UL9540A : 2025 Interprétation des méthodes d'essai et d'évaluation de la propagation d'un incendie par emballement thermique pour les systèmes de stockage d'énergie !

Ces dernières années, avec le développement rapide de l'industrie mondiale du stockage d'énergie, la capacité installée de Systèmes de stockage d'énergie par batterie lithium-ion (BESS)a continué de croître. Cependant, la sécurité des systèmes de stockage d'énergie a toujours été une préoccupation majeure, notamment avec la fréquence croissante des incendies et des explosions provoqués par un emballement thermique. Ces incidents menacent non seulement la sécurité des personnes, mais peuvent également entraîner des pertes matérielles considérables.

Dans ce contexte, la norme UL9540A s'est imposée comme le guide mondial de référence pour les tests de sécurité des systèmes de stockage d'énergie. Chaque mise à jour de cette norme suscite un intérêt considérable au sein du secteur. Le 12 mars 2025, UL a officiellement publié ANSI/CAN/UL9540A-2025 « Tests de propagation d'incendie par emballement thermique pour les systèmes de stockage d'énergie par batterie », qui améliore considérablement les méthodes d'essai et d'évaluation de la propagation des incendies par emballement thermique. L'objectif est de fournir des outils de validation plus scientifiques et plus rigoureux pour la conception sûre des systèmes de stockage d'énergie. Cet article propose une analyse approfondie des principales innovations de la norme mise à jour, du point de vue des détails techniques, de la logique d'essai et de l'impact sur l'industrie.

Pourquoi les tests de propagation d'incendie par emballement thermique sont-ils devenus essentiels ?

1. La nature et les dangers de l'emballement thermique

L'emballement thermique fait référence à une réaction en chaîne exothermique auto-entretenue dans les batteries lithium-ion, déclenchée par des courts-circuits internes, une surcharge, des dommages mécaniques, etc. Elle se caractérise par une augmentation rapide de la température (supérieure à 800 °C), une éjection de gaz (y compris des gaz inflammables et explosifs) et des réactions en chaîne potentielles dans les cellules adjacentes, entraînant finalement des incendies au niveau du système.

2. Limites des tests traditionnels

Les normes antérieures se concentraient principalement sur les tests de sécurité des cellules individuelles ou des petits modules. Cependant, les systèmes de stockage d'énergie sont généralement constitués de milliers, voire de dizaines de milliers de cellules, dont les structures et les conditions thermiques sont complexes, ce qui rend les voies de propagation du feu difficiles à prévoir. Les méthodes traditionnelles ne reflètent pas adéquatement les risques réels de propagation du feu.

3. Avancées dans la norme UL9540A:2025

L'édition 2025 introduit, pour la première fois, un « Cadre d'évaluation de la propagation d'un incendie d'emballement thermique à grande échelle et à l'échelle du système », Mettant l'accent sur les tests progressifs à plusieurs niveaux, de la cellule → module → armoire → système complet. Il construit des modèles de risque à partir de données quantifiables pour soutenir l'optimisation de la conception.

Mises à niveau principales des méthodes de test UL9540A:2025

1. Niveaux de test affinés

La nouvelle version définit quatre niveaux de test progressifs, chacun avec des objectifs clairs :

• Niveau 1 (Niveau Cellulaire) :Déterminer les conditions de déclenchement de l'emballement thermique (par exemple, la pénétration du clou, le seuil de température de la plaque chauffante), les matériaux éjectés et les caractéristiques de combustion.
• Niveau 2 (Niveau du module) :Évaluez la vitesse de propagation, la distribution de température et le chemin de diffusion du gaz lorsqu'une seule cellule entre dans un emballement thermique.
• Niveau 3 (Niveau de l'unité - Armoire/Sous-système) :Simulez des conditions réelles de dissipation de chaleur et des conceptions structurelles, analysez l'étendue de la propagation des flammes, la concentration de fumée et la toxicité.
• Niveau 4 (Niveau d'installation - Système complet) :Intégrer les systèmes de suppression des incendies et de ventilation pour vérifier l'efficacité de l'atténuation au niveau du système.

Exigence clé :Les tests doivent utiliser des équivalents de production BMS(Systèmes de gestion de batterie) et conceptions de gestion thermique pour garantir l'authenticité des données.

 

Interprétation du test de propagation d'un incendie par emballement thermique

2. Dimensions élargies de la collecte de données

L'édition 2025 ajoute plusieurs indicateurs critiques :

• Paramètres thermodynamiques :Taux d'augmentation de la température de la surface cellulaire, courbes de variation de la pression interne ;
• Analyse des gaz :Surveillance en temps réel des gaz nocifs comme l'hydrogène, le CO et le fluorure d'hydrogène (HF) ;
• Vitesse de propagation de la flamme :Quantifié à l'aide de caméras à grande vitesse et d'imagerie thermique infrarouge ;
• Efficacité des extincteurs :Évaluation d'agents comme le FK-5-1-12 et le brouillard d'eau pour supprimer l'emballement thermique.

Aperçu :Les données multidimensionnelles permettent la construction d'une « carte de propagation d'emballement thermique » qui peut guider l'optimisation de l'espacement des cellules, des matériaux d'isolation et des stratégies de lutte contre les incendies.

3. Scénarios de défaillance multicellulaire obligatoires

Pour répondre aux difficultés du secteur, la nouvelle norme impose de tester deux scénarios extrêmes :

• Position de cellule dans le pire des cas :Choisissez la cellule avec la plus faible dissipation thermique comme point de déclenchement ;
• Défaillance multicellulaire simultanée :Simulez l'effet de plusieurs événements d'emballement thermique simultanés en cas de défaillances graves (par exemple, dysfonctionnement du BMS).

Étude de cas :Un fabricant a découvert lors de tests que lorsqu'une cellule périphérique entrait en emballement thermique, le cadre métallique de l'armoire conduisait la chaleur, accélérant le chauffage des modules adjacents, ce qui a conduit à une mise à niveau de la conception avec des revêtements de barrière thermique.

Trois innovations majeures dans le processus d'évaluation

1. Conception du seuil de sécurité basé sur le risque

UL9540A:2025 introduit le concept de « Temps de propagation de l'emballement thermique (TRPT) », exigeant que les conceptions de systèmes satisfassent :
TRPT ≥ T (T = temps de réponse incendie + temps d'évacuation du personnel).

Le temps de réponse en cas d'incendie doit être adapté à chaque application (par exemple, résidentiel ou côté réseau). Pour les systèmes côté réseau,TRPT ≥ 30 minutesest généralement nécessaire pour garantir que les systèmes d'incendie peuvent s'activer à temps.

2. Simulation couplée et validation en conditions réelles

La norme encourage l'utilisation de technologie du jumeau numériqueLes simulations CFD (dynamique des fluides numérique) permettent de prédire les chemins de propagation avant les essais physiques, et les données de test réelles servent à calibrer le modèle. Cette approche réduit considérablement les coûts de test, en particulier pour les systèmes à grande échelle.

3. Rapports d'évaluation dynamique obligatoires

La version 2025 exige que les rapports de test incluent :

• Analyse de sensibilité des conditions de déclenchement d'emballement thermique ;
• Différences de propagation à des températures ambiantes variables (20°C à 50°C) ;
• L'impact du vieillissement (par exemple, après 5 000 cycles) sur la sécurité.

Importance :Déplace l'accent de la simple « réussite du test » vers la « conception de la sécurité à vie ».

Aperçu des principaux impacts

1. Flexibilité améliorée :Les méthodes optionnelles de chauffage par FTIR et par rampe offrent une flexibilité de test.
2. Applicabilité plus large :Ajoute une couverture de test pour les batteries au plomb-acide, au nickel-cadmium et à haute température.
3. Sécurité améliorée :Les critères de propagation des flammes révisés et la nouvelle analyse de la déflagration réduisent les risques de propagation du feu.
4. Tests simplifiés :Les tests résidentiels permettent désormais la configuration de murs de test, réduisant potentiellement la complexité des tests.

Cette version met l'accent sur clarté, sécurité et inclusivité technique, en s'alignant sur le développement de la technologie des batteries et l'évolution des besoins réglementaires.

Impact sur l'industrie et réponses recommandées

1. Des barrières techniques plus élevées stimulent l'innovation

• Niveau cellulaire :Les électrolytes à haute stabilité (par exemple, semi-solides) et les séparateurs résistants aux hautes températures deviennent essentiels ;
• Niveau du système :Les matériaux à changement de phase, l'isolation en aérogel et les conceptions de ventilation directionnelle gagnent en popularité ;
• Systèmes de protection incendie :La suppression à plusieurs niveaux (par exemple, inhibiteurs au niveau cellulaire + brouillard d'eau au niveau de l'armoire) devient courante.

2. Défis liés au coût et au temps des tests

Un test complet à quatre niveaux peut prendre plus de six mois et coûter plus d'un million de dollars américains. Recommandations :

• Collaborer dès le début avec les organismes de certification pour élaborer des plans de pré-test ;
• Utiliser des conceptions modulaires pour minimiser les tests répétés ;
• Rejoignez des alliances industrielles pour partager des données de test.

3. Un « passeport » pour l'accès au marché mondial

La norme UL 9540A est non seulement une norme obligatoire aux États-Unis et au Canada, mais elle est également largement adoptée à l'échelle internationale : elle est référencée dans les réglementations d'installation des systèmes de stockage d'énergie à Singapour, en Malaisie et à Victoria, en Australie. La version 2025 s'aligne davantage sur la norme chinoise GB/T36276, facilitant ainsi le développement des entreprises chinoises à l'international.

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Conclusion

La norme UL 9540A évalue la sécurité du système en cas de propagation d'un incendie par emballement thermique et constitue la seule norme consensuelle référencée pour les essais d'incendie à grande échelle dans NFPA 855.

La sortie de UL9540A:2025 marque un changement par rapport à réponse réactive à prévention proactiveen matière de sécurité du stockage d'énergie. Pour les fabricants, il s'agit non seulement d'un défi de conformité, mais aussi d'une opportunité de prendre l'avantage sur le marché grâce à une conception de sécurité différenciée. À l'avenir, grâce à l'intégration de l'IA et de technologies de détection avancées, les tests d'emballement thermique pourraient permettre d'obtenir des alertes précoces de haute précision en temps réel. Cet avenir repose sur une compréhension approfondie et la mise en œuvre des normes actuelles.