UL 9540A Certification d'essai au feu à grande échelle : le système de stockage d'énergie à phosphate de lithium fer de ACE renforce la sécurité incendie des centres de données

Les centres de données hébergent l'infrastructure informatique critique et de grandes quantités de données critiques pour les entreprises. Un événement de surchauffe thermique dans un système de stockage d'énergie à batteries lithium-ion (BESS) peut déclencher une séquence de pannes en chaîne, allant de la panne d'équipement et la perte de données à des pertes financières importantes, et, dans le pire des cas, un incendie à grande échelle avec des conséquences graves en termes de sécurité.

Avec l'introduction de la sixième édition de UL 9540A, les essais au feu à grande échelle au niveau d'installation (LSFT) sont devenus une exigence de conformité importante pour les applications de stockage d'énergie en intérieur. Les performances au feu au niveau des cellules seules ne suffisent pas à démontrer la sécurité au niveau du système. Une protection efficace doit empêcher la propagation du feu entre les modules, les étagères et les équipements adjacents au sein du centre de données.

La architecture de stockage d'énergie en phosphate de lithium fer (LFP) développée internement par ACE établit une barrière de sécurité contre l'incendie multilayer s'étendant aux niveaux de la cellule, du module et de l'étagère. Le système a réussi à accomplir avec succès le test préliminaire à grande échelle d'incendie au niveau d'installation UL 9540A, démontrant une approche globale de confinement de la surchauffe thermique et de contrôle de la propagation du feu pour les déploiements de centres de données à haute densité.

I. Sécurité au niveau cellulaire : Chimie de phosphate de fer lithium intrinsèquement stable

Les cellules LFP fournissent une base électrochimique stable pour la gestion thermique et la mitigation du risque d'incendie. Par rapport aux chimies de batteries lithium-ion ternaires, la structure cristalline olivine de la LFP présente une plus grande stabilité thermique et limite le dégagement d'oxygène réactif en cas de surchauffe, réduisant ainsi les conditions pouvant contribuer à une combustion rapide.

La conception de sécurité au niveau des cellules d'ACE intègre les fonctionnalités suivantes :

• Formulation de cellule à faible dégagement de chaleur : La formulation est conçue pour réduire le dégagement total de chaleur lors d'un événement de surchauffe au niveau de la cellule, aidant à maintenir la chaleur générée par une panne localisée dans une plage contrôlable.
• Grading et tri des cellules à forte cohérence : un processus de sélection rigoureux identifie et élimine les cellules présentant une résistance interne ou des caractéristiques de tension anormales, réduisant ainsi les risques de défauts latents causés par des courts-circuits internes.
• Separateur en céramique-composite et électrolyte résistant à haute température : Ces deux mesures de protection augmentent la stabilité thermique et retardent le déclenchement et l'aggravation de la surchauffe. Lors du test d'incendie UL 9540A, la cellule déclenchée a subi une surchauffe et s'est enflammée progressivement, sans déflagration instantanée ni éjection de débris fondus à haute température, réduisant ainsi les facteurs initiaux thermiques et mécaniques de propagation d'incendie.

II. Isolation au niveau du module : Protection en quatre couches pour contenir un incendie localisé

Le module représente une barrière intermédiaire critique contre la chaleur et la propagation du feu. ACE intègre l'isolation thermique, la compartimentation et la relâche de pression contrôlée pour créer une enceinte résistante au feu indépendante pour chaque module.

• Disposition des cellules serpentine et gradient de résistance thermique : Des canaux d'isolation thermique sont intégrés entre les cellules, tandis que les matériaux à résistance thermique progressive réduisent progressivement le transfert de chaleur latéral et aident à empêcher les cellules adjacentes d'atteindre des conditions d'allumage.
• Isolation composite résistant à la haute température : le module est encapsulé avec des matériaux d'isolation thermique ignifuges conçus pour résister aux températures extrêmes et limiter le transfert de chaleur par rayonnement entre les modules adjacents.
• Évacuation directionnelle des gaz combustibles et contrôle de la pression limitant l'oxygène : Les gaz combustibles générés pendant la défaillance thermique sont évacués par des chemins d'évacuation dédiés. Un environnement à micro-pression positive contrôlée à l'intérieur du module aide également à limiter l'intrusion d'oxygène extérieur et à supprimer la combustion continue.
• Compartiments scellés indépendants : Chaque module est physiquement isolé de sorte que la chaleur générée par la combustion dans un module reste contenue dans son compartiment et n'est pas facilement transférée vers les modules adjacents.

Les résultats des essais à grande échelle ont démontré que, après l'allumage du module déclencheur, la combustion est restée localisée et s'est développée progressivement. Les modules adjacents situés dans le même bac n'ont présenté aucun feu ou défaillance thermique observée, tandis que la tension et la température des cellules sont restées dans les plages normales de fonctionnement. Ces résultats soutiennent l'objectif du système de prévenir la propagation de la défaillance thermique entre les modules.

III. Protection contre les incendies au niveau des armoires : contenir la propagation entre les armoires adjacentes

Dans les centres de données à haute densité, les baies serrées créent un chemin potentiel pour que la chaleur et la fumée se propagent d'un meuble de stockage d'énergie à un autre. L'architecture de protection thermique au niveau des baies d'ACE apporte une couche supplémentaire de confinement.</p>

• Intercalaires résistants au feu et isolants thermiques : Un isolation résistante au feu à haute résistance est intégrée dans la structure du meuble, avec des barrières incendie indépendantes entre les meubles pour limiter le rayonnement à haute température et la migration de la fumée.
• Voies de décharge et d'évacuation intégrées : Des canaux dédiés dirigent les gaz de combustion à haute température loin des armoires adjacentes et des zones de circulation principales du centre de données.
• Boîtier en tôle résistant au feu à haute résistance : La structure du boîtier est conçue pour maintenir son intégrité en cas de conditions thermiques sévères, réduisant ainsi les risques de déformation, de fissuration ou d'évasion de la flamme vers les zones d'équipement commun.

Lors de l'essai au feu à grande échelle au niveau du rack UL 9540A, un module du rack de déclenchement a été volontairement exposé à une dégradation thermique et a pris feu. Les racks cibles adjacents n'ont présenté aucun feu visible ou dégradation thermique, et les modules de batterie situés dans ces racks n'ont subi aucun dommage. Les résultats montrent une containment efficace de la propagation du feu dans la configuration testée.

IV. UL 9540A Vérification du test de feu à grande échelle : Preuve complète de la sécurité au niveau du système

Le test a été effectué conformément à la méthode de test au feu à grande échelle de niveau d'installation de la sixième édition UL 9540A, en utilisant une configuration destinée à représenter une application de centre de données, comprenant l'alimentation complète du système et plusieurs étagères installées côte à côte. Les systèmes de suppression active du feu ont été désactivés pendant le test afin d'augmenter la sévérité de la situation de dérive thermique.

Les observations clés comprenaient :

• La cellule de batterie déclenchée a subi une dégradation thermique et s'est enflammée progressivement, sans explosion ou éjection de débris à haute température observée. 
• Les modules adjacents dans le même coffret n'ont présenté aucun feu ou défaillance thermique observée, et leurs paramètres de fonctionnement des cellules sont restés dans des plages normales.
• Les étagères cibles adjacentes n'ont montré aucune pénétration à haute température observée dans l'armoire, et aucun feu ou propagation thermique n'a été observé au sein de leurs modules de batterie.
• Après combustion, aucune ré-ignition n'a été observée. Le panneau de déclenchement est intact structurellement, et les panneaux adjacents peuvent être réutilisés directement.

Où de nombreuses solutions industrielles se concentrent sur les tests à un seul ou deux niveaux du système de batterie, l'approche d'ACE étend les essais de feu à grande échelle UL 9540A à travers les niveaux de cellule, de module et de coffret/réseau. Cette validation multilayer peut soutenir la revue de sécurité contre le feu et la documentation de conformité pour les projets de stockage d'énergie dans les centres de données en Amérique du Nord et en Chine, tout en facilitant l'harmonisation des évaluations de protection contre le feu et en réduisant le besoin de modifications ultérieures du système.

V. Valeur d'application dans les scénarios de centre de données

• Implantation à haute densité : L'architecture intégrée de confinement des incendies du système peut réduire la dépendance aux grandes zones supplémentaires de séparation contre l'incendie, aidant à préserver l'espace au sol des centres de données précieux et à soutenir une densité d'énergie de stockage plus élevée.
• Complexité de protection contre les incendies potentiellement plus faible : Les structures d'isolation thermique passive et résistantes au feu peuvent compléter les mesures actives de protection contre les incendies au niveau du site et peuvent réduire le besoin d'équipements supplémentaires dédiés, sous réserve des codes, normes et exigences de l'autorité applicables.
• Contrôle des risques d'exploitation et de maintenance : En limitant les pannes et les événements incendie à des modules ou armoires localisés, l'architecture est conçue pour faciliter une réponse ciblée aux incidents et minimiser les perturbations inutiles dans l'ensemble du centre de données.
• Support de conformité internationale : Un rapport complet d'essai au feu à grande échelle UL 9540A peut fournir des documents techniques importants pour les déploiements de centres de données à l'étranger et les projets d'infrastructure transfrontaliers, sous réserve de l'approbation réglementaire locale.
• Longue durée de vie de la technologie LFP : la chimie LFP combine une forte stabilité thermique et une longue durée de cycle, ce qui en fait un choix adapté aux applications nécessitant à la fois une alimentation de secours 24/7 et un stockage d'énergie pour le délestage et le remplissage de creux.

Conclusion

La sécurité de stockage d'énergie n'est pas un défi de protection à un seul point ; c'est une discipline de génie système qui s'étend depuis la cellule de batterie jusqu'à l'environnement complet du centre de données. L'architecture en trois niveaux en stockage d'énergie LFP d'ACE combine le contrôle thermique au niveau de la cellule, l'isolation indépendante des modules et la contenance des incendies au niveau de l'armoire pour faire face au risque d'incendie en chaîne causé par la fuite thermique.

Appuyé par les résultats d'essai au feu à grande échelle UL 9540A, cet architecture de sécurité multilayers est conçu pour aider les centres de données à atteindre un équilibre pratique entre la densité de déploiement, la préparation à la conformité, la résilience opérationnelle et la sécurité contre les incendies. Pour les infrastructures informatiques critiques et les données critiques pour l'entreprise, ACE propose une approche de sécurité des stockages d'énergie axée sur la containment, la propagation contrôlée et la vérification au niveau du système.