Bu çalışma, litium ion batareyalı enerji saxlama sistemi (Battery Energy Storage System, BESS) muhafazalarında termal qaçış sırasında açığa çıkan yanıcı qazların oluşturduğu partlayış təhlükəsinin nasıl diaqnozmlanması və kontrol edilmesi gerəlavətiğini inceleməlavətedir. Araşdırmaçılar UL 9540A test vərilərini, NFPA 68’e dayalı deflagrasiya tahliyesi panellərini, NFPA 69’a dayalı mexaniki vəntilyasiyayı, el hesaplarını, hesablama maye dinamikası modellerini və yayımlanmış hadisə analizlərini birlikdə dəyərlendirmiştir. Nəticələr, partlayış güvənliğinin yalnızca ümumi gaz miktarına görə tasarlanamayactorını; gazın çıxış sürəti, buraxılış müddəti, kimyəvi biləşimi, alışma yeri, muhafaza geometriyası, daxili maneələr, alt bölmələr və təhlükəsizlik sisteminin işə düşmə gecikməsinin nəticələrı böyük ölçüde değiştirebildiğini göstərir.

Nicel hadisə analizlərinde eyni batareya sistemi üçün sabit və qətitili gaz buraxılış kabulleri fərqli nəticələr üretmiştir. Örneğin 40 ft uzunluğundaki nümunə bir BESS muhafazasında sabit buraxılış senaryosu yanıcı qaz konsentrasiyasıni aştorı yanıcılıq həddinın yüzde 22,2’sinde tutarken qətitili və daha yüksək debili buraxılış senaryosu yüzde 25,3’e ulaşmıştır. Deflagrasiya tahliye hesaplarında ise aştorı laminer yanma hızlı gazlar üçün tətbiq oluna bilən görünen panel sahəları, daha hızlı yanan gaz karışımlarında mahfazanın kullanılabilir tavan sahəını aşmıştır.

Çalışma, herhangi bir vəntilyasiya sərfinin və ya tahliye paneli böyüklüğünün bütün BESS tasarımlarında güvənliği garanti ettiğini göstermeməlavətedir. UL 9540A raporlarında gaz buraxılış sərfi, buraxılış deliğinin böyüklüğü və çıxış sürəti gibi kritik vərilərin çoğu zaman bulunmaması; test təlavərarlarının sınırlı olması və CFD modelleri üçün BESS’e özgü doğrulama vərilərinin yetersizliği temel məhdudiyyətlərdır. Ayrıca çalışma bir preprinttir və rəyçi qiymətləndirməsindən keçməmiştir.

Araşdırmanın əsas sualı nedir?

Araşdırmanın əsas sualı, bir litium ion batareya hüceyrəsinde başlayan termal kaçtorın qapalı və sıx biçimde əlavəipmanla doldurulmuş bir BESS muhafazasında yanıcı qaz bulutu oluşturması hâlinde partlayış riskinin hangi vərilərle diaqnozmlanactorı və hangi aktif ya da pasif üsullerle sınırlandırılabiləceğidir.

BESS sistemleri yalnızca batareyalardan oluşmaz. Hücreler modullar üçünde, modullar rəflər üçünde, rəflər ise soyutma kanalları, eləlavətrik panoları, kabinler və diğer aparatlarla birlikdə bir muhafazaya yerleştirilir. Hava soyutmalı sistemlerde sıcak və soğuk koridorların oluşturulması, mayeli soyutmalı sistemlerde ise daha sıx yerleşim kullanılması iç hacmi bölmelere ayırabilir. Yangına və su girişinə qarşı alınan önlemler de bölmelendirmeyi artırabilir. Bu yapı, gazın serbestçe dtorılmasını engelleyerəlavə yerli olaraq yüksək konsentrasiyalerin oluşmasına neden olabilir.

Termal qaçış neden partlayış təhlükəsi oluşturur?

Termal qaçış; məlavəanik hasar, eləlavətriksel arıza, aşırı ısınma, üretim kusuru və ya başka bir hüceyrəden yayılan ısı nedeniyle hüceyrə üçündəlavəi əlavəzotermik tepkimelerin kendi kendini hızlandırmasıdır. Termal qaçış her zaman eyni sonuçla ilərlemez. Hücre gaz çıkarabilir, alov püskürtebilir, yana bilən, patlayabilir və ya bu olayların birkaçı art arda həqiqiləşebilir.

Çalışmanın partlayış analizi üçün kullandığı temel senaryo, başlanğıcta alov oluşmadan yanıcı batareya gazının dışarı çıkmasıdır. Gaz hemen alışmazsa qapalı hacimde birikebilir. Daha sonra bir kıvılcım, sıcak səth və ya başka bir alışma mənbəyi gaz-hava bulutunu ateşlediğinde alov cəbhəsi karışım üçünde hızla ilərleyerəlavə deflagrasiyaa yol açabilir.

Deflagrasiya, yanma cephesinin ses hızının altında ilərlediği lakin qapalı hacimde ciddi təzyiq artımı oluşturabildiği hızlı yanma olayıdır. Hasarın böyüklüğü yalnızca gaz miktarına btorlı değildir. Mahfazanın qapalı olması, batareya rəflərı və kanallar nedeniyle akış yolunun sıkışması, alovin engeller çevresinde türbülans kazanması və karışımın stokiyometrik nisbəta yaklaşması aşırı təzyiqi yükseltebilir.

Batareya gazı hangi komponentlərden oluşabilir?

Lityum iyon hüceyrələrin termal qaçış sırasında çıkardığı gaz, təlavə bir yakıttan oluşmaz. Karışımda hidrogen, karbon monoksid, çeşitli hidrokarbonlar, karbon dioksid və buharlaşmış karbonat esaslı eləlavətrolit komponentləri bulunabilir. Karbondioksit gibi yanıcı olmayan komponentlər de karışıma dâhil olduğundan ənənəvi təlavə yakıtlı gaz təcrübələrinin nəticələrı BESS koşullarına birbaşa aktarılamaz.

Gaz biləşimi batareya kimyasına və hüceyrə yapısına görə değişir. Nikel-manganez-kobalt (NMC), nikel-kobalt-alüminium (NCA) və litium dəmir fosfat (LFP) hüceyrələr eyni miktarda və ya eyni hızda gaz çıkarmayabilir. Çalışmada aktarılan tapıntılar, daha uçucu kimyalarda buraxılış müddətinin daha kısa olabiləceğini göstərir.

Alt yanıcılık sınırı və yüzdə 25 LFL ne anlama gelir?

Alt yanıcılık sınırı (Lower Flammability Limit, LFL), bir gaz-hava karışımının alov yayabiləcəlavə kadar yakıt içerdiği en aştorı hacimsel konsentrasiyadir. Derişim LFL’nin altındaysa karışım genel olaraq yanmak üçün fazla fakirdir. Bununla belə gaz çıkış noktasına yakın bölgələrde konsentrasiya, muhafazanın orta konsentrasiyainden çok daha yüksək olabilir.

NFPA 69’a dayalı mexaniki vəntilyasiya yaklaşımı, qlobal qaz konsentrasiyasıni LFL’nin yüzde 25’inin altında tutmayı hedefler. Örneğin bir batareya gazının LFL dəyəri yüzde 5,83 ise yüzdə 25 LFL təxminən yüzde 1,46 hacimsel qaz konsentrasiyasıne qarşılık gelir. Bu hədd, partlayışnın həqiqiləştiği qəti sınır değildir; təhlükəsizlik payı içeren bir kontrol meyarüdür.

UL 9540A testlerinin tasarımdaki rolü nedir?

UL 9540A, batareya sistemlerinde termal qaçış və yanğın yayılımının fərqli miqyaslerde dəyərlendirilmesini storlayan kademeli bir test yaklaşımıdır. Çalışma, partlayış nəzarəti tasarımında üç temel test səviyyəsinden elde edilən bilgiləri öne çıkarmaktadır.

Hücre səviyyəsi

Təlavə bir hüceyrə yüzde 100 doluluq vəziyyətinda termal kaçtora zorlanır. Başlatma üsuli əvvəl açıq ortamda belirlenir; daha sonra bir hüceyrə, hacimsel oksigen nisbəti yüzde 1’in altında olan bir təzyiq kabında test edilir. Bu səviyyəde hüceyrənin gaz çıkarma və termal qaçış temperaturları, üretilən gaz hacmi, gaz biləşimi, LFL, laminar yanma sürəti və maksimal partlayış təzyiqi gibi parametreler elde ediləbilir.

Modül səviyyəsi

Modül testinde termal kaçtorın komşu hüceyrələre yayılıp yayılmadığı və modul dışına ne kadar ısı çıktığı dəyərlendirilir. Muhafazakâr bir konumdaki hüceyrə və ya hüceyrələr termal kaçtora zorlanır. Isı buraxılış hızı və bazı gaz komponentlərinin üretimi raporlanabilir.

Ünite və kurulum səviyyəsi

Ünite testi, yanğının komşu rəfləra yayılmasını, güvənli ayırma mesafelerini, hedef rəf və duvar temperaturlarını, istilik axınını, dış alovlanmayi və uçan parçaları dəyərlendirir. Kurulum səviyyəsindəlavəi testler ise yerleştirilmiş təhlükəsizlik önlemlerinin işlevsel performansı hakkında bilgi vərebilir.

UL 9540A vəriləri neden təlavə başına yeterli değildir?

Çalışmaya görə UL 9540A raporları tehlikeyi diaqnozmlamak üçün dəyərli olmakla birlikdə partlayış nəzarəti hesabının bütün girdilərini birbaşa storlamaz. Özellikle gazın zamana btorlı çıkış sərfi, ümumi buraxılış müddəti, hüceyrədəlavəi çıxış dəliyinın böyüklüğü, gazın çıxış sürəti və hüceyrələr arası yayılım müddətsi çoğu raporda açıqça vərilmez.

Hücre gaz hacmi genellikle 82 litrelik bir təzyiq kabında yapılan təlavə testten və ideal qaz hesaplarından belirlenir. Çalışmada aktarılan literatür sentezi, genel bir aralık olaraq kilovatsaat başına təxminən 500-800 litre yanıcı qaz üretiləbildiğini belirtməlavətedir. Ancak bu aralık, belirli bir batareya ürünü üçün birbaşa tasarım dəyəri olaraq kullanılamaz.

UL 9540A hüceyrə səviyyəsinde beş test içerse de bunların dördü termal kaçtorın başlama koşulunu belirleməlavə amacıyla açıq ortamda, yalnızca biri ise gaz miktarı və biləşimi üçün təzyiq kabında həqiqiləştirilir. Bu səbəbdən gaz hacmi və biləşimi gibi kritik parametrelerde təcrübələr arası dəyişənliği hesaplayacak təlavərar sayısı bulunmayabilir.

Gazın çıxış sürəti və müddətsi neden önəmlidir?

Aynı ümumi gaz miktarı fərqli müddətlerde çıktığında mahfaza üçünde eyni tehlikeyi oluşturmaz. Gaz çok kısa müddətde çıkarsa vəntilyasiya sistemi devreye girmeden əvvəl yüksək bir yerli konsentrasiya oluşabilir. Gaz daha uzun müddətde çıkarsa fanların karışımı seyreltme olasılığı artabilir; lakin olay müddətsinin uzaması ehtiyat enerji və sistem güvənilirliği gerəlavəsinimini artırır.

Çalışmada aktarılan nümunəlerde 94 Ah NMC prizmatik bir hüceyrənin gazını təxminən 7 saniyəde çıkardığı, 27 Ah LFP prizmatik bir hüceyrə üçün ise ümumi buraxılış müddətinin 91 saniyə olaraq ölçüldüğü bildirilmişdir. Deneysel çalışmalardan derlenen gaz çıkış hızları təxminən 1-60 m/s aralığındadır.

Çıkış açıqlığı böyük olduğunda gaz daha aştorı hızla və kaldırma kuvvətinin təsiriyle yayılabilir. Küçük bir açıqlık ise yüksək sürətli jet oluşturabilir. Momentumla ilərleyen jet, mahfazadaki havayla daha fərqli biçimde karıştığı üçün yana bilən bulutun boyutu və konumu değişir.

Hücreden hüceyrəye yayılım müddətsi tasarımı nasıl təsirler?

Termal kaçtorın bir hüceyrəden diğerine geciş müddətsi, olayın ümumi müddətsini və anlık gaz sərfini belirleyen temel parametrelerden biridir. Çalışma, en hızlı gözlenen yayılım müddətsinin bütün hüceyrələre uygulanmasının olay müddətsini kısaltarak daha yüksək anlık tehlike oluşturan muhafazakâr bir kabul olabiləceğini belirtməlavətedir.

Bununla belə həqiqi hüceyrə arızaları stokastiktir. Bütün hüceyrələr eyni zaman aralığında və eyni biçimde arızsahəmayabilir. Bu səbəbdən təlavə bir yayılım senaryosu yerine fərqli gaz debiləri, gecikməler və arızalı hüceyrə sayıları üçün həssaslıq analizi yapılması gərəkdir.

NFPA 69’a dayalı aktiv partlayışın qarşısının alınması nasıl çalışır?

NFPA 69 yaklaşımında yanıcı qaz sensorlerle algılanır və məlavəanik egzoz sistemi çalıştırılarak qaz konsentrasiyasınin yüzdə 25 LFL’nin altında tutulması amaçlanır. Bu bir partlayış önleme üsulidir; hedef, tutuşabilir bir atmosferin oluşmasını engelleməlavətir.

Sistemin başarısı aştorıdaki olay dizisinin əlavəsiksiz işlemesine btorlıdır:

1. Termal qaçış gazı sensorün algılayabiləceği bölgəye ulaşmalıdır.
2. Sensör doğru gaz və ya gaz karışımına yeterli həssaslıqla tepki vərmelidir.
3. Algılama eşiği və gecikmə müddətsi uygun olmalıdır.
4. Kontrol sistemi fanlara komut göndermelidir.
5. Fanlar gerəlavəli debiye ulaşmalıdır.
6. Taze hava girişleri və egzoz açıqlıkları gazı təsirli biçimde süpürmelidir.
7. Eləlavətrik qətitisi hâlinde yeterli müddət çalışan ehtiyat enerji bulunmalıdır.

Gaz buraxılış sərfi, fan boyutlandırmasındaki en kritik girdilərden biridir; lakin UL 9540A raporlarında birbaşa vərilmeməlavətedir. Bu səbəbdən tasarımcılar test temperaturları, gerilim değişimleri, gaz hacmi və yayılım davranışından harəlavəetle bir mənbə termini oluşturmak zorunda kalabilir.

Küresel konsentrasiya aştorıken yerli tehlike oluşabilir mi?

Evət. Bütün mahfazanın orta qaz konsentrasiyası yüzdə 25 LFL’nin altında kalsa bilə batareya modulü, kanal, isti-soyuq dəhliz və ya kiçik bir alt bölmə üçünde bu hədd aşılabilir. Çalışmada incelenen 53 ft uzunluğundaki sistemde genel muhafaza NFPA 69 meyarünü qarşılarken soyutma üçün oluşturulmuş bir alt bölmənin bazı kısımlarında yüzdə 25 LFL’nin üzərində yerli konsentrasiyaler hesablanmışdır.

Bu sonuç, yalnızca ümumi iç hacme dayalı “yaxşı qarışmış ortam” hesabının karmaşık BESS geometrilərinde yanıltıcı olabiləceğini göstərir. Sensör və fan konumları, hava kanalları, rəflər, modul içleri və gazın sıcaklığı üç boyutlu dtorılımı təsirler.

NFPA 68’e dayalı passiv partlayış qoruması nasıl çalışır?

NFPA 68 yaklaşımında muhafazanın belirli səthlerine deflagrasiya tahliyesi panelləri yerleştirilir. Bu panellər, iç təzyiq mahfazanın yapısal dayanımına ulaşmadan əvvəl açılacak şəkilde tasarlanır. Amaç partlayışyı önleməlavə değil, oluşan təzyiqi güvənli bir yöne tahliye ederəlavə muhafazanın parçsahəmasını sınırlamaktır.

Çalışmada NFPA 68 hesaplamasının temel dəyişənleri şu şəkilde açıqlanmaktadır:

• Gerəlavəli tahliye sahəı (A_v0)
• Muhafazanın izin vərilən azaltılmış təzyiqi (P_red)
• Muhafazanın ümumi səth sahəsi (A_s)
• Gaz-hava karışımının laminar yanma sürəti (S_u)
• Gaz sıxluğu və diğer termofiziki özellikler
• Muhafazanın geometrisi və daxili maneələrin oluşturduğu türbülans
• Tahliye panelinin açılma təzyiqi, torırlığı və konumu
• Tutuşma konumu və yana bilən bulutun hacmi

Çalışmada NFPA 68 denklemleri açıq biçimde yazılmamış, dəyişənler və tətbiq sınırları açıqlanmışdır. Düşük dayanımlı muhafazalar üçün P_red dəyərinin 0,5 bar-g və ya altında olduğu üsul kullanılır. BESS amacıyla kullanılan ISO konteynerlerin tipik dayanımının 0,3 bar-g dəyərinden aştorı olabiləceği, böyük kapılar və açıqlıkların bu dayanımı daha da azaltabiləceği belirtilməlavətedir.

Deflagrasiya paneli her vəziyyətda yeterli midir?

Hayır. NFPA 68’in ampirik temeli torırlıqlı olaraq proses təhlükəsizliyi təcrübələrine dayanır. Bu təcrübələrde kullanılan mahfazalar, böyük batareya rəflərıyla dolu modern BESS konteynerlerinden fərqli olabilir. Deneyler çoğunlukla təlavə bir yanıcı qazla yapılırken batareya gazı yanıcı və yanıcı olmayan çok sayıda komponent içerir.

Preskriptif hesaplamalar çoğu zaman bütün hacmin homogen və stokiyometrik bir karışımla dolduğunu kabul eder. Bu kabul muhafazakâr olabilir, lakin çok böyük panel sahəları üretebilir. Daha kiçik bir kısmi yana bilən hacim kullanılacaksa ümumi qaz buraxılışının, dtorılımın və karışım konsentrasiyainin mühəndislik analiziyle gerəlavəçelendirilmesi gərəkdir.

Pasif sistemin başka bir sınırlılığı, panelin açılması üçün alışma gerəlavəmesidir. Gaz alışmazsa muhafazada kalmaya devam edebilir. Bu vəziyyətda uzunmüddətli izleme, gazın kontrollü biçimde uzaklaştırılması və müdahalo əlavəiplerinin güvənliği üçün əlavə üsuller gərəkdir.

Yangın söndürme və partlayış nəzarəti neden birlikdə tasarlanmalıdır?

Bir tehlike üçün alınan önlem diğer tehlikeyi torırlaştırabilir. Çalışmada aerosol və ya təmiz qazlı söndürme sistemlerinin başlanğıctaki alovi bastırabildiği lakin termal kaçtorı durduracak soyutma gücüne sahip olmayabiləceği belirtilməlavətedir. Söndürme maddesinin muhafaza üçünde 10-20 dakika tutulması gerəlavəiyorsa bu sırada batareya gazı birikmeye devam edebilir.

Söndürme maddesi, hava və batareya gazından oluşan karışım daha sonra havsahədırılmak zorunda kalabilir. Buna qarşılık yanğın sırasında partlayış önleme fanlarının yanlışlıkla devreye girmesi, oksigen texniki xidmətından fakir bir hacme taze hava taşıyarak yanğını şiddətlendirebilir. Bu səbəbdən yanğın aşkarlama, söndürme, gaz aşkarlama, təcili vəntilyasiya və panel tahliyesinin birbirinden müstəqil tasarlanması yeterli değildir.

Hangi modelleme üsulleri qiymətləndirilmişdir?

NFPA 69 el hesapları

NFPA 69 Ek D, gazın algılanma müddətsini və gerəlavəli egzoz fanı sərfini təxminən olaraq hesaplamak üçün kullanılabilir. Üsul ortamın tamamen karıştığını varsayar. Bu səbəbdən sıcak gazların tavanda təbəqələşməsını, sensor konumlarını, fan və menfez yerleşimini, daxili maneələri və üç boyutlu akış yollarını birbaşa hesaba katmaz. Temel geometrik girdi çoğunlukla muhafazanın sərbəst hava həcmidir.

NFPA 68 preskriptif hesapları

Bu üsul muhafazanın dayanımını, gazın yanma özelliklerini, tahliye panelini və geometrik türbülans düzeltmelerini kullanarak gerəlavəli panel sahəını belirler. Hesaplamanın sonucu gazın laminar yanma sürətina və yana bilən bulutun bütün hacmi mi yoksa yalnızca bir kısmını mı kapladığı kabulüne son derece duyarlıdır.

FDS modeli

Fire Dynamics Simulator (FDS), ABD Ulusal Standartlar və Təlavənoloji Enstitüsü tarəfından geliştirilən Kartezian şəbəkə tabanlı bir yanğın və akış modelidir. Çalışmada FDS’nin sıcak batareya gazının karmaşık bir mahfazada yayılmasını, temperaturları və sensor belirli bir eşiğe ulaştığında vəntilyasiyanın devreye girmesini modelleməlavə üçün kullanılabiləceği belirtilməlavətedir.

FLACS modeli

FLACS, yanıcı qaz dtorılımı və partlayış nəticələrının hesaplanmasında kullanılan bir CFD aracıdır. Dtorıtılmış məsaməlilik/direnç yaklaşımı sayesinde tordan daha kiçik engellerin təsirini temsil edebilir. Gaz dtorılımının yanı sıra alışma sonrasında oluşan aşırı təzyiqi da hesaplayabilir.

Yapısal təsirleşim

Deflagrasiya sırasında təzyiq dalgası ilə muhafaza yapısının qarşılıklı təsirleşimini tam olaraq modelleməlavə üçün CFD ilə sonlu element analizinin birleştirilmesi gərəkdir. Çalışmaya görə səlavətör çoğunlukla tasarım təzyiqinın akma dayanımının altında kalactorını varsayarak muhafazayı sərt kabul etməlavətedir. Bu kabul hesaplamayı kolaylaştırır, lakin kapıların, panellərin və duvarların deformasyonunu birbaşa açmaz.

Büyük miqyaslı təcrübələr ne göstərir?

Çalışmada aktarılan böyük miqyaslı test proqramında 20 ft ISO konteyneri temsil eden bir mahfazaya 14 rəf və her rəfta 10 sahte modul yerleştirilmiştir. Tavanda her biri 1 m × 1 m olan dört deflagrasiya paneli istifadə edilmişdir. Lityum iyon batareya gazını temsil eden sentetik bir karışım fərqli debilərde mahfazaya vərilmiş, yana bilən bulut oluşturulmuş və gecikməli olaraq tutuşturulmuştur.

Toplam 27 testte gaz dtorılımı, artıq təzyiq, alov yayılımı və tahliye panellərinin davranışı ölçülmüşdür. Bu proqramın temel amacı NFPA 68 hesaplamaları və CFD modelleri üçün BESS geometrisine daha yakın bir doğrulama vəri seti üretməlavətir. Ancak sintetik qazın həqiqi hüceyrələrden çıkan sıcak, hissəcik içeren və zamanla değişen gazı bütünüyle temsil edip etmediğinin həqiqi batareyalı təcrübələrle dəyərlendirilmesi lazımdır.

Partlayış önleme hadisə analizlərinin ana sonucu nedir?

Partlayış önleme analizleri, gaz mənbə termininin yalnızca ümumi miktar değil zamana btorlı debi biçiminde diaqnozmlanması gerəlavətiğini göstərir.

40 ft uzunluğundaki nümunə sistem 4,2 MWh tutumde, təxminən 13.385 ft³ sərbəst hava həcmine sahip və 22 batareya rəfı içeren bir tasarımdır. Her rəfta 12 modul vardır. Modelde kullanılan 94 Ah NMC hüceyrə üçün 226 qram gaz, yüzde 31 hidrogen, yüzde 30 karbon dioksid, yüzde 21 karbon monoksid və geri ksahə kısmı hidrokarbonlardan oluşan bir biləşim kabul edilmiştir. Le Chatelier yaklaşımıyla LFL yüzde 5,83 olaraq proqnoz edilmiştir.

Sabit buraxılış modelinde gaz 10 dakika boyunca 4,9 g/s debiyle vərilmiştir. Kesintili modelde her hüceyrə çifti 40 saniyə gaz çıkarmış və bir sonraki çiftin termal kaçtorına kadar ümumi 90 saniyəlik hüceyrələr arası gecikmə kabul edilmiştir. Kesintili buraxılışda 11,3 g/s pik sərf oluşmuştur. Bu fark, eyni ümumi tehlikenin zamana nasıl dtorıtıldığının vəntilyasiya performansını değiştirdiğini göstərir.

53 ft muhafazada neden yerli tehlike devam etmiştir?

4,6 MWh tutumli 53 ft Powin Stack 360 tasarımında 14 adet kiçik batareya ünitesi, her ünitede 23 modul və ayrı fan-kanal strukturi vardır. Kullanılan 280 Ah LFP hüceyrələr üçün LFL yüzde 6,14 olaraq vərilmiştir.

Genel muhafaza səviyyəsinde iki gaz buraxılış senaryosu da yüzdə 25 LFL’nin altında kalmıştır. Ancak soyutma amacıyla oluşturulan alt bölməde yapılan ayrı CFD analizi, bazı bölgələrin yüzdə 25 LFL’yi aştığını göstermiştir. Bu bulgu, genel hacim ortasının modul çevresindəlavəi gaz ceplerini gizleyebiləceğini ortaya koymaktadır.

Çalışmada aktarılan ayrı bir garaj təcrübəinde 320 litre LFP tipi termal qaçış gazının bir garaj kapısını yerinden çıkardığı və kilit məlavəanizmasında yüngül hasar oluşturduğu bildirilmiştir. Bu hacmin bir və ya iki adet 280 Ah LFP hüceyrənin çıkarabiləceği gaz miktarına benzer olduğu belirtilməlavətedir. Deneyin zengin yakıtlı karışımı bir torba üçünde kullanması nedeniyle həqiqi BESS dtorılımını bütünüyle temsil etmediği de dikkate alınmalıdır.

Laminer yanma hızı tahliye panelini nasıl təsirliyor?

Laminer yanma hızı, düzgün və türbülanssız bir yakıt-hava karışımında alov cəbhəsinin yanmamış karışıma görə ilərleme hızıdır. Bu hız yükseldikçe təzyiq daha hızlı oluşur və eyni muhafazayı korumak üçün daha böyük tahliye sahəı gerəlavəebilir.

İki nümunə BESS geometrisi üçün yapılan tam hacim NFPA 68 hesapları aştorıdaki nəticələrı üretmiştir:

Mətn üçünde yüksək yanma hızı 107 cm/s, cədvəlda ise 106 cm/s olaraq yazılmıştır. Bu kiçik sayısal tutarsızlık nedeniyle dəyər təxminən 106-107 cm/s olaraq aktarılmıştır.

Küçük muhafazada stokiyometrik koşula ulaşmak üçün gaz biləşimine btorlı olaraq təxminən 859-1.481 litre gaz gerəlavətiği hesablanmışdır. Bu miktar təxminən 3-6 adet 280 Ah LFP hüceyrəye qarşılıq gəlir. Hücreden hüceyrəye yayılım konusundaki belirsizlik nedeniyle kısmi hacim kabulünün yalnızca istenen panel sahəını küçültməlavə amacıyla kullanılması uygun değildir; salınabiləcəlavə ümumi gaz miktarı gerəlavəçelendirilmelidir.

FLACS partlayış analizleri ne göstermiştir?

20 ft ISO tipi bir BESS muhafazası üçün yapılan FLACS analizinde sərbəst hava həcmi 6,1 m³, iç struktur dört batareya rəfı və her rəfta səlavəiz modul olaraq təsvir edilmişdir. Modüllerde EVE və ya CATL üretimi 280 Ah LFP hüceyrələr kabul edilmiştir. Model 5 cm şəbəkə aralığı, varsayılan k-epsilon türbülans modeli, beta yanma modeli və 0,7 m × 1,6 m boyutlarında təlavə bir çatı tahliye paneli kullanmıştır.

Tutuşma konumu da sonucu önemli ölçüde değiştirmiştir. Mətn, üstten alışmada 0,23 bar-g, alttan alışmada 2,15 bar-g hesaplandığını belirtməlavətedir. Ancak açıqlama paragrəfı 2,15 bar-g dəyərini CATL hüceyrəsine btorlarken Cədvəl 4 eyni dəyəri EVE hüceyrəsi üçün göstərir; CATL üçün cədvəlda 1,19 bar-g yazmaktadır. Çalışma bu tutarsızlığı açıqlamadığından dəyərlər sessizce düzeltilmsormatir.

Fiziksel açıdan alttan alışma, alovin yukarı doğru ilərlerkən rəflər və engeller arasında daha uzun və türbülanslı bir yol izlemesine neden olabilir. Ancak bu məlavəanizmanın her BESS geometrisinde eyni böyüklükte təzyiq farkı yaratactorı çalışma tarəfından kanıtlanmamıştır.

Gerçəlavə bir BESS partlayışsı nasıl yorumlanmıştır?

Çalışma, Arizona eyaletinin Surprise kentindəlavəi APS BESS olayının daha əvvəl yayımlanmış analizini de dəyərlendirmiştir. Tesis 2 MW güç və 2 MWh enerji tutumsine, 27 batareya rəfına və 392 Ah NMC poşet hüceyrələre sahipti.

Termal qaçış sonrasında NOVEC 1230 təmiz qazlı söndürmə maddəsi boşaltılmış, daha sonra itfaiyecilərin kapıyı açmasıyla içeri hava girmiş və oksigen yanıcı qazla karışmıştır. Fotoğrəflərdan yapılan dəyərlendirmede deflagrasiya təzyiqi təxminən 0,10-0,17 bar-g, kapıların ümumi tahliye sahəı təxminən 4,6 m² olaraq proqnoz edilmiştir.

Olayı açıqlamak üçün dəyərlendirilən senaryolarda yanıcı karışımın muhafaza hacminin təxminən yüzde 11-22’sini kaplamış olabiləceği və karışımın proqnozi yanma hızının 0,18-0,22 m/s olduğu sonucuna ulaşılmıştır. Bunlar birbaşa olay sırasında ölçülmüş dəyərlər değil, hasar və geometriden geriye doğru yapılan proqnozlerdir.

Aktif və pasif sistemler birlikdə kullanılabilir mi?

Çalışma, qaz buraxılışı və termal qaçış yayılımındaki belirsizlik nedeniyle məlavəanik egzoz ilə deflagrasiya tahliyesi panellərinin birlikdə dəyərlendiriləbiləceğini belirtməlavətedir. Tasarım üsullerinden biri ana uyum üsuli, diğeri ise yedəlavə təhlükəsizlik katmanı olaraq kullanılabilir.

Bununla belə iki sistemi eyni muhafazaya əlavəleməlavə təlavə başına güvənliği kanıtlamaz. Fanların oluşturduğu hava akışı gaz dtorılımını və yanğını, panellərin yerleşimi ise vəntilyasiya yolunu təsirleyebilir. Kontrol mantığı, güç kaybı, texniki xidmət, sensor arızası və müdahalo senaryoları birlikdə analiz edilmelidir.

Çalışmanın destəlavəlediği nəticələr nelerdir?

• BESS partlayış nəzarəti, yalnızca batareyanın enerji tutumsine və ya ümumi gaz hacmine görə tasarlanmamalıdır.
• Gaz buraxılış sərfi və zaman profili, mexaniki vəntilyasiyanın başarımını belirgin biçimde değiştirebilir.
• Muhafazanın tamamında aştorı orta konsentrasiya bulunması, kiçik bölmelerde tehlikeli gaz cepleri oluşmadığını kanıtlamaz.
• Laminer yanma hızı arttıkça gerəlavəli deflagrasiya tahliyesi sahəı tətbiq oluna bilən sınırları aşabilir.
• Tutuşma konumu, daxili maneələr və türbülans tepe aşırı təzyiqi önemli ölçüde təsirleyebilir.
• UL 9540A testleri dəyərli olmakla birlikdə bütün model girdilərini və parametre belirsizliklerini storlamaz.
• CFD nəticələrı həssaslıq analizi və BESS’e özgü təcrübəsel doğrulama olmadan qəti həqiqi olaraq kabul edilmemelidir.
• Yangın söndürme və partlayış kontrol sistemleri ortak bir tehlike analizi üçünde tasarlanmalıdır.

Çalışma nəyi sübut etmir?

• Belirli bir fan sərfinin bütün BESS ürünlerinde güvənli olduğunu sübut etmir.
• Yüzde 25 LFL’nin altındaki qlobal ordiaqnozn bütün yerli bölgələri güvənli kıldığını göstermeməlavətedir.
• NFPA 68’e görə hesaplanan panel sahəının həqiqi bir BESS partlayışsında mutlaka yeterli olactorını sübut etmir.
• FDS və ya FLACS modellerinden birinin bütün BESS geometriləri üçün qəti olaraq daha doğru olduğunu göstermeməlavətedir.
• Sentetik gaz testlerinin həqiqi batareya termal kaçtorını bütün ayrıntılarıyla temsil ettiğini sübut etmir.
• Təlavə bir testten elde edilən gaz hacmi və biləşiminin eyni üründəlavəi bütün hüceyrələri temsil ettiğini göstermeməlavətedir.
• Her termal kaçtorın deflagrasiyaa dönüşeceğini və ya eyni olay sırasını izleyeceğini iddia etmeməlavətedir.
• Kuzey Amerika standartlarının Türkiyədə birbaşa və değişiklik yapılmadan uygulanması gerəlavətiğini söylememəlavətedir.
• Belirli bir kommersiya BESS ürününün saha koşullarında güvənli olduğunu onaylamamaktadır.

Türkiyə baxımından ne ifadə edir?

Çalışmanın temel aldığı NFPA 68, NFPA 69, NFPA 855 və UL 9540A Kuzey Amerika mərkəzli standartlardır. Bu səbəbdən çalışma Türkiyədəki lisenziyalaşdırma, əməyin mühafizəsi və təhlükəsizliyi, yanğın yönetmeliği və ya eləlavətrik tesisi mevzuatının yerine kullanılamaz.

Bununla belə tehlikenin mənbə terminiyle diaqnozmlanması, gaz dtorılımının üç boyutlu dəyərlendirilmesi, yerli alt bölmələrin incelenmesi, sensor-fan gecikməlerinin hesaba katılması, tahliye paneli sahəının gaz yanma hızına görə belirlenmesi və modellerin böyük miqyaslı təcrübələrle doğrulanması ülke sınırından müstəqil mühəndislik ilkeleridir. Türkiyədə kurulacak konteyner tipi enerji saxlama tesislerinde bu dəyişənlerin layihə üzrə dəyərlendirilmesi, yalnızca ürün sertifikasına və ya nominal vəntilyasiya sərfine dayanılmaması gerəlavətiğini göstərir.

Çalışmanın Metodu və Tapıntıları

Araşdırma dizeyni

Çalışma yeni bir kontrollü laboratoriya təcrübəi və ya müstəqil saha testi değildir. Təlavənik standartları, UL 9540A test yapısını, yayımlanmış təcrübələri, gecmiş CFD analizlerini və həqiqi olay dəyərlendirmelerini bir araya getiren mühəndislik rehberi və kəmiyyət hal sentezidir.

Nicel analiz üçün gerəlavəli girdilər

En önemli təlavənik tapıntılar

1. 40 ft NMC örneğinde sabit 4,9 g/s buraxılış yüzde 22,2 LFL üretirken 11,3 g/s tepe debili fasiləli buraxılış yüzde 25,3 LFL üretmiştir.
2. 53 ft LFP muhafazasında genel konsentrasiya yüzde 15,4-17,8 LFL aralığında kalmış, lakin bir alt bölməde yerli olaraq yüzdə 25 LFL aşılmıştır.
3. Laminer yanma hızının 48 cm/s’den təxminən 106-107 cm/s’ye çıkması, 20 ft konteyner üçün gerəlavəli panel sahəını 6,5 m²’den 18,2 m²’ye yükseltmiştir.
4. 20 ft FLACS modelinde panel açılmayan tam hacim senaryosu 6,5 bar-g tepe təzyiq üretmiştir.
5. Aynı modelde 1,12 m² panel bulunan tam hacim senaryoları 1,19 və 2,15 bar-g üretmiş; panelin varlığı aşırı təzyiqi kabul ediləbilir səviyyəe indirmsormatir.
6. Kısmi hacim, doğal vəntilyasiya və panelin birlikdə kullanıldığı senaryolar 0,06 bar-g üretmiştir; lakin bu dəyər yapısal təhlükəsizlik garantisi olaraq dəyərlendirilmsormatir.
7. Tutuşma konumu üçün aktarılan hesaplarda üstten və alttan alışma arasında təxminən bir böyüklük mertebesine ulaşan fark görülmüşdür.
8. Büyük miqyaslı təcrübələr, BESS’e özgü model doğrulama vərisi üretmenin mümkün olduğunu; lakin həqiqi batareyalı doğrulamaya hâlâ ihtiyaç bulunduğunu göstermiştir.

Çalışmanın güclü tərəfləri

• Partlayış tehliqətii batareya, mahfaza, biznes və təhlükəsizlik sistemi girdiləriyle bütüncül biçimde ele almaktadır.
• Aktif və pasif koruma üsullerini eyni mühəndislik çərçivəsinde müqayisəktadır.
• Toplam gaz miktarının yanında zamana btorlı mənbə terminini və yerli konsentrasiyaleri öne çıkarmaktadır.
• El hesaplarının, CFD modellerinin və böyük miqyaslı testlerin hangi amaçla kullanılabiləceğini ayırmaktadır.
• Yayımlanmış hal nəticələrını ortak cədvəllarla qarşılaştırarak tasarım həssaslıqlarını görünür kılmaktadır.
• Modelleme fərziyyələrının və vəri əlavəsiklerinin açıqça belgelenmesini önerməlavətedir.

Çalışmanın məhdudiyyətlərı

• Çalışma rəyçi qiymətləndirməsindən keçməmiş bir preprinttir.
• Yeni və müstəqil bir təcrübəsel vəri seti sunmamaktadır.
• Vaka analizlerinin önemli kısmı müəlliflərın və ya başka araşdırmaçıların əvvəlki çalışmalarından derlenmiştir.
• Kullanılan standartlar Kuzey Amerika tənzimləməlerine dayanmaktadır.
• UL 9540A vərilərindəlavəi təlavərar sayısı və mənbə termini ayrıntıları məhduddur.
• FDS və FLACS üçün fərqli BESS tasarımlarını əhatə edən geniş doğrulama vəri setleri mövcud deyil.
• Sentetik gaz təcrübələri həqiqi hüceyrə buraxılışının bütün fiziki və kimyəvi özelliklerini temsil etmeyebilir.
• Cədvəl 4 ilə açıqlama metni arasında hüceyrə türü və 2,15 bar-g sonucu konusunda tutarsızlık vardır.
• Yüksəlavə laminar yanma sürəti mətnde 107 cm/s, ilgili cədvəlda 106 cm/s olaraq yazılmıştır.
• Prasanna Chinnathambi’nin qurum üst simgesi yazar və qurum satırlarında tutarlı değildir.

Gelecəlavəte hangi doğrulamalara ihtiyaç vardır?

Araşdırmaçılar UL 9540A raporlarında gaz hacminin nasıl hesaplandığı, test videoları, gazın çıktığı konum, açıqlık böyüklüğü, buraxılış sərfi və çıxış sürəti gibi vərilərin daha ayrıntılı sunulmasını önerməlavətedir. Kritik girdilər üçün təlavərar testleri və belirsizlik aralıkları lazımdır.

NFPA 68 dəyərlendirmelerinde homogen tam hacim fərziyyəına əlavə olaraq gaz dtorılımı hesaplarının kullanılması; yanıcılık özelliklerinin yalnızca təlavə bir karışım üçün değil, qaz konsentrasiyasınin fonksiyonu olaraq belirlenmesi önerilməlavətedir. CFD modellerinin ise BESS’e özgü, böyük miqyaslı və mümkün olduğunda həqiqi batareyalı təcrübələrle doğrulanması lazımdır.

Mənbə və Metod Notu

Çalışmanın tam özgün adı: Explosion Control Guidance for Lithium-Ion Based Battery Energy Storage System Installations

Müəlliflər: Anil Kapahi, Stefan Krəft və Prasanna Chinnathambi.

Müəllif sıralaması: Anil Kapahi birinci, Stefan Krəft ikinci, Prasanna Chinnathambi üçüncü yazardır.

Eş katkı bilgisi: Eş birinci yazar və ya bərabər töhfə beyanı mövcud deyil.

Məsul müəllif: Anil Kapahi.

Qurumlar: Anil Kapahi və Prasanna Chinnathambi, Jensen Hughes, Inc., Research, Devəlopment, Testing and Evaluation, Baltimore, Maryland, ABD; Stefan Krəft, Solstice Advanced Materials, Inc., Morris Plains, New Jersey, ABD. Prasanna Chinnathambi üçün kullanılan qurum üst simgesinde mətn içi bir “a/c” tutarsızlığı vardır; qurum adı və qurumsal e-posta Jensen Hughes btorlantısını göstərir.

DOI: 10.2139/ssrn.7203430

Jurnal: Hakemli bir dergide yayımlandığı bu sürüm üzərindən təsdiqlənməmişdir.

Yayın platforması: SSRN.

Platform sahibi: Elsevier Inc. SSRN bir hakemli dergi değil, preprint və erkən araşdırma platformudur.

Yayın ili: 2026.

Mənbə növü: Hakem dəyərlendirmesinden gecmsorma təlavənik preprint; standart incelemesi, mühəndislik rehberi, literatür sentezi və kəmiyyət hadisə analizidir.

Rəsmi btorlantı:https://ssrn.com/abstract=7203430

Sürüm qeydu: SSRN üzərində eyni başlıkla 10.2139/ssrn.5735692 DOI numarasına sahip, iki yazarlı daha eski bir kayıt da vardır. Bu eski kayıt ilə incelenen üç yazarlı 7203430 kaydı arasındaki resmî sürüm əlaqəsi açıq biçimde doğrulanamadığından resurs kimliği olaraq yüklenen güncel sürüm esas alınmıştır.

Bu yazı, yüklenen çalışmanın metni, cədvəlları, hadisə analizləri və nəticələrı temel alınarak hazırlanmıştır. Çalışmada bulunmayan yeni bir təcrübə sonucu, kommersiya ürün güvənliği iddiası, mevzuat uyğunluq onayı və ya saha başarısı əlavəlenmsormatir. Bibliyoqrəfik dış kontrol yalnızca müəlliflər, DOI, platform və yayın vəziyyətunun doğrulanması amacıyla yapılmıştır.

Bu çalışma rəyçi qiymətləndirməsindən keçməmiş bir preprinttir; nəticələrı bu sınırlılık dikkate alınarak okunmalıdır. Çalışma yeni bir müstəqil təcrübəsel doğrulama sunmamakta və belirli bir BESS tasarımının güvənli olduğunu belgelememəlavətedir. Hesaplamalar fərqli resurs çalışmalarına, batareya kimyalarına, mahfaza geometrilərine və model fərziyyələrına dayanmaktadır. Gerçəlavə bir proje üçün batareya üreticisinin test vəriləri, proje geometrisi, yerli qanunvəricilik, yapısal dayanım, yanğın sistemi, gaz aşkarlama sistemi və acil müdahalo senaryosu ayrıca dəyərlendirilmelidir.