UL9540A: 2025 Interpretación de los métodos de prueba y evaluación de propagación de incendios por fuga térmica para sistemas de almacenamiento de energía.

En los últimos años, con el rápido desarrollo de la industria mundial de almacenamiento de energía, la capacidad instalada de Sistemas de almacenamiento de energía con baterías de iones de litio (BESS)El riesgo de incendio ha seguido aumentando. Sin embargo, la seguridad de los sistemas de almacenamiento de energía siempre ha sido una preocupación central, especialmente con la creciente frecuencia de incendios y explosiones provocados por fugas térmicas. Estos no solo amenazan la seguridad personal, sino que también pueden provocar pérdidas materiales masivas.

En este contexto, la norma UL9540A se ha consolidado como la guía global de referencia para las pruebas de seguridad de los sistemas de almacenamiento de energía. Cada actualización de esta norma genera una gran atención en la industria. El 12 de marzo de 2025, UL publicó oficialmente la norma UL9540A.ANSI/CAN/UL9540A-2025 "Prueba de propagación de incendios por fugas térmicas para sistemas de almacenamiento de energía en baterías", que actualiza exhaustivamente los métodos de prueba y evaluación para la propagación de incendios por fugas térmicas. El objetivo es proporcionar herramientas de validación más científicas y rigurosas para el diseño seguro de sistemas de almacenamiento de energía. Este artículo ofrece un análisis exhaustivo de las principales innovaciones de la norma actualizada desde la perspectiva de los detalles técnicos, la lógica de prueba y el impacto en la industria.

¿Por qué se han vuelto fundamentales las pruebas de propagación de incendios por fugas térmicas?

1. Naturaleza y peligros de la fuga térmica

El descontrol térmico se refiere a una reacción en cadena exotérmica autosostenida en baterías de iones de litio, desencadenada por cortocircuitos internos, sobrecarga, daños mecánicos, etc. Se caracteriza por un aumento rápido de la temperatura (superior a 800 °C), expulsión de gases (incluidos gases inflamables y explosivos) y posibles reacciones en cadena en celdas adyacentes, que finalmente resultan en incendios a nivel del sistema.

2. Limitaciones de las pruebas tradicionales

Las normas anteriores se centraban principalmente en las pruebas de seguridad de celdas individuales o módulos pequeños. Sin embargo, los sistemas de almacenamiento de energía suelen constar de miles o incluso decenas de miles de celdas, con diseños estructurales y condiciones térmicas complejos, lo que dificulta la predicción de las vías de propagación del fuego. Los métodos tradicionales no reflejan adecuadamente los riesgos reales de propagación del fuego.

3. Avances en la norma UL9540A:2025

La edición 2025 introduce, por primera vez, una “marco de evaluación de la propagación de incendios por desbordamiento térmico a escala real y a nivel de sistema”, Se enfatizan las pruebas progresivas de varios niveles desde la celda → módulo → gabinete → sistema completo. Construye modelos de riesgo utilizando datos cuantificables para respaldar la optimización del diseño.

Mejoras fundamentales en los métodos de prueba UL9540A:2025

1. Niveles de prueba refinados

La nueva versión define cuatro niveles de prueba progresivos, cada uno con objetivos claros:

• Nivel 1 (Nivel celular):Determinar las condiciones de activación del descontrol térmico (por ejemplo, penetración de clavos, umbral de temperatura de la placa calefactora), los materiales expulsados ​​y las características de la combustión.
• Nivel 2 (Nivel de módulo):Evalúa la velocidad de propagación, la distribución de la temperatura y la trayectoria de difusión del gas cuando una sola celda entra en una situación de descontrol térmico.
• Nivel 3 (Nivel de Unidad - Gabinete/Subsistema):Simule condiciones reales de disipación de calor y diseños estructurales, analice la extensión de la propagación de la llama, la concentración de humo y la toxicidad.
• Nivel 4 (Nivel de instalación - Sistema completo):Integre sistemas de extinción de incendios y ventilación para verificar la eficacia de la mitigación a nivel del sistema.

Requisito clave:Las pruebas deben usar equivalentes de producción.Sistema de gestión de la calidad(Sistemas de gestión de baterías) y diseños de gestión térmica para garantizar la autenticidad de los datos.

 

Interpretación de la prueba de propagación del fuego por fuga térmica

2. Dimensiones ampliadas de la recopilación de datos

La edición de 2025 añade varias métricas críticas:

• Parámetros termodinámicos:Tasa de aumento de la temperatura de la superficie celular, curvas de variación de la presión interna;
• Análisis de gases:Monitoreo en tiempo real de gases nocivos como hidrógeno, CO y fluoruro de hidrógeno (HF);
• Velocidad de propagación de la llama:Cuantificado mediante cámaras de alta velocidad e imágenes térmicas infrarrojas;
• Eficacia de los supresores de incendios:Evaluación de agentes como FK-5-1-12 y agua nebulizada para suprimir el descontrol térmico.

Perspectiva:Los datos multidimensionales permiten la construcción de un "mapa de propagación de fugas térmicas" que puede orientar la optimización en el espaciamiento de celdas, materiales de aislamiento y estrategias de extinción de incendios.

3. Escenarios obligatorios de fallo de múltiples celdas

Para abordar los problemas de la industria, la nueva norma exige probar dos escenarios extremos:

• Posición de celda en el peor de los casos:Elija la celda con la peor disipación de calor como punto de activación;
• Falla simultánea de múltiples celdas:Simular el efecto de múltiples eventos simultáneos de descontrol térmico en caso de fallas graves (por ejemplo, mal funcionamiento del BMS).

Caso práctico:Un fabricante descubrió durante una prueba que cuando una celda de borde entraba en una situación de fuga térmica, el marco metálico del gabinete conducía el calor, acelerando el calentamiento de los módulos adyacentes, lo que condujo a una mejora del diseño con recubrimientos de barrera térmica.

Tres innovaciones importantes en el proceso de evaluación

1. Diseño de umbrales de seguridad basados ​​en el riesgo

UL9540A:2025 introduce el concepto de Tiempo de propagación de la fuga térmica (TRPT), requiriendo que los diseños de sistemas deben satisfacer:
TRPT ≥ T (T = tiempo de respuesta al incendio + tiempo de evacuación del personal).

El tiempo de respuesta ante incendios debe adaptarse a las aplicaciones específicas (p. ej., residenciales o de red). Para sistemas de red,TRPT ≥ 30 minutosPor lo general, se requiere para garantizar que los sistemas contra incendios puedan activarse a tiempo.

2. Simulación acoplada y validación en el mundo real

La norma fomenta el uso de Tecnología de gemelos digitales, donde se utilizan simulaciones de CFD (Dinámica de Fluidos Computacional) para predecir las trayectorias de propagación antes de las pruebas físicas, y se utilizan datos de prueba reales para calibrar el modelo. Este enfoque reduce significativamente los costos de prueba, especialmente en sistemas a gran escala.

3. Informes obligatorios de evaluación dinámica

La versión 2025 requiere que los informes de pruebas incluyan:

• Análisis de sensibilidad de las condiciones de activación de la fuga térmica;
• Diferencias de propagación a diferentes temperaturas ambientales (20 °C a 50 °C);
• El impacto del envejecimiento (por ejemplo, después de 5000 ciclos) en la seguridad.

Importancia:Cambia el enfoque de simplemente "pasar la prueba" a "diseño de seguridad de por vida".

Resumen de los impactos clave

1. Flexibilidad mejorada:Los métodos opcionales de calentamiento por rampa y FTIR brindan flexibilidad en las pruebas.
2. Amplia aplicabilidad:Agrega cobertura de pruebas para baterías de plomo-ácido, níquel-cadmio y de alta temperatura.
3. Seguridad mejorada:Los criterios revisados ​​de propagación de llamas y los nuevos análisis de deflagración reducen los riesgos de propagación del fuego.
4. Pruebas simplificadas:Las pruebas residenciales ahora permiten configuraciones de pared de prueba, lo que reduce potencialmente la complejidad de las pruebas.

Esta versión enfatiza Claridad, seguridad e inclusión técnica, alineándose con el desarrollo de la tecnología de baterías y las necesidades regulatorias cambiantes.

Impacto en la industria y respuestas recomendadas

1. Mayores barreras técnicas que impulsan la innovación

• Nivel celular:Los electrolitos de alta estabilidad (por ejemplo, de estado semisólido) y los separadores resistentes a altas temperaturas se vuelven esenciales;
• Nivel del sistema:Los materiales de cambio de fase, el aislamiento de aerogel y los diseños de ventilación direccional ganan popularidad;
• Sistemas de protección contra incendios:La supresión de múltiples niveles (por ejemplo, inhibidores a nivel celular + agua nebulizada a nivel de gabinete) se vuelve común.

2. Desafíos de costos y tiempo en las pruebas

Las pruebas completas de cuatro niveles pueden tardar más de seis meses y costar más de un millón de dólares. Recomendaciones:

• Colaborar desde el principio con los organismos de certificación para desarrollar planes de pruebas previas;
• Utilice diseños modulares para minimizar las pruebas repetidas;
• Únase a alianzas industriales para compartir algunos datos de prueba.

3. Un “pasaporte” para el acceso al mercado global

La norma UL 9540A no solo es obligatoria en EE. UU. y Canadá, sino que también se ha adoptado ampliamente a nivel internacional, y se menciona en las normativas de instalación de sistemas de almacenamiento de energía en Singapur, Malasia y Victoria (Australia). La versión de 2025 se ajusta aún más a la norma GB/T36276 de China, lo que facilita la expansión internacional de las empresas chinas.

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Conclusión

UL 9540A evalúa la seguridad del sistema en caso de propagación de incendio por descontrol térmico y es el único estándar de consenso al que se hace referencia para pruebas de incendio a gran escala en NFPA 855.

La liberación de UL9540A:2025 marca un cambio respecto a respuesta reactiva a prevención proactivaEn seguridad de almacenamiento de energía. Para los fabricantes, esto no solo representa un desafío de cumplimiento normativo, sino también una oportunidad para obtener una ventaja competitiva mediante un diseño de seguridad diferenciado. De cara al futuro, con la integración de la IA y las tecnologías avanzadas de detección, las pruebas de fugas térmicas pueden generar alertas tempranas de alta precisión y en tiempo real, y la base de ese futuro reside en la profunda comprensión e implementación de las normas actuales.