Apakah Langkah-Langkah Perlindungan Keselamatan BESS?

Apakah Langkah-Langkah Perlindungan Keselamatan BESS?

Sistem Penyimpanan Tenaga Bateri (BESS) memampatkan megawatt-jam tenaga ke dalam ruang yang terhad. Apabila beroperasi dalam parameter rekabentuk, sistem ini mengecas dan melepaskan tenaga dengan boleh dipercayai selama bertahun-tahun. Apabila satu sel sahaja daripada ratusan sel dalam rak memasuki keadaan larian haba, kesan rantaian boleh memusnahkan keseluruhan kontena dalam masa beberapa minit. Arkitektur keselamatan BESS yang direkabentuk dengan betul mengatasi risiko ini melalui empat lapisan perlindungan yang bebas.

Lapisan Pertama: Perlindungan pada Tahap Sel melalui Sistem Pengurusan Bateri

Setiap sel litium-ion dalam sistem penyimpanan tenaga bateri (BESS) mempunyai sempadan operasi selamat yang ditakrifkan oleh voltan, suhu dan arus. Sistem Pengurusan Bateri (BMS) memantau setiap sel pada selang masa kurang daripada satu saat. Apabila voltan sel melebihi 4.25V semasa pengecasan—iaitu had di atas mana risiko pelapisan litium dan litar pintas dalaman meningkat dengan pesat—BMS mengarahkan sistem penukaran kuasa untuk mengurangkan atau menghentikan arus pengecasan kepada rentetan tersebut. Apabila suhu sel melebihi 60°C semasa pelepasan tenaga, BMS mengurangkan kuasa rentetan tersebut atau memutuskannya sepenuhnya.

BMS memantau keadaan kesihatan dengan membandingkan kapasiti sebenar dengan kapasiti nama papan. Sel yang telah merosot kepada 70% daripada kapasiti asal menghasilkan lebih banyak haba setiap kitaran cas-tidak cas berbanding sel yang sihat kerana rintangan dalaman telah meningkat. BMS menanda calon penggantian sebelum ia menjadi risiko haba. Sistem moden daripada integrator berpengalaman menggunakan pengesan voltan dan suhu berlebihan—dua pengesan bebas bagi setiap modul sel—sehingga kegagalan satu pengesan tidak akan mencipta titik buta.

Lapisan Dua: Pengurusan dan Pengandungan Termal

Haba merupakan kedua-duanya gejala dan punca kegagalan. Sebuah bekas BESS yang beroperasi dalam persekitaran ambien 40°C tanpa penyejukan aktif akan mengalami peningkatan suhu rak dalaman sebanyak 8–12°C di atas suhu ambien akibat kitaran cas-tidak sahaja. Pengoperasian berterusan di atas 35°C mempercepatkan penguraian sel secara eksponen—kira-kira mendarab dua kadar penguraian bagi setiap peningkatan 10°C di atas suhu nominal. Sistem penyejukan cecair, yang mengalirkan penyejuk melalui plat sejuk yang bersentuhan langsung dengan setiap modul, mengekalkan variasi suhu antara sel dalam julat ±2°C di seluruh rak. Sistem penyejukan udara dengan konveksi paksa sesuai untuk pemasangan berketumpatan rendah tetapi membenarkan cerun suhu yang lebih luas.

Kandungan fizikal dalam rak menghalang kegagalan satu sel daripada merebak. Plat pembahagi keluli di antara modul menyerap dan menyebarkan haba setempat. Halangan tahan api dengan kadar minimum 60 minit mengikut IEC 62485-5 memisahkan rak bateri daripada elektronik kuasa, transformer, dan peralatan suis dalam bekas.

Lapisan Tiga: Pengesanan dan Penekanan Api

Hilang kawalan suhu melepaskan tanda aerosol ciri—wap elektrolit, karbon monoksida, dan hidrogen—yang dapat dikesan oleh sensor gas buangan khusus 3–5 minit sebelum satu sel melepaskan gas atau nyalaan muncul. Pengesanan awal mencetuskan tiga tindakan serentak: pemutusan elektrik pada rentetan yang terjejas, pengaktifan sistem pengudaraan bekas untuk menghilangkan gas mudah terbakar, dan permulaan sistem penekanan.

Agen penekan api berbasis aerosol membanjiri bahagian dalam bekas dengan zarah berasaskan kalium yang mengganggu tindak balas pembakaran pada tahap molekul tanpa meninggalkan sisa yang merosakkan peralatan elektronik. Berbeza daripada sistem penyiram berbasis air, sistem aerosol berkesan terhadap kebakaran Kelas B (elektrolit cecair) dan tidak mencipta laluan litar pintas melalui air yang terkumpul. NFPA 855 mensyaratkan bahawa pemasangan BESS melebihi 50 kWh mesti dilindungi oleh sistem penekan api automatik yang sesuai dengan kimia bateri.

Lapisan Empat: Pemencilan Elektrik dan Penyahsambungan Grid

Apabila pengawal BESS mengesan keadaan kegagalan—terma, elektrik, atau struktur—tindakan perlindungan pertama adalah sentiasa pemencilan elektrik. Penghubung sisi DC dibuka di antara rak bateri dan sistem penukaran kuasa. Pemutus AC pada titik penyambungan sepunya dengan grid juga dibuka secara serentak, memutuskan keseluruhan BESS daripada sumber tenaga (pengecasan grid) dan beban. Pemencilan galvanik ini menghalang arus kegagalan daripada merebak dan memastikan bahawa petugas pertolongan awal yang menghampiri kontena hanya berhadapan dengan tenaga tersimpan yang semakin berkurangan, bukan kegagalan elektrik yang masih aktif.

Kes: Pemasangan BESS Industri Tahan Terhadap Lonjakan Grid

Suatu kemudahan pembuatan di Asia Tenggara memasang sistem penyimpanan bateri (BESS) berkapasiti 2 MWh untuk pengurangan beban puncak dan bekalan kuasa cadangan, yang diperoleh daripada pembekal peralatan elektrik terkamput di Liaoning, China. Semasa kejadian penutupan semula grid secara tidak dirancang yang menghasilkan lompatan voltan sebanyak 2.7× voltan nominal, sistem pengurusan bateri (BMS) mengesan lebihan voltan dalam masa 4 milisaat dan memutuskan kontaktor DC sebelum surja mencapai sel bateri. Talian pengeluaran kemudahan tersebut terus beroperasi menggunakan kuasa dari BESS selama 22 minit sementara grid menstabilkan diri. Pemeriksaan selepas kejadian menunjukkan tiada kerosakan pada sel, yang disahkan oleh log kesihatan sistem (state-of-health) BMS.

Soalan Lazim

Apakah julat suhu yang selamat untuk operasi BESS?

Sel litium ferum fosfat (LFP) beroperasi dengan selamat antara -20°C hingga 60°C untuk pelepasan tenaga, dan antara 0°C hingga 45°C untuk pengecasan. Pengoperasian di luar julat ini mempercepatkan proses pemerosotan. Pengurusan haba aktif mengekalkan suhu sel dalam jalur optimum 15–35°C bagi memaksimumkan jangka hayat kitaran.

Bagaimanakah BMS mengesan kegagalan sel yang bakal berlaku?

BMS memantau penurunan voltan di bawah beban, tren rintangan dalaman, dan penyimpangan voltan antara sel. Satu sel yang rintangan dalaman meningkat lebih daripada 30% daripada nilai asal, atau voltannya menyimpang lebih daripada 100 mV daripada purata voltan rentetan, akan mencetuskan amaran.

Adakah sistem penekanan api aerosol selamat untuk BESS?

Ya. Sistem aerosol yang menggunakan agen berbasis kalium telah disahkan secara khusus untuk kebakaran bateri litium-ion mengikut keperluan ujian UL 9540A. Sistem ini tidak meninggalkan sisa konduktif dan tidak menimbulkan bahaya elektrik yang diperkenalkan oleh sistem berbasis air.

Apakah jarak pemisahan minimum antara bekas BESS?

NFPA 855 menghendaki jarak minimum 3 kaki (0.9 meter) antara bekas BESS atau antara bekas BESS dan struktur berpenghuni. Pemasangan yang lebih besar melebihi 250 kWh mungkin memerlukan jarak pemisahan yang lebih besar mengikut pindaan kod kebakaran tempatan.

Berapa kerap sistem keselamatan BESS perlu diuji?

Kalibrasi voltan dan suhu BMS perlu disahkan setiap tahun. Fungsi sistem penekan api perlu diuji dua kali setahun mengikut protokol pengeluar. Pengujian kapasiti pelepasan penuh pada tahap rak disyorkan setiap 2 tahun.

Bolehkah BESS dipasang dengan selamat di dalam bangunan yang diduduki?

Ya, dengan kandungan dan pengudaraan yang sesuai mengikut IFC 1206 dan NFPA 855. Kimia LFP lebih digemari untuk pemasangan di dalam bangunan kerana suhu permulaan runaway terma yang lebih tinggi berbanding NMC. Pembekal seperti Sinotech Group menyediakan konfigurasi BESS yang direkabentuk khusus untuk pemasangan di dalam bangunan.