UL 9540A Certificación de Prueba de Incendio a Gran Escala: El Sistema de Almacenamiento de Energía de Fosfato de Hierro y Litio de ACE Refuerza la Seguridad contra Incendios en Centros de Datos

Los centros de datos albergan infraestructura de cálculo crítica y grandes cantidades de datos críticos para los negocios. Un evento de temperatura descontrolada en un sistema de almacenamiento de energía de batería de ion litio (BESS) puede desencadenar una secuencia de fallos en cadena, que va desde el tiempo de inactividad del equipo y la pérdida de datos hasta pérdidas financieras significativas y, en el peor de los casos, un incendio a gran escala con consecuencias graves para la seguridad.

Con la introducción de la sexta edición de UL 9540A, las pruebas de incendio a gran escala a nivel de instalación (LSFT) se han convertido en un requisito importante de cumplimiento para aplicaciones de almacenamiento de energía indoor. El rendimiento al fuego a nivel de celda en sí mismo no es suficiente para demostrar la seguridad a nivel del sistema. La protección efectiva debe impedir la propagación del fuego entre módulos, armarios y equipos adyacentes dentro del centro de datos.

La arquitectura de almacenamiento de energía de tres niveles desarrollada internamente por ACE establece una barrera de seguridad contra incendios multinivel que abarca los niveles de celda, módulo y armario. El sistema ha completado con éxito las pruebas preliminares a gran escala de incendio a nivel de instalación UL 9540A, demostrando un enfoque integral para contención de la propagación térmica y control de incendios en despliegues de centros de datos de alta densidad.

I. Seguridad a nivel de celda: Química de fosfato de litio hierro inherentemente estable

Las celdas LFP proporcionan una base electroquímica estable para la gestión térmica y la mitigación del riesgo de incendio. En comparación con las químicas de ion litio ternarias, la estructura cristalina olivina de LFP muestra mayor estabilidad térmica y limita la liberación de oxígeno reactivo durante la falla térmica, reduciendo las condiciones que pueden contribuir a la combustión rápida.

El diseño de seguridad a nivel de celda de ACE incorpora las siguientes características:

• Formulación de celda con baja liberación de calor: La formulación está diseñada para reducir la liberación total de calor durante un evento de propagación térmica a nivel de celda, ayudando a mantener el calor generado por una falla localizada dentro de un rango controlable.
• Clasificación y selección de celdas de alta consistencia: Un proceso de cribado riguroso identifica y elimina las celdas con resistencia interna o características de voltaje anormales, reduciendo la probabilidad de defectos latentes que causan cortocircuitos internos.
• Separador de cerámica-compuesto y electrolito resistente a altas temperaturas: Estas dos medidas de protección aumentan la estabilidad térmica y retrasan el inicio y el aumento de la fuga térmica. Durante la prueba de incendio UL 9540A, la celda activada experimentó fuga térmica e inició un incendio gradual, sin deflagración instantánea ni ejección de escombros fundidos a alta temperatura, reduciendo así los factores iniciales térmicos y mecánicos del propagación del fuego.

II. Aislamiento a nivel de módulo: Protección de cuatro capas para contener un incendio localizado

El módulo representa una barrera intermedia crítica contra la propagación del calor y el fuego. ACE integra aislamiento térmico, compartimentación y liberación de presión controlada para crear un recinto resistente al fuego independiente para cada módulo.

• Disposición de celdas serpentina y gradiente de resistencia térmica: Se incorporan canales de aislamiento térmico entre las celdas, mientras que los materiales con resistencia térmica graduada reducen progresivamente la transferencia de calor lateral y ayudan a evitar que las celdas adyacentes alcancen condiciones de ignición.
• aislamiento compuesto resistente al calor: el módulo está encapsulado con materiales de aislamiento térmico resistentes al fuego diseñados para soportar temperaturas extremas y limitar la transferencia de calor radiante entre módulos adyacentes.
• Evacuación direccional de gases combustibles y control de presión limitado por oxígeno: Los gases combustibles generados durante la falla térmica se dirigen hacia fuera a través de caminos de descarga dedicados. Un entorno de micro-presión positiva controlada dentro del módulo también ayuda a limitar la entrada de oxígeno externo y suprimir la combustión sostenida.
• Compartimentos sellados independientes: Cada módulo está físicamente aislado de forma que el calor generado por la combustión en un módulo se contiene dentro de su compartimento y no se transfiere fácilmente a los módulos adyacentes.

Los resultados de las pruebas de incendio a gran escala demostraron que, después de que se encendió el módulo de disparo, la combustión permaneció localizada y avanzó gradualmente. Los módulos adyacentes dentro del mismo armario no mostraron fuego o retroalimentación térmica observada, mientras que el voltaje y la temperatura de las celdas permanecieron dentro de los rangos normales de operación. Estos resultados respaldan el objetivo del sistema de prevenir la propagación de la retroalimentación térmica entre los módulos.

III. Protección contra incendios a nivel de armario: Contener la propagación entre armarios adyacentes

En centros de datos de alta densidad, los armarios colocados cerca crean un camino potencial para que el calor y el humo se propaguen de un armario de almacenamiento de energía a otro. La arquitectura de protección térmica a nivel de armario de ACE proporciona una capa adicional de contención.

• Interlayers resistentes al fuego y aislantes térmicos: El aislamiento resistente al fuego de alta resistencia se incorpora en la estructura del armario, con barreras independientes contra el fuego entre los armarios para limitar la radiación de alta temperatura y la migración de humo.
• Camino de alivio de presión y evacuación integrados: Canales dedicados dirigen los gases de combustión a alta temperatura lejos de los armarios adyacentes y las áreas de circulación principales del centro de datos.
• Armario de chapa metálica resistente al fuego de alta resistencia: La estructura del gabinete está diseñada para mantener su integridad bajo condiciones térmicas severas, reduciendo la probabilidad de deformación, agrietamiento o escape de llamas a áreas comunes de equipos.

Durante la prueba de incendio a gran escala a nivel de estantería UL 9540A, un módulo en la estantería de disparo fue sometido intencionalmente a una cascada térmica y se quemó. Las estanterías objetivo adyacentes no mostraron llama abierta observada o cascada térmica, y los módulos de batería dentro de esas estanterías permanecieron sin daño. Los resultados demuestran un contención efectiva de la propagación del incendio bajo la configuración probada.

IV. UL 9540A Verificación de Prueba de Incendio a Gran Escala: Pruebas Completas de Seguridad a Nivel del Sistema

La prueba se realizó de acuerdo con el método de prueba a gran escala de nivel de instalación UL 9540A, sexta edición, utilizando una configuración que pretendía representar una aplicación de centro de datos, incluyendo alimentación completa del sistema y múltiples armarios instalados uno al lado del otro. Los sistemas activos de supresión de incendios se desactivaron durante la prueba para aumentar la gravedad del escenario de propagación térmica.

Las observaciones clave de la prueba incluyeron:

• La celda de batería activada sufrió una reacción térmica y se incendió gradualmente, sin observarse explosión o ejección de escombros a alta temperatura. 
• Módulos adyacentes dentro del mismo gabinete no mostraron fuego o propagación térmica observados, y sus parámetros de operación de celdas permanecieron dentro de los rangos normales.
• Los armarios de objetivo adyacentes no mostraron penetración de alta temperatura observada en el armario, y no se observó fuego o propagación térmica dentro de sus módulos de batería.
• Tras la combustión, no se observó reencendido. El gabinete de disparo está estructuralmente intacto, y los gabinetes adyacentes pueden reutilizarse directamente.

Donde muchas soluciones de la industria se centran en la prueba en solo uno o dos niveles del sistema de batería, el enfoque de ACE extiende las pruebas a gran escala de incendio UL 9540A a los niveles de celda, módulo y gabinete/rack. Esta validación multilayer puede apoyar la revisión de seguridad contra incendios y la documentación de cumplimiento para proyectos de almacenamiento de energía en centros de datos en América del Norte y China, al mismo tiempo que ayuda a agilizar las evaluaciones de protección contra incendios y reducir la necesidad de modificaciones posteriores del sistema.

V. Valor de la aplicación en escenarios de centros de datos

• Implementación de alta densidad: La arquitectura integrada de contención de incendios del sistema puede reducir la dependencia de grandes zonas adicionales de separación contra incendios, ayudando a preservar el espacio útil del centro de datos y a apoyar una mayor densidad de almacenamiento de energía.
• Posiblemente menor complejidad en la protección contra incendios: Las estructuras de aislamiento térmico pasivo y resistente al fuego pueden complementar las medidas activas de protección contra incendios a nivel del sitio y pueden reducir la necesidad de equipos adicionales dedicados, sujeto a los códigos, estándares y requisitos de autoridad aplicables.
• Control de riesgos de operación y mantenimiento: Al limitar fallas y eventos de incendio a módulos o gabinetes localizados, el arquitectura está diseñada para facilitar la respuesta a incidentes específicos y minimizar la interrupción innecesaria en toda la sala de servidores.
• Asistencia de cumplimiento internacional: Un informe de prueba de incendio a gran escala UL 9540A completado puede proporcionar documentación técnica importante para implementaciones de centros de datos en el extranjero y proyectos de infraestructura transfronteriza, sujeto a aprobación reguladora local.
• Longa vida útil de la tecnología LFP: la química LFP combina una estabilidad térmica fuerte con una larga vida útil del ciclo, lo que la hace adecuada para aplicaciones que requieren tanto energía de respaldo 24/7 como almacenamiento de energía para reducir picos y rellenar valles.

Conclusión

La seguridad de la almacenamiento de energía no es un desafío de protección de un solo punto; es una disciplina de ingeniería de sistemas que se extiende desde la celda de la batería al entorno completo del centro de datos. La arquitectura de almacenamiento de energía LFP de tres niveles de ACE combina el control térmico a nivel de celda, la aislación independiente de los módulos y el contención de incendios a nivel de armario para abordar el riesgo de incendio en cadena causado por la fuga térmica.

Apoyado por los resultados del ensayo de incendio a gran escala UL 9540A, este arquitectura de seguridad multinivel está diseñada para ayudar a los centros de datos a lograr un equilibrio práctico de densidad de implementación, preparación para el cumplimiento, resiliencia operativa y seguridad contra incendios. Para la infraestructura de cálculo crítica y los datos críticos para los negocios, ACE ofrece un enfoque de seguridad de almacenamiento de energía basado en la contención, la propagación controlada y la verificación a nivel del sistema.