Honeywell: energy storage con batterie agli ioni di litio
Honeywell presenta un interessante approfondimento relativo alla rivelazione degli off-gas nelle batterie agli ioni di litio.
Gli energy storage ed il rischio d’incendio
Una delle principali problematiche in cui possono incorrere gli energy storage di vecchia e nuova generazione è il rischio dell’incendio dovuto al malfunzionamento delle batterie impiegate all’immagazzinamento dell’energia. La conseguenza di tali eventi è spesso catastrofica, comportando la perdita dell’intera struttura e l’interruzione dei processi asserviti.
Molteplici sono le soluzioni in campo per il monitoraggio e l’operatività in sicurezza delle batterie. Il numero di variabili in gioco è però elevatissimo, ed un solo errore nella supervisione del sistema potrebbe portare ad un malfunzionamento delle batterie stesse, fino all’evento di fuga termica (thermal runaway), un processo irreversibile che comporta inevitabilmente lo sviluppo dell’incendio.
Il malfunzionamento delle batterie e la fuga termica (thermal runaway)
Le batterie agli ioni di litio contengono una miscela chiamata elettrolita, utile al movimento degli ioni di litio al loro interno durante i processi di scarica e ricarica. All’interno è sempre previsto un separatore fisico tra il polo positivo e negativo della batteria.
Diversi sono i fattori di abuso che possono comportare il danneggiamento e conseguente malfunzionamento delle batterie agli ioni di litio. Tra questi abbiamo abusi di tipo meccanico (urto, schiacciamento, perforazione), elettrico (sovraccarico) o termico (surriscaldamento). Negli energy storage possono avvenire principalmente abusi di tipo elettrico o termico.
Durante questo abuso, l’elettrolita interno alla batteria passa da uno stato liquido a gassoso (se è un abuso di tipo elettrico non abbiamo aumenti di temperatura in questa fase). Questo passaggio comporta un aumento di volume e pressione all’interno della batteria. L’eccesso di pressione viene scaricato da alcune serrande di sicurezza integrate nelle batterie al litio. Questa esalazione di off-gas è il primo segnale del danneggiamento della batteria. Se non viene subito rimosso l’elemento di abuso, la pressione all’interno della batteria continuerà ad aumentare ed il separatore interno si romperà, permettendo ai due poli della batteria di entrare in contatto.
Da questo momento il processo diventa irreversibile. Solo adesso, la batteria comincerà a generare fumo (rivelabile dai sistemi di rivelazione fumi) e da lì a breve si innescherà una reazione esotermica (fuga termica) con conseguente sviluppo di fiamma e danneggiamento di tutte le altre batterie vicine (reazione a catena).
Diventa quindi indispensabile intervenire prima che avvenga la rottura del separatore e la generazione del fumo.
La rivelazione degli off-gas nelle batterie agli ioni di litio con Li-Ion Tamer
Come è stato spiegato precedentemente, il primo evento verso l’esterno che segnala un iniziale danneggiamento della batteria è l’off-gas esalato durante l’evaporazione dell’elettrolita all’interno. Diversi test hanno provato che questa esalazione avviene minuti prima della rottura del separatore, dando quindi tutto il tempo necessario alla messa in sicurezza del sistema (es. interruzione dell’energia verso la batteria).
Honeywell mette a disposizione Li-Ion Tamer, un rivelatore appositamente studiato per la rivelazione delle esalazioni di off-gas delle batterie agli ioni di litio. Il sistema è composto da diversi sensori che vengono posizionati a livello del singolo rack (sensori di monitoraggio) e di sensori posizionati nell’ambiente circostante (sensori di riferimento), a verifica che non vi sia particolato interferente che possa dar vita a falsi allarmi. Questi sensori fanno capo ad un modulo di controllo che integra gli algoritmi utili ad interpretare i segnali provenienti dai sensori e quindi rivelare la presenza di queste miscele e ad inviare gli allarmi ad un FACP o ad un BMS (battery management system).
Grazie a Li-Ion Tamer sarà possibile attuare le azioni utili a prevenire l’evento della fuga termica, salvaguardando la sicurezza di persone, cose e processi.
