combustão permaneceu localizada e progrediu gradualmente. Módulos adjacentes no mesmo armário não apresentaram fogo ou subsequência térmica observada, enquanto a tensão e a temperatura das células permaneceram dentro dos limites normais de operação. Esses resultados apoiam o objetivo do sistema de prevenir a propagação da subsequência térmica entre os módulos.

III. Proteção contra Incêndio Nível de Armário: Contendo a Propagação entre Armários Adjacentes

Em centros de dados de alta densidade, armários próximos criam um caminho potencial para que o calor e a fumaça se espalhem de um armário de armazenamento de energia para outro. A arquitetura de proteção térmica por armário da ACE oferece uma camada adicional de contenção.

• Camadas intermédias resistentes ao fogo e isolantes térmicos: Isolamento resistente ao fogo de alta resistência é incorporado na estrutura do armário, com barreiras independentes contra incêndio entre os armários para limitar a radiação de alta temperatura e a migração de fumaça.
• Caminhos integrados de alívio de pressão e exaustão: Canais dedicados direcionam os gases de combustão de alta temperatura para longe dos armários adjacentes e das áreas de circulação principais do centro de dados.
• Armário de chapa metálica resistente ao fogo de alta resistência: A estrutura do armário é projetada para manter sua integridade sob condições térmicas severas, reduzindo a probabilidade de deformação, rachadura ou escape de chamas para áreas comuns de equipamentos.

Durante o teste de incêndio em larga escala no nível de prateleira UL 9540A, um módulo na prateleira de gatilho foi submetido intencionalmente a uma fuga térmica e queimou. As prateleiras alvo adjacentes não apresentaram chamas visíveis ou fuga térmica observadas, e os módulos de bateria dentro dessas prateleiras permaneceram sem danos. Os resultados demonstram contenção eficaz da propagação do incêndio sob a configuração testada.

IV. UL 9540A Verificação de Teste de Incêndio em Grande Escala: Prova Compreensiva da Segurança do Sistema

O teste foi realizado de acordo com o método de teste de incêndio em larga escala de nível de instalação da UL 9540A, sexta edição, utilizando uma configuração destinada a representar uma aplicação de centro de dados, incluindo alimentação completa do sistema e múltiplos armários instalados lado a lado. Os sistemas ativos de supressão de incêndio foram desativados durante o teste para aumentar a gravidade da cena de fuga térmica.

Observações de teste importantes incluíram:

• A célula de bateria acionada sofreu uma reação térmica e começou a queimar gradualmente, sem explosão ou ejeção de detritos de alta temperatura observados. 
• Módulos adjacentes dentro do mesmo armário não apresentaram fogo ou subsequência térmica observada, e seus parâmetros de operação das células permaneceram dentro dos limites normais.
• Armários de alvo adjacentes não mostraram penetração de alta temperatura observada no invólucro do armário, e não foi observado fogo ou propagação térmica dentro de seus módulos de bateria.
• Após a combustão, nenhuma reinicialização foi observada. O armário de acionamento está estruturalmente inteiro e os armários adjacentes podem ser diretamente reutilizados.

Onde muitas soluções da indústria se concentram apenas em testes em um ou dois níveis do sistema de bateria, a abordagem da ACE estende os testes em larga escala de incêndio UL 9540A nos níveis de célula, módulo e gaveta/estante. Esta validação multilayer pode apoiar a revisão de segurança contra incêndios e documentação de conformidade para projetos de armazenamento de energia de centros de dados na América do Norte e na China, ao mesmo tempo em que ajuda a simplificar as avaliações de proteção contra incêndios e reduzir a necessidade de modificações subsequentes no sistema.

V. Valor de Aplicação em Cenários de Centro de Dados

• Implantação de alta densidade: A arquitetura integrada de contenção de incêndios do sistema pode reduzir a dependência de grandes zonas adicionais de separação contra incêndios, ajudando a preservar o espaço do piso da sala de servidores e a suportar maior densidade de armazenamento de energia.
• Potencialmente menor complexidade de proteção contra incêndio: Estruturas de isolamento térmico passivo e resistentes a chamas podem complementar as medidas ativas de proteção contra incêndio no nível do local e podem reduzir a necessidade de equipamentos adicionais dedicados, sujeito aos códigos, normas e requisitos da autoridade aplicáveis.
• Risco de operação e manutenção controlados: Ao limitar falhas e eventos de incêndio a módulos ou armários localizados, a arquitetura é projetada para facilitar a resposta a incidentes específicos e minimizar a interrupção desnecessária no centro de dados em geral.
• Compliance internacional: Um relatório de teste de incêndio em larga escala UL 9540A concluído pode fornecer documentação técnica importante para implantações de centros de dados no exterior e projetos de infraestrutura transfronteiriços, sujeitos à aprovação regulatória local.
• Vida útil longa da tecnologia LFP: a química LFP combina estabilidade térmica forte com vida útil longa de ciclo, tornando-a adequada para aplicações que exigem tanto energia de backup 24/7 quanto armazenamento de energia para supressão de picos e preenchimento de vales.

Conclusão

Segurança de armazenamento de energia não é um desafio de proteção de ponto único; é uma disciplina de engenharia de sistema que se estende da célula de bateria ao ambiente completo do centro de dados. A arquitetura de armazenamento de energia LFP de três níveis da ACE combina controle térmico no nível da célula, isolamento de módulo independente e contenção de incêndio no nível do rack para abordar o risco de incêndio em cadeia causado por fuga térmica.

Apoiado pelos resultados do teste de incêndio em larga escala UL 9540A, este arquitetura de segurança multicamadas foi projetada para ajudar centros de dados a atingir um equilíbrio prático entre densidade de implantação, preparação para conformidade, resiliência operacional e segurança contra incêndios. Para infraestrutura de computação crítica e dados críticos para o negócio, o ACE oferece uma abordagem de segurança de armazenamento de energia baseada na contenção, propagação controlada e verificação de nível de sistema.