Ushbu tadqiqot litiy-ion batareyali energiya saqlash tizimi (Battery Energy Storage System, BESS) qobiqlarida termik qochish vaqtida ajralib chiqadigan yonuvchi gazlar hosil qiladigan portlash xavfini qanday aniqlash va nazorat qilish kerakligini oʻrganadi. Tadqiqotchilar UL 9540A sinov maʼlumotlari, NFPA 68 ga asoslangan deflagratsiyani chiqarish panellari, NFPA 69 ga asoslangan mexanik shamollatish, qoʻlda hisoblashlar, hisoblash suyuqliklar dinamikasi modellari va nashr etilgan vaziyat tahlillarini birgalikda baholagan. Natijalar portlash xavfsizligini faqat gazning umumiy miqdoriga qarab loyihalab boʻlmasligini; gazning chiqish tezligi, ajralish muddati, kimyoviy tarkibi, alangalanish joyi, qobiq geometriyasi, ichki toʻsiqlar, quyi boʻlmalar va xavfsizlik tizimining ishga tushish kechikishi natijalarni katta darajada oʻzgartirishi mumkinligini koʻrsatadi.

Miqdoriy vaziyat tahlillarida ayni batareya tizimi uchun doimiy va uzlukli gaz ajralishi farazlari turli natijalar bergan. Masalan, uzunligi 40 ft boʻlgan namunaviy BESS qobigʻida doimiy ajralish ssenariysi yonuvchi gaz konsentratsiyasini quyi yonuvchanlik chegarasining 22,2 foizida ushlab turgan boʻlsa, uzlukli va yuqoriroq sarfli ajralish ssenariysi 25,3 foizga yetgan. Deflagratsiyani chiqarish hisoblarida esa laminar yonish tezligi past gazlar uchun qoʻllash mumkin boʻlib koʻringan panel maydonlari tezroq yonadigan gaz aralashmalarida qobiqning foydalanish mumkin boʻlgan tom maydonidan oshib ketgan.

Tadqiqot biror shamollatish sarfi yoki chiqarish paneli oʻlchami barcha BESS loyihalarida xavfsizlikni kafolatlashini koʻrsatmaydi. UL 9540A hisobotlarida gaz ajralish sarfi, chiqish teshigi oʻlchami va chiqish tezligi kabi muhim maʼlumotlarning koʻpincha mavjud emasligi; sinov takrorlari cheklanganligi va CFD modellari uchun BESSga xos tekshiruv maʼlumotlari yetarli emasligi asosiy cheklovlardir. Bundan tashqari, tadqiqot preprint boʻlib, taqrizdan oʻtmagan.

Tadqiqotning asosiy savoli nima?

Tadqiqotning asosiy savoli litiy-ion batareya hujayrasida boshlangan termik qochish yopiq va jihozlar bilan zich toʻldirilgan BESS qobigʻida yonuvchi gaz bulutini hosil qilsa, portlash xavfi qaysi maʼlumotlar bilan aniqlanishi va qaysi faol yoki passiv usullar bilan cheklanishi mumkinligidir.

BESS tizimlari faqat batareyalardan iborat emas. Hujayralar modullar ichiga, modullar stellajlar ichiga, stellajlar esa sovitish kanallari, elektr panellari, shkaflar va boshqa jihozlar bilan birga qobiqqa joylashtiriladi. Havo bilan sovitiladigan tizimlarda issiq va sovuq yoʻlaklar tashkil etilishi, suyuqlik bilan sovitiladigan tizimlarda esa zichroq joylashuvdan foydalanilishi ichki hajmni boʻlmalarga ajratishi mumkin. Yongʻin va suv kirishiga qarshi choralar ham boʻlmalanishni oshirishi mumkin. Ushbu tuzilma gazning erkin tarqalishiga toʻsqinlik qilib, mahalliy yuqori konsentratsiyalar yuzaga kelishiga sabab boʻlishi mumkin.

Nega termik qochish portlash xavfini yuzaga keltiradi?

Termik qochish — mexanik shikast, elektr nosozligi, ortiqcha qizish, ishlab chiqarish nuqsoni yoki boshqa hujayradan tarqalgan issiqlik tufayli hujayra ichidagi ekzotermik reaksiyalarning oʻz-oʻzidan tezlashishidir. Termik qochish har doim bir xil natija bilan kechmaydi. Hujayra gaz chiqarishi, alanga purkashi, yonishi, portlashi yoki ushbu hodisalarning bir nechtasi ketma-ket yuz berishi mumkin.

Tadqiqotning portlash tahlilida qoʻllangan asosiy ssenariy dastlab alanga paydo boʻlmasdan yonuvchi batareya gazining tashqariga chiqishidir. Gaz darhol alangalanmasa, yopiq hajmda toʻplanishi mumkin. Keyinchalik uchqun, issiq sirt yoki boshqa alangalanish manbai gaz-havo bulutini yoqqanda, alanga fronti aralashma ichida tez harakatlanib, deflagratsiyaga olib kelishi mumkin.

Deflagratsiya yonish fronti tovush tezligidan past harakatlanadigan, ammo yopiq hajmda jiddiy bosim koʻtarilishini yuzaga keltirishi mumkin boʻlgan tez yonish hodisasidir. Shikast miqyosi faqat gaz miqdoriga bogʻliq emas. Qobiqning yopiqligi, batareya stellajlari va kanallar tufayli oqim yoʻlining siqilishi, alanganing toʻsiqlar atrofida turbulentlik hosil qilishi va aralashmaning stoxiometrik nisbatga yaqinlashishi ortiqcha bosimni oshirishi mumkin.

Batareya gazi qaysi komponentlardan iborat boʻlishi mumkin?

Litiy-ion hujayralar termik qochish vaqtida chiqaradigan gaz bitta yoqilgʻidan iborat emas. Aralashmada vodorod, uglerod monoksidi, turli uglevodorodlar, uglerod dioksidi va bugʻlangan karbonat asosli elektrolit komponentlari boʻlishi mumkin. Uglerod dioksidi kabi yonmaydigan komponentlar ham aralashmaga kirgani sababli anʼanaviy bir yoqilgʻili gaz tajribalarining natijalarini BESS sharoitlariga bevosita tatbiq qilib boʻlmaydi.

Gaz tarkibi batareya kimyosi va hujayra tuzilishiga qarab oʻzgaradi. Nikel-marganets-kobalt (NMC), nikel-kobalt-alyuminiy (NCA) va litiy temir fosfat (LFP) hujayralar bir xil miqdorda yoki bir xil tezlikda gaz chiqarmasligi mumkin. Tadqiqotda keltirilgan topilmalar uchuvchanligi yuqoriroq kimyoviy tizimlarda ajralish muddati qisqaroq boʻlishi mumkinligini koʻrsatadi.

Quyi yonuvchanlik chegarasi va 25 foiz LFL nimani anglatadi?

Quyi yonuvchanlik chegarasi (Lower Flammability Limit, LFL) gaz-havo aralashmasida alanga tarqalishi uchun yetarli yoqilgʻi boʻladigan eng past hajmiy konsentratsiyadir. Konsentratsiya LFL dan past boʻlsa, aralashma umuman olganda yonish uchun haddan tashqari kambagʻal hisoblanadi. Biroq gaz chiqish nuqtasiga yaqin sohalarda konsentratsiya qobiqning oʻrtacha konsentratsiyasidan ancha yuqori boʻlishi mumkin.

NFPA 69 ga asoslangan mexanik shamollatish yondashuvi umumiy gaz konsentratsiyasini LFLning 25 foizidan past ushlab turishni maqsad qiladi. Masalan, batareya gazining LFL qiymati 5,83 foiz boʻlsa, 25 foiz LFL taxminan 1,46 foiz hajmiy gaz konsentratsiyasiga toʻgʻri keladi. Bu chegara portlash yuz beradigan aniq nuqta emas, balki xavfsizlik zaxirasini oʻz ichiga olgan nazorat mezonidir.

UL 9540A sinovlarining loyihalashdagi roli nima?

UL 9540A batareya tizimlarida termik qochish va yongʻin tarqalishini turli miqyoslarda baholashga imkon beruvchi bosqichli sinov yondashuvidir. Tadqiqot portlashni nazorat qilish loyihasida uchta asosiy sinov darajasidan olinadigan maʼlumotlarni ajratib koʻrsatadi.

Hujayra darajasi

Bitta hujayra 100 foiz zaryad holatida termik qochishga majburlanadi. Boshlatish usuli avval ochiq muhitda belgilanadi; keyin bitta hujayra hajmiy kislorod ulushi 1 foizdan past boʻlgan bosim idishida sinaladi. Bu darajada hujayraning gaz chiqarish va termik qochish haroratlari, hosil boʻlgan gaz hajmi, gaz tarkibi, LFL, laminar yonish tezligi va maksimal portlash bosimi kabi parametrlar olinishi mumkin.

Modul darajasi

Modul sinovida termik qochish qoʻshni hujayralarga tarqalishi yoki tarqalmasligi va modul tashqarisiga qancha issiqlik chiqishi baholanadi. Konservativ joydagi hujayra yoki hujayralar termik qochishga majburlanadi. Issiqlik ajralish tezligi va ayrim gaz komponentlarining hosil boʻlishi hisobot qilinishi mumkin.

Blok va oʻrnatish darajasi

Blok sinovi yongʻinning qoʻshni stellajlarga tarqalishi, xavfsiz ajratish masofalari, nishon stellaj va devor haroratlari, issiqlik oqimi, tashqi alangalanish va otilib chiqqan qismlarni baholaydi. Oʻrnatish darajasidagi sinovlar esa oʻrnatilgan xavfsizlik choralarining funksional samaradorligi haqida maʼlumot berishi mumkin.

Nega UL 9540A maʼlumotlarining oʻzi yetarli emas?

Tadqiqotga koʻra, UL 9540A hisobotlari xavfni aniqlash uchun qimmatli boʻlsa-da, portlashni nazorat qilish hisobining barcha kirish maʼlumotlarini bevosita taqdim etmaydi. Ayniqsa, gazning vaqtga bogʻliq chiqish sarfi, umumiy ajralish muddati, hujayradagi chiqish teshigi oʻlchami, gazning chiqish tezligi va hujayralararo tarqalish muddati koʻplab hisobotlarda ochiq berilmaydi.

Hujayra gaz hajmi odatda 82 litrlik bosim idishida oʻtkazilgan bitta sinov va ideal gaz hisoblari orqali aniqlanadi. Tadqiqotda keltirilgan adabiyotlar sintezi umumiy oraliq sifatida kilovatt-soatiga taxminan 500-800 litr yonuvchi gaz hosil boʻlishi mumkinligini bildiradi. Biroq bu oraliqni muayyan batareya mahsuloti uchun bevosita loyihaviy qiymat sifatida ishlatib boʻlmaydi.

UL 9540A hujayra darajasida beshta sinovni oʻz ichiga olsa-da, ulardan toʻrttasi termik qochish boshlanish shartini aniqlash uchun ochiq muhitda, faqat bittasi esa gaz miqdori va tarkibi uchun bosim idishida oʻtkaziladi. Shu sababli gaz hajmi va tarkibi kabi muhim parametrlarda tajribalararo oʻzgaruvchanlikni hisoblash uchun yetarli takrorlar soni boʻlmasligi mumkin.

Nega gazning chiqish tezligi va muddati muhim?

Ayni umumiy gaz miqdori turli muddatlarda chiqqanda qobiq ichida bir xil xavfni tugʻdirmaydi. Gaz juda qisqa vaqtda chiqsa, shamollatish tizimi ishga tushishidan oldin yuqori mahalliy konsentratsiya paydo boʻlishi mumkin. Gaz uzoqroq vaqt davomida chiqsa, ventilyatorlarning aralashmani suyultirish ehtimoli oshishi mumkin, biroq hodisa davomiyligining uzayishi zaxira quvvat va tizim ishonchliligi talablarini kuchaytiradi.

Tadqiqotda keltirilgan misollarda 94 Ah NMC prizmatik hujayra gazini taxminan 7 soniyada chiqargani, 27 Ah LFP prizmatik hujayra uchun esa umumiy ajralish muddati 91 soniya deb oʻlchangani aytiladi. Tajribaviy tadqiqotlardan jamlangan gaz chiqish tezliklari taxminan 1-60 m/s oraligʻida.

Chiqish teshigi katta boʻlsa, gaz pastroq tezlikda va koʻtaruvchi kuch taʼsirida tarqalishi mumkin. Kichik teshik esa yuqori tezlikli oqim hosil qilishi mumkin. Momentum bilan harakatlanuvchi oqim qobiqdagi havo bilan boshqacha aralashgani sababli yonuvchi bulutning oʻlchami va joyi oʻzgaradi.

Hujayradan hujayraga tarqalish muddati loyihaga qanday taʼsir qiladi?

Termik qochishning bir hujayradan boshqasiga oʻtish muddati hodisaning umumiy davomiyligi va bir lahzalik gaz sarfini belgilovchi asosiy parametrlardan biridir. Tadqiqot kuzatilgan eng tez tarqalish muddatini barcha hujayralarga qoʻllash hodisa muddatini qisqartirib, yuqoriroq oniy xavf hosil qiluvchi konservativ faraz boʻlishi mumkinligini taʼkidlaydi.

Biroq haqiqiy hujayra nosozliklari stoxastikdir. Barcha hujayralar ayni vaqt oraligʻida va ayni shaklda ishdan chiqmasligi mumkin. Shu sababli bitta tarqalish ssenariysi oʻrniga turli gaz sarflari, kechikishlar va ishdan chiqqan hujayralar soni uchun sezgirlik tahlili oʻtkazilishi kerak.

NFPA 69 ga asoslangan faol portlashning oldini olish qanday ishlaydi?

NFPA 69 yondashuvida yonuvchi gaz sensorlar bilan aniqlanadi va mexanik chiqarish tizimi ishga tushirilib, gaz konsentratsiyasini 25 foiz LFL dan past ushlab turish maqsad qilinadi. Bu portlashning oldini olish usulidir; maqsad alangalanadigan atmosfera shakllanishiga yoʻl qoʻymaslikdir.

Tizimning muvaffaqiyati quyidagi hodisalar ketma-ketligining toʻliq ishlashiga bogʻliq:

1. Termik qochish gazi sensor aniqlay oladigan sohaga yetib borishi kerak.
2. Sensor kerakli gaz yoki gaz aralashmasiga yetarli sezgirlik bilan javob berishi kerak.
3. Aniqlash chegarasi va kechikish muddati mos boʻlishi kerak.
4. Nazorat tizimi ventilyatorlarga buyruq yuborishi kerak.
5. Ventilyatorlar zarur sarfga yetishi kerak.
6. Toza havo kirishlari va chiqarish teshiklari gazni samarali supurib chiqarishi kerak.
7. Elektr uzilganida yetarli vaqt ishlaydigan zaxira quvvat mavjud boʻlishi kerak.

Gaz ajralish sarfi ventilyatorni oʻlchamlashdagi eng muhim kirish maʼlumotlaridan biri, biroq UL 9540A hisobotlarida bevosita berilmaydi. Shu sababli loyihachilar sinov haroratlari, kuchlanish oʻzgarishlari, gaz hajmi va tarqalish xatti-harakatidan kelib chiqib manba hadini yaratishga majbur boʻlishi mumkin.

Umumiy konsentratsiya past boʻlganda mahalliy xavf yuzaga kelishi mumkinmi?

Ha. Butun qobiqning oʻrtacha gaz konsentratsiyasi 25 foiz LFL dan past qolsa ham, batareya moduli, kanal, issiq-sovuq yoʻlak yoki kichik quyi boʻlma ichida ushbu chegara oshib ketishi mumkin. Tadqiqotda oʻrganilgan uzunligi 53 ft boʻlgan tizimda umumiy qobiq NFPA 69 mezoniga javob bergan boʻlsa-da, sovitish uchun tashkil etilgan quyi boʻlmaning ayrim qismlarida 25 foiz LFL dan yuqori mahalliy konsentratsiyalar hisoblangan.

Bu natija faqat umumiy ichki hajmga asoslangan “yaxshi aralashgan muhit” hisobi murakkab BESS geometriyalarida chalgʻitishi mumkinligini koʻrsatadi. Sensor va ventilyator joylari, havo kanallari, stellajlar, modul ichlari va gaz harorati uch oʻlchovli taqsimotga taʼsir qiladi.

NFPA 68 ga asoslangan passiv portlashdan himoya qanday ishlaydi?

NFPA 68 yondashuvida qobiqning muayyan yuzalariga deflagratsiyani chiqarish panellari oʻrnatiladi. Ushbu panellar ichki bosim qobiqning konstruktiv chidamliligiga yetishidan oldin ochiladigan qilib loyihalanadi. Maqsad portlashning oldini olish emas, balki hosil boʻlgan bosimni xavfsiz yoʻnalishga chiqarib, qobiqning parchalanishini cheklashdir.

Tadqiqotda NFPA 68 hisobining asosiy oʻzgaruvchilari quyidagicha izohlangan:

• Zarur chiqarish maydoni (A_v0)
• Qobiqning ruxsat etilgan kamaytirilgan bosimi (P_red)
• Qobiqning umumiy sirt maydoni (A_s)
• Gaz-havo aralashmasining laminar yonish tezligi (S_u)
• Gaz zichligi va boshqa termofizik xususiyatlar
• Qobiq geometriyasi va ichki toʻsiqlar hosil qiladigan turbulentlik
• Chiqarish panelining ochilish bosimi, ogʻirligi va joyi
• Alangalanish joyi va yonuvchi bulut hajmi

Tadqiqotda NFPA 68 tenglamalari ochiq yozilmagan, oʻzgaruvchilar va qoʻllash chegaralari tushuntirilgan. Chidamliligi past qobiqlar uchun P_red qiymati 0,5 bar-g yoki undan past boʻlgan usul qoʻllanadi. BESS maqsadida ishlatiladigan ISO konteynerlarning odatiy chidamliligi 0,3 bar-g dan past boʻlishi, katta eshiklar va teshiklar esa bu chidamlilikni yanada kamaytirishi mumkinligi aytiladi.

Deflagratsiya paneli har qanday holatda yetarlimi?

Yoʻq. NFPA 68 ning empirik asosi asosan texnologik xavfsizlik tajribalariga tayanadi. Ushbu tajribalarda ishlatilgan qobiqlar katta batareya stellajlari bilan toʻldirilgan zamonaviy BESS konteynerlaridan farq qilishi mumkin. Tajribalar koʻpincha bitta yonuvchi gaz bilan oʻtkaziladi, batareya gazi esa koʻplab yonuvchi va yonmaydigan komponentlarni oʻz ichiga oladi.

Preskriptiv hisoblar koʻpincha butun hajm bir jinsli va stoxiometrik aralashma bilan toʻlganini faraz qiladi. Bu faraz konservativ boʻlishi mumkin, ammo juda katta panel maydonlarini keltirib chiqarishi mumkin. Kichikroq qisman yonuvchi hajm ishlatilsa, umumiy gaz ajralishi, taqsimoti va aralashma konsentratsiyasi muhandislik tahlili bilan asoslanishi kerak.

Passiv tizimning yana bir cheklovi panel ochilishi uchun alangalanish talab qilinishidir. Gaz alangalanmasa, qobiqda qolishda davom etishi mumkin. Bunday vaziyatda uzoq muddatli monitoring, gazni nazoratli ravishda chiqarish va aralashuv guruhlari xavfsizligi uchun qoʻshimcha usullar kerak.

Nega yongʻinni oʻchirish va portlashni nazorat qilish birgalikda loyihalanishi kerak?

Bir xavf uchun koʻrilgan chora boshqa xavfni ogʻirlashtirishi mumkin. Tadqiqotda aerozol yoki toza gazli oʻchirish tizimlari dastlabki alangani bostirishi, ammo termik qochishni toʻxtatadigan sovitish quvvatiga ega boʻlmasligi mumkinligi aytiladi. Oʻchirish moddasi qobiq ichida 10-20 daqiqa ushlab turilishi kerak boʻlsa, shu vaqt davomida batareya gazi toʻplanishda davom etishi mumkin.

Oʻchirish moddasi, havo va batareya gazidan iborat aralashmani keyinchalik shamollatishga toʻgʻri kelishi mumkin. Aksincha, yongʻin vaqtida portlashning oldini olish ventilyatorlarining xato bilan ishga tushishi kislorodga kambagʻal hajmga toza havo olib kirib, yongʻinni kuchaytirishi mumkin. Shu sababli yongʻinni aniqlash, oʻchirish, gazni aniqlash, favqulodda shamollatish va panel orqali chiqarishni bir-biridan mustaqil loyihalash yetarli emas.

Qaysi modellashtirish usullari baholangan?

NFPA 69 qoʻlda hisoblashlari

NFPA 69 Ilova D gazni aniqlash vaqtini va zarur chiqarish ventilyatori sarfini taxminiy hisoblash uchun ishlatilishi mumkin. Usul muhit toʻliq aralashganini faraz qiladi. Shu sababli issiq gazlarning shiftda qatlamlanishi, sensor joylari, ventilyator va panjara joylashuvi, ichki toʻsiqlar hamda uch oʻlchovli oqim yoʻllarini bevosita hisobga olmaydi. Asosiy geometrik kirish maʼlumoti koʻpincha qobiqning erkin havo hajmidir.

NFPA 68 preskriptiv hisoblari

Ushbu usul qobiq chidamliligi, gazning yonish xususiyatlari, chiqarish paneli va geometrik turbulentlik tuzatishlaridan foydalanib, zarur panel maydonini belgilaydi. Hisob natijasi gazning laminar yonish tezligi va yonuvchi bulut butun hajmni yoki faqat uning bir qismini egallashi haqidagi farazga oʻta sezgir.

FDS modeli

Fire Dynamics Simulator (FDS) AQSh Milliy Standartlar va Texnologiya Instituti tomonidan ishlab chiqilgan Dekart toʻriga asoslangan yongʻin va oqim modelidir. Tadqiqotda FDS issiq batareya gazining murakkab qobiqda tarqalishini, haroratlarni va sensor muayyan chegaraga yetganda shamollatishning ishga tushishini modellashtirish uchun ishlatilishi mumkinligi aytiladi.

FLACS modeli

FLACS yonuvchi gaz taqsimoti va portlash oqibatlarini hisoblashda ishlatiladigan CFD vositasidir. Taqsimlangan gʻovaklilik/qarshilik yondashuvi tufayli toʻrdan kichik toʻsiqlar taʼsirini ifodalay oladi. Gaz taqsimotidan tashqari, alangalanishdan keyin hosil boʻladigan ortiqcha bosimni ham hisoblay oladi.

Konstruktiv oʻzaro taʼsir

Deflagratsiya vaqtida bosim toʻlqini bilan qobiq konstruksiyasi oʻrtasidagi oʻzaro taʼsirni toʻliq modellashtirish uchun CFD va chekli elementlar tahlilini birlashtirish kerak. Tadqiqotga koʻra, soha koʻpincha loyihaviy bosim oquvchanlik chegarasidan past qolishini faraz qilib, qobiqni bikr deb qabul qiladi. Bu faraz hisoblashni osonlashtiradi, ammo eshiklar, panellar va devorlarning deformatsiyasini bevosita yechmaydi.

Katta miqyosli tajribalar nimani koʻrsatadi?

Tadqiqotda keltirilgan katta miqyosli sinov dasturida 20 ft ISO konteynerini ifodalovchi qobiqqa 14 ta stellaj va har bir stellajga 10 tadan soxta modul joylashtirilgan. Tomda har biri 1 m × 1 m boʻlgan toʻrtta deflagratsiya paneli ishlatilgan. Litiy-ion batareya gazini ifodalovchi sintetik aralashma turli sarflarda qobiqqa berilib, yonuvchi bulut hosil qilingan va kechiktirib alangalandirilgan.

Jami 27 ta sinovda gaz taqsimoti, ortiqcha bosim, alanga tarqalishi va chiqarish panellarining xatti-harakati oʻlchangan. Ushbu dasturning asosiy maqsadi NFPA 68 hisoblari va CFD modellari uchun BESS geometriyasiga yaqinroq tekshiruv maʼlumotlar toʻplamini yaratishdir. Biroq sintetik gaz haqiqiy hujayralardan chiqadigan issiq, zarrachali va vaqt oʻtishi bilan oʻzgaradigan gazni toʻliq ifodalashi yoki ifodalamasligini haqiqiy batareyali tajribalar bilan baholash kerak.

Portlashning oldini olish vaziyat tahlillarining asosiy natijasi nima?

Portlashning oldini olish tahlillari gaz manba hadi faqat umumiy miqdor sifatida emas, balki vaqtga bogʻliq sarf shaklida aniqlanishi kerakligini koʻrsatadi.

Uzunligi 40 ft boʻlgan namunaviy tizim 4,2 MWh sigʻimga, taxminan 13.385 ft³ erkin havo hajmiga ega va 22 ta batareya stellajini oʻz ichiga olgan loyihadir. Har bir stellajda 12 ta modul mavjud. Modelda ishlatilgan 94 Ah NMC hujayra uchun 226 gramm gazdan iborat, 31 foiz vodorod, 30 foiz uglerod dioksidi, 21 foiz uglerod monoksidi va qolgan qismi uglevodorodlardan tashkil topgan tarkib faraz qilingan. Le Chatelier yondashuvi bilan LFL 5,83 foiz deb baholangan.

Doimiy ajralish modelida gaz 10 daqiqa davomida 4,9 g/s sarf bilan berilgan. Uzlukli modelda har bir hujayra jufti 40 soniya gaz chiqargan va keyingi juftlikning termik qochishigacha jami 90 soniyalik hujayralararo kechikish faraz qilingan. Uzlukli ajralishda 11,3 g/s choʻqqi sarf yuzaga kelgan. Bu farq ayni umumiy xavfning vaqt boʻyicha taqsimlanishi shamollatish samaradorligini oʻzgartirishini koʻrsatadi.

Nega 53 ft qobiqda mahalliy xavf davom etgan?

Sigʻimi 4,6 MWh boʻlgan 53 ft Powin Stack 360 loyihasida 14 ta kichik batareya bloki, har bir blokda 23 ta modul va alohida ventilyator-kanal tuzilishi mavjud. Ishlatilgan 280 Ah LFP hujayralar uchun LFL 6,14 foiz deb berilgan.

Umumiy qobiq darajasida gaz ajralishining ikkala ssenariysi ham 25 foiz LFL dan past qolgan. Biroq sovitish maqsadida tashkil etilgan quyi boʻlmada oʻtkazilgan alohida CFD tahlili ayrim sohalar 25 foiz LFL dan oshganini koʻrsatgan. Bu topilma umumiy hajmning oʻrtacha qiymati modul atrofidagi gaz choʻntaklarini yashirishi mumkinligini koʻrsatadi.

Tadqiqotda keltirilgan alohida garaj tajribasida 320 litr LFP turidagi termik qochish gazi garaj eshigini joyidan chiqarib, qulflash mexanizmiga yengil shikast yetkazgani bildirilgan. Bu hajm bir yoki ikkita 280 Ah LFP hujayra chiqarishi mumkin boʻlgan gaz miqdoriga oʻxshash ekani taʼkidlangan. Tajribada yoqilgʻiga boy aralashma qop ichida ishlatilgani sababli haqiqiy BESS taqsimotini toʻliq ifodalamasligi ham hisobga olinishi kerak.

Laminar yonish tezligi chiqarish paneliga qanday taʼsir qiladi?

Laminar yonish tezligi bir jinsli va turbulentsiyasiz yoqilgʻi-havo aralashmasida alanga frontining yonmagan aralashmaga nisbatan harakatlanish tezligidir. Ushbu tezlik oshgani sari bosim tezroq hosil boʻladi va ayni qobiqni himoya qilish uchun kattaroq chiqarish maydoni kerak boʻlishi mumkin.

Ikkita namunaviy BESS geometriyasi uchun bajarilgan toʻliq hajmli NFPA 68 hisoblari quyidagi natijalarni bergan:

Matnda yuqori yonish tezligi 107 cm/s, jadvalda esa 106 cm/s deb yozilgan. Ushbu kichik sonli nomuvofiqlik sababli qiymat taxminan 106-107 cm/s shaklida keltirilgan.

Kichik qobiqda stoxiometrik sharoitga yetish uchun gaz tarkibiga qarab taxminan 859-1.481 litr gaz zarurligi hisoblangan. Bu miqdor taxminan 3-6 ta 280 Ah LFP hujayraga toʻgʻri keladi. Hujayradan hujayraga tarqalishdagi noaniqlik sababli qisman hajm farazini faqat kerakli panel maydonini kamaytirish uchun ishlatish toʻgʻri emas; ajralishi mumkin boʻlgan umumiy gaz miqdori asoslanishi kerak.

FLACS portlash tahlillari nimani koʻrsatdi?

20 ft ISO turidagi BESS qobigʻi uchun bajarilgan FLACS tahlilida erkin havo hajmi 6,1 m³, ichki tuzilish toʻrtta batareya stellaji va har bir stellajda sakkizta modul sifatida belgilangan. Modullarda EVE yoki CATL ishlab chiqargan 280 Ah LFP hujayralar faraz qilingan. Model 5 cm toʻr oraligʻi, standart k-epsilon turbulentlik modeli, beta yonish modeli va 0,7 m × 1,6 m oʻlchamdagi bitta tom chiqarish panelidan foydalangan.

Alangalanish joyi ham natijani sezilarli oʻzgartirgan. Matnda yuqoridan alangalanishda 0,23 bar-g, pastdan alangalanishda 2,15 bar-g hisoblangani aytiladi. Biroq izoh paragrafi 2,15 bar-g qiymatini CATL hujayrasiga bogʻlagan boʻlsa, 4-jadval ayni qiymatni EVE hujayrasi uchun koʻrsatadi; jadvalda CATL uchun 1,19 bar-g yozilgan. Tadqiqot bu nomuvofiqlikni izohlamagani sababli qiymatlar indamay tuzatilmagan.

Jismoniy nuqtayi nazardan, pastdan alangalanish alanganing yuqoriga harakatlanayotganda stellajlar va toʻsiqlar orasida uzunroq va turbulent yoʻldan oʻtishiga sabab boʻlishi mumkin. Biroq bu mexanizm har bir BESS geometriyasida bir xil kattalikdagi bosim farqini yuzaga keltirishi tadqiqot tomonidan isbotlanmagan.

Haqiqiy BESS portlashi qanday talqin qilingan?

Tadqiqot Arizona shtatining Surprise shahridagi APS BESS hodisasining avval nashr etilgan tahlilini ham baholagan. Inshoot 2 MW quvvat va 2 MWh energiya sigʻimiga, 27 ta batareya stellajiga hamda 392 Ah NMC paket hujayralarga ega edi.

Termik qochishdan keyin NOVEC 1230 toza gazli oʻchirish moddasi chiqarilgan, keyinchalik oʻt oʻchiruvchilar eshikni ochganda ichkariga havo kirib, kislorod yonuvchi gaz bilan aralashgan. Fotosuratlar asosidagi baholashda deflagratsiya bosimi taxminan 0,10-0,17 bar-g, eshiklarning umumiy chiqarish maydoni taxminan 4,6 m² deb taxmin qilingan.

Hodisani tushuntirish uchun baholangan ssenariylarda yonuvchi aralashma qobiq hajmining taxminan 11-22 foizini egallagan boʻlishi mumkinligi va aralashmaning taxminiy yonish tezligi 0,18-0,22 m/s boʻlgani haqida xulosaga kelingan. Bular hodisa vaqtida bevosita oʻlchangan qiymatlar emas, balki shikast va geometriyadan orqaga qarab chiqarilgan taxminlardir.

Faol va passiv tizimlardan birgalikda foydalanish mumkinmi?

Tadqiqot gaz ajralishi va termik qochish tarqalishidagi noaniqlik sababli mexanik chiqarish bilan deflagratsiya chiqarish panellarini birgalikda baholash mumkinligini taʼkidlaydi. Loyihalash usullaridan biri asosiy muvofiqlik usuli, ikkinchisi esa zaxira xavfsizlik qatlami sifatida ishlatilishi mumkin.

Biroq ikkala tizimni ayni qobiqqa qoʻshishning oʻzi xavfsizlikni isbotlamaydi. Ventilyatorlar hosil qiladigan havo oqimi gaz taqsimoti va yongʻinga, panellarning joylashuvi esa shamollatish yoʻliga taʼsir qilishi mumkin. Nazorat mantiqi, quvvat yoʻqolishi, texnik xizmat, sensor nosozligi va aralashuv ssenariylari birgalikda tahlil qilinishi kerak.

Tadqiqot qoʻllab-quvvatlaydigan natijalar qanday?

• BESS portlashini nazorat qilish faqat batareyaning energiya sigʻimi yoki umumiy gaz hajmiga qarab loyihalanmasligi kerak.
• Gaz ajralish sarfi va vaqt profili mexanik shamollatish samaradorligini sezilarli oʻzgartirishi mumkin.
• Butun qobiqda oʻrtacha konsentratsiyaning past boʻlishi kichik boʻlmalarda xavfli gaz choʻntaklari hosil boʻlmasligini isbotlamaydi.
• Laminar yonish tezligi oshgani sari zarur deflagratsiyani chiqarish maydoni qoʻllash mumkin boʻlgan chegaralardan oshishi mumkin.
• Alangalanish joyi, ichki toʻsiqlar va turbulentlik choʻqqi ortiqcha bosimga sezilarli taʼsir qilishi mumkin.
• UL 9540A sinovlari qimmatli boʻlsa-da, barcha model kirish maʼlumotlari va parametr noaniqliklarini bermaydi.
• CFD natijalari sezgirlik tahlili va BESSga xos tajribaviy tekshiruvsiz qatʼiy haqiqat sifatida qabul qilinmasligi kerak.
• Yongʻinni oʻchirish va portlashni nazorat qilish tizimlari umumiy xavf tahlili doirasida loyihalanishi kerak.

Tadqiqot nimani isbotlamaydi?

• Muayyan ventilyator sarfi barcha BESS mahsulotlarida xavfsiz ekanini isbotlamaydi.
• 25 foiz LFL dan past umumiy oʻrtacha qiymat barcha mahalliy sohalarni xavfsiz qilishini koʻrsatmaydi.
• NFPA 68 ga koʻra hisoblangan panel maydoni haqiqiy BESS portlashida albatta yetarli boʻlishini isbotlamaydi.
• FDS yoki FLACS modellaridan biri barcha BESS geometriyalari uchun qatʼiy ravishda aniqroq ekanini koʻrsatmaydi.
• Sintetik gaz sinovlari haqiqiy batareya termik qochishini barcha tafsilotlari bilan ifodalashini isbotlamaydi.
• Bitta sinovdan olingan gaz hajmi va tarkibi ayni mahsulotdagi barcha hujayralarni ifodalashini koʻrsatmaydi.
• Har bir termik qochish deflagratsiyaga aylanishini yoki bir xil hodisalar ketma-ketligida kechishini daʼvo qilmaydi.
• Shimoliy Amerika standartlarini Turkiyada bevosita va oʻzgartirishsiz qoʻllash kerakligini aytmaydi.
• Muayyan tijoriy BESS mahsuloti dala sharoitida xavfsiz ekanini tasdiqlamaydi.

Bu Turkiya nuqtayi nazaridan nimani anglatadi?

Tadqiqot asoslangan NFPA 68, NFPA 69, NFPA 855 va UL 9540A Shimoliy Amerika markazli standartlardir. Shu sababli tadqiqotni Turkiyadagi ruxsat berish, mehnat salomatligi va xavfsizligi, yongʻin qoidalari yoki elektr inshootlari qonunchiligi oʻrnida ishlatib boʻlmaydi.

Biroq xavfni manba hadi orqali aniqlash, gaz taqsimotini uch oʻlchovli baholash, mahalliy quyi boʻlmalarni oʻrganish, sensor-ventilyator kechikishlarini hisobga olish, chiqarish paneli maydonini gaz yonish tezligiga qarab belgilash va modellarni katta miqyosli tajribalar bilan tekshirish mamlakat chegaralaridan mustaqil muhandislik tamoyillaridir. Turkiyada oʻrnatiladigan konteyner turidagi energiya saqlash inshootlarida ushbu oʻzgaruvchilarni loyiha xususiyatiga qarab baholash va faqat mahsulot sertifikati yoki nominal shamollatish sarfiga tayanmaslik zarurligini koʻrsatadi.

Tadqiqot usuli va natijalari

Tadqiqot dizayni

Tadqiqot yangi nazoratli laboratoriya tajribasi yoki mustaqil dala sinovi emas. U texnik standartlar, UL 9540A sinov tuzilishi, nashr etilgan tajribalar, avvalgi CFD tahlillari va haqiqiy hodisa baholashlarini birlashtiruvchi muhandislik qoʻllanmasi va miqdoriy vaziyatlar sintezidir.

Miqdoriy tahlil uchun zarur kirish maʼlumotlari

Eng muhim texnik topilmalar

1. 40 ft NMC misolida doimiy 4,9 g/s ajralish 22,2 foiz LFL hosil qilgan, choʻqqi sarfi 11,3 g/s boʻlgan uzlukli ajralish esa 25,3 foiz LFL hosil qilgan.
2. 53 ft LFP qobigʻida umumiy konsentratsiya 15,4-17,8 foiz LFL oraligʻida qolgan, biroq bir quyi boʻlmada mahalliy 25 foiz LFL oshgan.
3. Laminar yonish tezligining 48 cm/s dan taxminan 106-107 cm/s gacha oshishi 20 ft konteyner uchun zarur panel maydonini 6,5 m² dan 18,2 m² gacha koʻtargan.
4. 20 ft FLACS modelida panel ochilmagan toʻliq hajm ssenariysi 6,5 bar-g choʻqqi bosim hosil qilgan.
5. Ayni modelda 1,12 m² panel mavjud boʻlgan toʻliq hajm ssenariylari 1,19 va 2,15 bar-g hosil qilgan; panel mavjudligi ortiqcha bosimni maqbul darajaga kamaytirmagan.
6. Qisman hajm, tabiiy shamollatish va panel birgalikda ishlatilgan ssenariylar 0,06 bar-g hosil qilgan; biroq bu qiymat konstruktiv xavfsizlik kafolati sifatida baholanmagan.
7. Alangalanish joyi uchun keltirilgan hisoblarda yuqoridan va pastdan alangalanish oʻrtasida taxminan bir kattalik tartibiga yetadigan farq kuzatilgan.
8. Katta miqyosli tajribalar BESSga xos model tekshiruv maʼlumotlarini yaratish mumkinligini, ammo haqiqiy batareyali tekshiruvga hanuz ehtiyoj borligini koʻrsatgan.

Tadqiqotning kuchli tomonlari

• Portlash xavfini batareya, qobiq, ishlatish va xavfsizlik tizimi kirishlari bilan yaxlit holda koʻrib chiqadi.
• Faol va passiv himoya usullarini ayni muhandislik doirasida taqqoslaydi.
• Umumiy gaz miqdori bilan birga vaqtga bogʻliq manba hadi va mahalliy konsentratsiyalarni ajratib koʻrsatadi.
• Qoʻlda hisoblashlar, CFD modellari va katta miqyosli sinovlardan qaysi maqsadda foydalanish mumkinligini farqlaydi.
• Nashr etilgan vaziyat natijalarini umumiy jadvallarda taqqoslab, loyiha sezgirliklarini koʻrinadigan qiladi.
• Modellashtirish farazlari va maʼlumotlar yetishmovchiligini ochiq hujjatlashtirishni tavsiya qiladi.

Tadqiqotning cheklovlari

• Tadqiqot taqrizdan oʻtmagan preprintdir.
• Yangi va mustaqil tajribaviy maʼlumotlar toʻplamini taqdim etmaydi.
• Vaziyat tahlillarining muhim qismi mualliflar yoki boshqa tadqiqotchilarning avvalgi ishlaridan jamlangan.
• Qoʻllangan standartlar Shimoliy Amerika meʼyorlariga asoslanadi.
• UL 9540A maʼlumotlaridagi takrorlar soni va manba hadi tafsilotlari cheklangan.
• FDS va FLACS uchun turli BESS loyihalarini qamrab oluvchi keng tekshiruv maʼlumotlar toʻplamlari mavjud emas.
• Sintetik gaz tajribalari haqiqiy hujayra ajralishining barcha jismoniy va kimyoviy xususiyatlarini ifodalamasligi mumkin.
• 4-jadval bilan izoh matni oʻrtasida hujayra turi va 2,15 bar-g natijasi boʻyicha nomuvofiqlik mavjud.
• Yuqori laminar yonish tezligi matnda 107 cm/s, tegishli jadvalda 106 cm/s deb yozilgan.
• Prasanna Chinnathambi muassasasining yuqori belgisi muallif va muassasa satrlarida izchil emas.

Kelajakda qanday tekshiruvlar zarur?

Tadqiqotchilar UL 9540A hisobotlarida gaz hajmi qanday hisoblangani, sinov videolari, gaz chiqadigan joy, teshik oʻlchami, ajralish sarfi va chiqish tezligi kabi maʼlumotlarni batafsilroq taqdim etishni tavsiya qiladilar. Muhim kirish maʼlumotlari uchun takroriy sinovlar va noaniqlik oraliqlari zarur.

NFPA 68 baholashlarida bir jinsli toʻliq hajm faraziga qoʻshimcha ravishda gaz taqsimoti hisoblaridan foydalanish; yonuvchanlik xususiyatlarini faqat bitta aralashma uchun emas, balki gaz konsentratsiyasining funksiyasi sifatida aniqlash tavsiya etiladi. CFD modellari esa BESSga xos, katta miqyosli va imkoni boʻlsa haqiqiy batareyali tajribalar bilan tekshirilishi kerak.

Manba va usul haqida izoh

Tadqiqotning toʻliq asl nomi: Explosion Control Guidance for Lithium-Ion Based Battery Energy Storage System Installations

Mualliflar: Anil Kapahi, Stefan Kraft va Prasanna Chinnathambi.

Mualliflar tartibi: Anil Kapahi birinchi, Stefan Kraft ikkinchi, Prasanna Chinnathambi uchinchi muallif.

Teng hissa haqidagi maʼlumot: Teng birinchi muallif yoki teng hissa bayonoti mavjud emas.

Masʼul muallif: Anil Kapahi.

Muassasalar: Anil Kapahi va Prasanna Chinnathambi, Jensen Hughes, Inc., Research, Development, Testing and Evaluation, Baltimore, Maryland, AQSh; Stefan Kraft, Solstice Advanced Materials, Inc., Morris Plains, New Jersey, AQSh. Prasanna Chinnathambi uchun ishlatilgan muassasa yuqori belgisida matn ichidagi “a/c” nomuvofiqligi bor; muassasa nomi va korporativ elektron pochta Jensen Hughes bilan bogʻliqlikni koʻrsatadi.

DOI: 10.2139/ssrn.7203430

Jurnal: Taqrizdan oʻtgan jurnalda chop etilgani ushbu nusxa orqali tasdiqlanmagan.

Nashr platformasi: SSRN.

Platforma egasi: Elsevier Inc. SSRN taqrizli jurnal emas, balki preprint va dastlabki tadqiqot platformasidir.

Nashr yili: 2026.

Manba turi: Taqrizdan oʻtmagan texnik preprint; standartlar sharhi, muhandislik qoʻllanmasi, adabiyotlar sintezi va miqdoriy vaziyatlar tahlili.

Rasmiy havola:https://ssrn.com/abstract=7203430

Nusxa izohi: SSRNda ayni nom bilan 10.2139/ssrn.5735692 DOI raqamiga ega, ikki muallifli eskiroq qayd ham mavjud. Ushbu eski qayd bilan oʻrganilgan uch muallifli 7203430 qaydi oʻrtasidagi rasmiy nusxa munosabati aniq tasdiqlanmagani sababli manba identifikatori sifatida yuklangan joriy nusxa asos qilib olingan.

Ushbu maqola yuklangan tadqiqot matni, jadvallari, vaziyat tahlillari va natijalari asosida tayyorlangan. Tadqiqotda boʻlmagan yangi tajriba natijasi, tijoriy mahsulot xavfsizligi daʼvosi, qonunchilikka muvofiqlik tasdigʻi yoki dala muvaffaqiyati qoʻshilmagan. Tashqi bibliografik tekshiruv faqat mualliflar, DOI, platforma va nashr holatini tasdiqlash maqsadida oʻtkazilgan.

Ushbu tadqiqot taqrizdan oʻtmagan preprintdir; uning natijalari ushbu cheklov hisobga olingan holda oʻqilishi kerak. Tadqiqot yangi mustaqil tajribaviy tekshiruvni taqdim etmaydi va muayyan BESS loyihasi xavfsizligini hujjatlashtirmaydi. Hisoblashlar turli manba tadqiqotlari, batareya kimyolari, qobiq geometriyalari va model farazlariga asoslanadi. Haqiqiy loyiha uchun batareya ishlab chiqaruvchisining sinov maʼlumotlari, loyiha geometriyasi, mahalliy qonunchilik, konstruktiv chidamlilik, yongʻin tizimi, gazni aniqlash tizimi va favqulodda aralashuv ssenariysi alohida baholanishi kerak.