UL9540A: 2025 Interpretação de métodos de teste e avaliação de propagação de fogo por fuga térmica para sistemas de armazenamento de energia!

Nos últimos anos, com o rápido desenvolvimento da indústria global de armazenamento de energia, a capacidade instalada de Sistemas de armazenamento de energia de baterias de íons de lítio (BESS) continua a crescer. No entanto, a segurança dos sistemas de armazenamento de energia sempre foi uma preocupação central, especialmente com a frequência crescente de incidentes de incêndio e explosão desencadeados por fuga térmica. Estes não só ameaçam a segurança pessoal, como também podem levar a perdas materiais significativas.

Nesse contexto, a norma UL9540A emergiu como o guia global oficial para testes de segurança de sistemas de armazenamento de energia. Cada atualização dessa norma atrai atenção significativa em todo o setor. Em 12 de março de 2025, a UL lançou oficialmente ANSI/CAN/UL9540A-2025 "Teste de propagação de fogo por descontrole térmico para sistemas de armazenamento de energia em baterias", que atualiza de forma abrangente os métodos de teste e avaliação para propagação de incêndios descontrolados por calor. O objetivo é fornecer ferramentas de validação mais científicas e rigorosas para o projeto seguro de sistemas de armazenamento de energia. Este artigo fornece uma análise aprofundada das principais inovações na norma atualizada, sob a perspectiva de detalhes técnicos, lógica de teste e impacto na indústria.

Por que os testes de propagação de fogo por descontrole térmico se tornaram essenciais?

1. A natureza e os perigos da fuga térmica

A fuga térmica refere-se a uma reação em cadeia exotérmica autossustentável em baterias de íons de lítio, desencadeada por curtos-circuitos internos, sobrecarga, danos mecânicos, etc. Ela é caracterizada por um rápido aumento de temperatura (acima de 800 °C), ejeção de gás (incluindo gases inflamáveis ​​e explosivos) e potenciais reações em cadeia em células adjacentes, resultando em incêndios em nível de sistema.

2. Limitações dos testes tradicionais

As normas anteriores focavam principalmente nos testes de segurança de células individuais ou pequenos módulos. No entanto, os sistemas de armazenamento de energia normalmente consistem em milhares ou até dezenas de milhares de células, com projetos estruturais e condições térmicas complexas, o que torna difícil prever as trajetórias de propagação do fogo. Os métodos tradicionais não refletem adequadamente os riscos reais de propagação do fogo.

3. Avanços na norma UL9540A:2025

A edição de 2025 apresenta, pela primeira vez, um “estrutura de avaliação da propagação de incêndios descontrolados térmicos em larga escala e a nível de sistema” enfatizando testes progressivos e em vários níveis, de célula → módulo → gabinete → sistema completo. Ele constrói modelos de risco usando dados quantificáveis ​​para auxiliar na otimização do projeto.

Atualizações essenciais nos métodos de teste UL9540A:2025

1. Níveis de teste refinados

A nova versão define quatro níveis de teste progressivos, cada um com objetivos claros:

• Nível 1 (Nível de Célula): Determine as condições de disparo do descontrole térmico (por exemplo, penetração do prego, limite de temperatura da placa de aquecimento), materiais ejetados e características de combustão.
• Nível 2 (Nível do Módulo): Avalie a velocidade de propagação, a distribuição de temperatura e o caminho de difusão do gás quando uma única célula entra em fuga térmica.
• Nível 3 (Nível da Unidade - Gabinete/Subsistema): Simule condições reais de dissipação de calor e projetos estruturais, analise a extensão da propagação das chamas, a concentração de fumaça e a toxicidade.
• Nível 4 (Nível de instalação - Sistema completo): Integrar sistemas de supressão de incêndio e ventilação para verificar a eficácia da mitigação no nível do sistema.

Requisito principal: Os testes devem usar o equivalente à produção BMS (Sistemas de gerenciamento de bateria) e projetos de gerenciamento térmico para garantir a autenticidade dos dados.

 

Interpretação do teste de propagação de fogo por fuga térmica

2. Dimensões expandidas de coleta de dados

A edição de 2025 acrescenta diversas métricas críticas:

• Parâmetros termodinâmicos: Taxa de aumento da temperatura da superfície celular, curvas de variação da pressão interna;
• Análise de gás: Monitoramento em tempo real de gases nocivos como hidrogênio, CO e fluoreto de hidrogênio (HF);
• Velocidade de propagação da chama:Quantificado usando câmeras de alta velocidade e imagens térmicas infravermelhas;
• Eficácia do supressor de incêndio: Avaliação de agentes como FK-5-1-12 e névoa de água na supressão da fuga térmica.

Insight: Os dados multidimensionais permitem a construção de um "mapa de propagação de fuga térmica" que pode orientar a otimização no espaçamento das células, materiais de isolamento e estratégias de combate a incêndios.

3. Cenários obrigatórios de falha multicelular

Para abordar os pontos problemáticos do setor, o novo padrão exige testes de dois cenários extremos:

• Posição da célula no pior caso: Escolha a célula com a pior dissipação de calor como ponto de gatilho;
• Falha multicelular simultânea: Simule o efeito de múltiplos eventos simultâneos de fuga térmica em falhas graves (por exemplo, mau funcionamento do BMS).

Estudo de caso: Um fabricante descobriu durante os testes que, quando uma célula de borda entrava em fuga térmica, a estrutura metálica do gabinete conduzia calor, acelerando o aquecimento dos módulos adjacentes, levando a uma atualização do projeto com revestimentos de barreira térmica.

Três grandes inovações no processo de avaliação

1. Projeto de Limite de Segurança Baseado em Risco

UL9540A:2025 introduz o conceito de "Tempo de Propagação de Fuga Térmica (TRPT)", exigindo que os projetos de sistemas devem satisfazer:
TRPT ≥ T (T = tempo de resposta ao incêndio + tempo de evacuação de pessoal).

O tempo de resposta ao incêndio deve ser adaptado a aplicações específicas (por exemplo, residenciais vs. sistemas conectados à rede). Para sistemas conectados à rede, TRPT ≥ 30 minutos normalmente é necessário para garantir que os sistemas de incêndio possam ser ativados a tempo.

2. Simulação acoplada e validação no mundo real

A norma incentiva o uso de tecnologia de gêmeos digitais, onde simulações de CFD (Dinâmica de Fluidos Computacional) são usadas para prever trajetórias de propagação antes dos testes físicos, e dados de teste reais são usados ​​para calibrar o modelo. Essa abordagem reduz significativamente os custos de teste, especialmente para sistemas de grande escala.

3. Relatórios de Avaliação Dinâmica Obrigatória

A versão 2025 exige que os relatórios de teste incluam:

• Análise de sensibilidade das condições de disparo de fuga térmica;
• Diferenças de propagação em temperaturas ambientes variáveis ​​(20°C a 50°C);
• O impacto do envelhecimento (por exemplo, após 5.000 ciclos) na segurança.

Significado: Muda o foco de simplesmente "passar no teste" para "design de segurança vitalícia".

Visão geral dos principais impactos

1. Flexibilidade aprimorada: Métodos opcionais de FTIR e aquecimento de rampa fornecem flexibilidade de teste.
2. Aplicabilidade mais ampla: Adiciona cobertura de teste para baterias de chumbo-ácido, níquel-cádmio e de alta temperatura.
3. Segurança aprimorada: Critérios revisados ​​de propagação de chamas e novas análises de deflagração reduzem os riscos de propagação de incêndios.
4. Teste simplificado: Os testes residenciais agora permitem configurações de paredes de teste, reduzindo potencialmente a complexidade dos testes.

Esta versão enfatiza clareza, segurança e inclusão técnica, alinhando-se com o desenvolvimento da tecnologia de baterias e as necessidades regulatórias em evolução.

Impacto na indústria e respostas recomendadas

1. Barreiras técnicas mais elevadas impulsionam a inovação

• Nível de célula:Eletrólitos de alta estabilidade (por exemplo, estado semissólido) e separadores resistentes a altas temperaturas tornam-se essenciais;
• Nível do sistema: Materiais de mudança de fase, isolamento de aerogel e projetos de ventilação direcional ganham popularidade;
• Sistemas de proteção contra incêndio: A supressão em vários níveis (por exemplo, inibidores no nível da célula + névoa de água no nível do gabinete) se torna comum.

2. Testando desafios de custo e tempo

Testes completos de quatro níveis podem levar mais de seis meses e custar mais de um milhão de dólares. Recomendações:

• Colaborar desde o início com os organismos de certificação para desenvolver planos de pré-teste;
• Use designs modulares para minimizar testes repetidos;
• Junte-se a alianças do setor para compartilhar alguns dados de teste.

3. Um “Passaporte” para o Acesso ao Mercado Global

A UL 9540A não é apenas uma norma obrigatória nos EUA e Canadá, mas também amplamente adotada internacionalmente — referenciada em regulamentações de instalação para sistemas de armazenamento de energia em Singapura, Malásia e Victoria, Austrália. A versão de 2025 se alinha ainda mais com a norma chinesa GB/T36276, auxiliando empresas chinesas a expandirem suas operações no exterior.

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Conclusão

A UL 9540A avalia a segurança do sistema em caso de propagação de incêndio por descontrole térmico e é o único padrão de consenso referenciado para testes de incêndio em larga escala em NFPA 855.

O lançamento de UL9540A:2025 marca uma mudança de resposta reativa para prevenção proativa em segurança de armazenamento de energia. Para os fabricantes, isso não representa apenas um desafio de conformidade, mas também uma oportunidade de ganhar vantagem de mercado por meio de um design de segurança diferenciado. Olhando para o futuro, com a integração de IA e tecnologias avançadas de detecção, os testes de fuga térmica podem gerar alertas antecipados de alta precisão em tempo real — e a base para esse futuro reside no profundo entendimento e implementação dos padrões atuais.