Использование литий-ионных аккумуляторных ячеек в крупномасштабных системах хранения энергии — довольно новая практика, и Национальная ассоциация противопожарной защиты (NFPA) хотела узнать больше о том, что произойдет, если одна из них загорится.
Tesla разработала свой Powerpack с приоритетом безопасности и была готова подвергнуть свою аккумуляторную систему испытаниям. В прошлом году компания объединилась с NFPA и предоставила им два Powerpack для поджига. Мы ознакомились с результатами их испытаний.
Хотя аккумуляторные ячейки вряд ли инициируют реакцию теплового разгона и загорятся, все же может произойти самое худшее, и, учитывая количество ячеек, с которыми работает Tesla, компания должна быть к этому готова.
Прежде всего, краткое напоминание об архитектуре Powerpack. Недавно Tesla представила Powerpack второго поколения с новыми аккумуляторными ячейками и некоторыми улучшениями в своих блоках и модулях, но общая архитектура аналогична первому поколению, которое тестировали компания и NFPA.
Powerpack состоит из 16 отдельных «энергетических блоков» — те же блоки используются в Powerwall, но с одним блоком на Powerwall вместо 16 на Powerpack. В Powerpack первого поколения каждый из этих блоков состоит примерно из 900 аккумуляторных ячеек, разделенных на два модуля, что составляет около 14 400 аккумуляторных ячеек в Powerpack — или 100 кВт⋅ч энергоемкости.
Вот схема блока и фотография Powerpack с 16 блоками внутри:
В двери имеется система охлаждения, а выхлопная система соединяет каждый блок с вентиляционным отверстием наверху стального корпуса (что сыграет роль позже).
Для первого испытания NFPA попыталась смоделировать, что произойдет, если одна или несколько ячеек в одном блоке войдут в режим теплового разгона. Разорвется ли блок? Перейдет ли реакция на другие блоки? Загорится ли или взорвется весь Powerpack? Давайте узнаем.
Они установили нагревательный картридж внутри одного из модулей блока, расположенного в центре Tesla Powerpack.
Вот установка в начале испытания:
Они включили нагревательный картридж, который вывел систему охлаждения за пределы ее возможностей, и, хотя было зафиксировано, что ячейки/модуль перегреваются, это не было целью испытания. Они дождались теплового разгона, и первый «хлопок» от взрывающихся ячеек был услышан через 12 минут.
Чуть более чем через полчаса из выхлопного отверстия блока начал выходить белый дым:
Это газ, образующийся в результате разложения ячеек, который эвакуируется.
Хлопки продолжали раздаваться еще около 15 минут, и после их прекращения дым начал рассеиваться в течение 45 минут.
Через 1 час 30 минут после начала испытания дым перестал выходить из вентиляционного отверстия:
Ничего не взорвалось. Какая скука.
Из испытания они узнали, что Powerpack не только не взорвался и не загорелся, но и огонь, созданный нагревательным картриджем, не распространился на другие блоки.
Фактически, NFPA обнаружила, что 15 других блоков остались работоспособными:
«По результатам испытания было установлено, что поврежден только один энергетический блок (блок-инициатор). Остальные 15 блоков остались работоспособными и имели полный заряд. Энергетические блоки были разряжены, а Powerpack утилизирован.»
Это очень хорошая новость. Это означает, что Powerpack не может стать причиной пожара: даже в маловероятном случае взрыва одной или нескольких ячеек, он будет локализован внутри блока и не высвободит всю энергоемкость Powerpack в 100 кВт⋅ч.
Но что, если Powerpack не является источником пожара, но пожар происходит вокруг Powerpack? Взорвется ли он и усугубит ли ситуацию? На этот вопрос они попытались ответить во втором, более эффектном испытании.
Они установили пропановую горелку, чтобы имитировать постоянный огонь прямо сбоку Powerpack.
Вот установка:
Они включили горелку.
Через 20 минут:
В течение первых ~35 минут интенсивного огня, горящего сбоку Powerpack, ничего не происходило, но затем из вентиляционного отверстия начал выходить белый дым.
Хлопки начались через 45 минут.
Через 1 час:
Из задней панели Powerpack начали вырываться устойчивые языки пламени.
После примерно 15 минут хлопков они выключили горелку и позволили дальнейшему тепловому разгону Powerpack сделать свое дело.
Через 1 час 30 минут:
На этом этапе огонь начал усиливаться.
Через 2 часа:
Продолжаются хлопки, поскольку более 14 000 ячеек внутри блока продолжают взрываться.
Через 2 часа 30 минут:
Хотя на этом этапе пламя очень сильное, сам блок не взрывается. Блоки заключены в стальной корпус, который предотвращает выход наружу продуктов отказа ячеек, и, в свою очередь, стальной корпус Powerpack удерживает все внутри, пока ячейки индивидуально взрываются.
Через 3 часа:
Огонь начинает стихать, и слышен последний хлопок.
Через 3 часа 44 минуты:
Последнее видимое пламя погасло, и испытание было завершено.
По итогам испытания они, что неудивительно, обнаружили, что «все энергетические блоки были повреждены, и в Powerpack не осталось остаточной энергии».
NFPA пришла к выводу, что длительное воздействие огня снаружи Powerpack действительно может вызвать тепловой разгон Powerpack, но они обнаружили, что последствия были ограничены самим блоком и не распространялись:
«Однако во время испытания не наблюдалось никаких сильных разлетающихся частей, взрывов или разрывов (кроме высвобождения хладагента тепловой двери из-за избыточного давления), когда Powerpack находился под воздействием горелок, в режиме свободного горения или после того, как пламя перестало быть видимым. Пламя оставалось в основном внутри самого Powerpack. Более слабое пламя периодически выходило из выхлопного отверстия Powerpack, решетки тепловой двери спереди и вокруг уплотнения тепловой двери спереди в течение всего испытания.»
Самое главное, они установили, что внешние температуры корпуса Powerpack «не представляли бы опасности распространения огня», если бы были соблюдены стандарты установки Tesla.
В заключение, если пожар возникает внутри блока, он не распространяется на остальную часть Powerpack. И если пожар возникает вне Powerpack, он не распространяется на другие Powerpack вокруг него. Конечно, существует также несколько функций безопасности, предотвращающих подобные ситуации, но испытания NFPA проводились в худших сценариях.
Если вас интересуют солнечные батареи, мы рекомендуем получить предложения от более чем одного установщика, чтобы убедиться, что вы получите лучшее энергетическое решение для вашего дома или бизнеса. UnderstandSolar — отличный бесплатный сервис, который связывает вас с лучшими установщиками солнечных батарей в вашем регионе для получения персонализированных смет бесплатно.