LFP aku keemia sisemine ohutus kaubanduslike rakenduste jaoks

Oliviinkristallstruktuur: kuidas see takistab hapnikuvabanemist ja soojuslikku lähtumist

LFP-akude erakordse ohutuse südametunnus on nende oliviinkristallstruktuur, mille keemiline valem on LiFePO4. Mida teeb selle struktuuri eriliseks? Sellele vastab rauafosfaatvõre, mis hoiab hapnikuatomeid väga tugevalt kinni. Nii tugevalt, et isegi siis, kui temperatuur tõuseb üle 500 °C, ei ole hapniku eraldumist peaaegu näha. Võrrelge seda niitkujuliste oksiidkatega katoodidega nikli põhjustatud akudes, nagu NMC või NCA, ja asi muutub huvitavaks. Need teised struktuurid lagunevad tihti ülelaadimise, füüsilise kahjutuse või liialt kõrgeste temperatuuride mõjul. Siin on ohutuse jaoks kõige tähtsam: hapniku eraldumine soodustab soojuslikku lähtumist – ohtlikku ketireaktsiooni, mis võib põhjustada tulekahju. Kuna LFP ei lase oma hapnikust lihtsalt lahti, katkestab see ühe peamise tee, kuidas tulekahju saab alguse. Seetõttu töötavad need akud väga hästi kohtades, kus ohutus on absoluutselt kriitiline – mõelge tihedalt asustatud linnaehitustele, pidevalt töötavatele suurtele andmekeskustele või tehastele, kus tuleoht oleks täiesti lubamatu nii inimeste kui ka kallite seadmete jaoks.

Soojusstabiilsuse võrdlus: LFP vs. NMC/NCA — Käivitussoojus ja eksotermne soojuse teke

LFP keemia soojusstabiilsus on selgelt parem kui nii NMC kui ka NCA variantidel, mida standardsete koormustestide tulemused korduvalt kinnitavad. Enamik NMC- ja NCA-akupanke hakkavad soojuslikku lähtumist (thermal runaway) näitama umbes 150–200 °C temperatuurialas, kuid LFP-materjalid säilitavad stabiilsuse palju pikemalt ja vastavad kuni umbes 270–300 °C-ni. See tähendab, et nende keemiatega on turvavahemaa erinevus ligikaudu 100 °C. Ja siin on veel üks oluline punkt: isegi kui LFP-pangas tekib probleem, ei eraldu selle rikkekorral peaaegu nii palju energiat kui muude akutüüpide puhul, mistõttu on rikkeid reaalsetes rakendustes üldiselt vähem katastrooflikud.

See kombinatsioon – hilinenud algus ja väiksem soojuseeraldumine (umbes poole võrra väiksem kui niklipõhiste keemiliste koostiste puhul) – annab kaitse süsteemidele rohkem aega reageerimiseks ja vähendab oluliselt tule leviku tõenäosust kaubanduslikus akupaatrites.

Süsteemitasemel ohutusinseneritöö kaubanduslikes LFP-akupaatrites

LFP intriinseline stabiilsus on alus, kuid reaalmaailmas toimuvad kaubanduslikud rakendused nõuavad tugevat süsteemitasemel inseneritööd järelejäänud riskide haldamiseks – sealhulgas elektrikahjustuste, ümbritseva keskkonna temperatuuri äärmuste ja mehaanilise pingutuse korral. Tipp-tootjad integreerivad valideeritud soojusjuhtimissüsteemid, struktuurilise mahutamise ja regulaatoritega kokku sobiva korpuse disaini, et ületada algtaseme ohutusnõuded.

UL 9540A-ga valideeritud soojusjuhtimine: passiivne disain, aktiivne jahutamine ja raku tasemel kustutamine

UL 9540A-ga valideeritud soojusjuhtimine kasutab kolme tä дополняvat kihti:

• Passiivne disain , kasutades faasimuutusmaterjale transientsete soojusnäppude imendumiseks ilma võimsustarbimiseta;
• Aktiivne jälgmine , vedelik- või sundõhuga süsteemide kaudu, säilitades optimaalsed rakukujutused temperatuurivahemikus 15–35 °C erinevate koormustingimuste ja ümbritseva keskkonna tingimuste korral;
• Rakutaseme kustutamine , mis kiiresti surub alla kohalikud soojusüritused enne nende leviku algust.
  Kokku on neid strateegiaid kontrollitud äärmuslikel koormustingimustel – sealhulgas naelaga läbipõkemisel ja välistes soojendustingimustes – nii, et rike piirati üksikute rakkudega, takistades termilise katkemise ketireaktsiooni moodulite vahel.

NFPA 855 – vastavad hoonekavandid: ventilatsioon, isoleerimine ja tulemahutus tööstus- ja kaubanduslikuks akutöötlussüsteemideks (C&I BESS)

Tööstus- ja kaubanduslikud akutöötlussüsteemid (C&I BESS) peavad vastama standardile NFPA 855, mis nõuab tehniliselt projekteeritud hoonekavandeid, mille eesmärk on vähendada esinemisriski. Põhilised omadused hõlmavad:

• Plahvatusventileeritud paneelid, mis juhivad ohutult gaasijuhtmeid inimeste ja kõrvutiasuvate seadmete eest;
• Tulekindel kompartimenteerimine — akupakkud eraldatud iga 20 kWh kohta tule leviku piiramiseks;
• Keraamilised soojusbarjäärid, mis viivitavad soojusjuhtivust ümbritsevatesse konstruktsioonidesse üle kahe tunni.
  Üle 12 000 vastavusega paigalduse väljatöötatud väljatöötamisandmed näitavad tulega seotud juhtumite vähenemist 98% võrreldes mittevastavate konfiguratsioonidega, kinnitades ehitusnormidele vastavate füüsiliste turvameetmete väärtust.

Operatsioonilised turvalisusprotokollid, mis on spetsiifilised kaubandusliku kasutusega LFP-akude salvestussüsteemidele

Mitmekihiline kaitse: BMS-i juhitav ülekorrent, isoleerimisjälgimine ja mehaaniline vastupidavus

Kaubandusliku kasutusega LFP-akude salvestussüsteemid toetuvad kolme omavahel seotud operatsioonilise turvameetme triaadile — igaüks neist on eraldi valideeritud ja kõik koordineeritakse ühiselt täiustatud akuhaldussüsteemi (BMS) kaudu:

• Ülekorrenti ja pinge jälgimine : reaalajas anomaliatuvastus käivitab kohe ahela isoleerimise, takistades lühikestest ühendustest põhjustatud soojusülekoormust;
• Isolatsioonipuude jälgimine tuvastab maandusvigu juba 0,5 mA tasemel – oluline niiskete, tolmu- ja soolase keskkonna tingimustes, kus lekkeläbirääkimised on levinud;
• Mehaaniline vastupidavus vibratsioonitõrjuvad kinnitused, survekindlad korpused ja seismilised tugevdamised säilitavad konstruktsiooni terviklikkuse transportimise, paigaldamise ja pikaajalise kasutamise ajal.
  Need protokollid vastavad UL 1973 nõuetele staatilise energiamahtude salvestamiseks ja saavutavad koos väljatöötatud kaubanduslike rakenduste puhul 99,99 % välikaudset vigade ennetamise määra – tagades nii ohutuse kui ka töö jätkuvuse.

LFP akupõhiste salvestussüsteemide väljatöötatud ohutuslik toimivus reaalsetes kaubanduslikes rakendustes

LFP-akude salvestussüsteemide usaldusväärsus ja turvalisuse rekord muutub järjest tugevamaks kõigis erinevates kaubanduslikutes keskkondades – olgu tegu suurte võrgu alajaamadega või üksikute telekommunikatsioonimastidega, mis asuvad kõige kaugemal maailmas. Kui suured tormid põhjustavad elektrivõrkude väljalangemist – mõeldes näiteks orkaanidele või karmidele talvistele lumesajudele – jäid haiglad ja hädaabikeskused, millel oli LFP-reservvarustus, tööle üle 96 järjestikuse tunni ilma mingite probleemideta. Tulekahjusid ega ülekuumenemisprobleeme ei esinenud üldse. Enamik neist paigaldustest läbib regulaarselt ranged UL 9540A tuleohutusliku testi ja vastab kõigile NFPA 855 standardis sätestatud nõuetele. Laiemas perspektiivis on kogu tööstusharu registreerinud 2021. aastast alates vead vähem kui ühe korra 10 000 ühiku kohta. Samasuguseid lugusid räägivad ka telekommunikatsioonifirmad. Nende võrgumastid üle kogu maailma (siin on tegu üle 15 000 asukohaga) ei ole andnud ühtegi soojuslähtumise juhtu. Sellele muljetavaldavale rekordile omistavad nad LFP-akude suurepäraseid omadusi: need taluvad äärmuslikke temperatuure, neid saab sügavalt laadida mitu korda ning nad toimivad ikka hästi ka siis, kui neid pikemat aega laadimisel hoiab. Kõik need reaalsetes olukordades kogutud kogemused näitavad selgelt, et LFP pole lihtsalt teoorias turvalisem – see toimib tegelikult paremini ka nendes kaotatud, ettearvamatutes tingimustes, millega kaubanduslik energiasalvestus igapäevaselt silmitsi seisab.

KKK LFP-akude kohta

Miks peetakse LFP-akusid ohutumateks kui NMC- või NCA-akusid?

LFP-akudel on oliviinikristallstruktuur, mis hoiab hapnikuatomeid tugevalt kinni, vähendades seega hapniku vabanemise ja soojusliku läbipõlemise riski, mis on suured tuleohtude allikad teistes akutüüpides, näiteks NMC- või NCA-akudes.

Mis on LFP-akude soojusliku stabiilsuse eelis?

LFP-akud taluvad temperatuure kuni 270–300 °C, samas kui NMC/NCA-akud alustavad soojuslikku läbipõlemist juba 150–200 °C juures. See tagab olulise ohutusvaru.

Milline roll on akuhaldussüsteemil (BMS) LFP-akude ohutuses?

BMS pakub reaalajas järelvalvet üleliigse voolu ja pinge, isoleerimisvastupärasuse ning tagab mehaanilise vastupidavuse, lisades mitu kaitsekihti, mis täiendavad LFP-keemia sisemist stabiilsust.

Kuidas tagatakse vastavus standarditele, näiteks UL 9540A ja NFPA 855?

LFP-akusüsteemid on projekteeritud kinnitatud soojusjuhtimisega ja nõuetele vastavate korpustega, et täita neid rangeid tööstusstandardeid, mis vähendab kaubanduslikus kasutamises tulega seotud juhtumite arvu oluliselt.