UL 9540A Großflächenbrandtest-Zertifizierung: ACEs dreistufiges Lithium-Eisen-Phosphat-Energiespeichersystem stärkt die Brand Sicherheit in Rechenzentren

Datenzentren hosten kritische Recheninfrastruktur und große Mengen an geschäftskritischen Daten. Ein thermisches Ausbruchereignis in einem Lithium-Ionen-Batteriespeichersystem (BESS) kann eine Kette von Ausfällen auslösen, die von Geräteausfällen und Datenverlust bis zu erheblichen finanziellen Verlusten und im schlimmsten Fall einem großflächigen Brand mit schwerwiegenden Sicherheitsfolgen reichen können.

Mit der Einführung der sechsten Ausgabe von UL 9540A ist die Installationsebene großflächige Brandtests (LSFT) zu einer wichtigen Konformitätsanforderung für innenliegende Energiespeicheranwendungen geworden. Die Brandleistung auf Zellebene allein ist nicht ausreichend, um die Systemebene Sicherheit zu demonstrieren. Effektiver Schutz muss verhindern, dass sich die Brand über Module, Regale und benachbartes Equipment innerhalb des Rechenzentrums ausbreitet.

Die von ACE intern entwickelte dreistufige Lithium-Eisen-Phosphat-(LFP)-Energiespeicherarchitektur schafft eine mehrschichtige Brandschutzbarriere, die sich über die Ebene der Zelle, des Moduls und des Schranks erstreckt. Das System hat die UL 9540A-Prüfung auf Anlagenebene für große Brandversuche erfolgreich abgeschlossen und zeigt damit einen umfassenden Ansatz zur Begrenzung von thermischen Abwärtsspiralen und Brandausbreitung für hochdichte Datenzentren.

I. Zell-Sicherheit: Inherently Stabile Lithium-Eisen-Phosphat-Chemie

LFP-Zellen bieten eine stabile elektrochemische Grundlage für die thermische Steuerung und Brandrisikominderung. Im Vergleich zu ternären Lithium-Ionen-Chemien zeigt LFP eine olivinartige Kristallstruktur mit größerer thermischer Stabilität und begrenzt die Freisetzung reaktiven Sauerstoffs während der thermischen Ausbreitung, wodurch die Bedingungen reduziert werden, die zu schneller Verbrennung beitragen können.

Die zellbasierte Sicherheitsgestaltung von ACE umfasst folgende Merkmale:

• Niedrige Wärmeabgabeformulierung: Die Formulierung ist darauf ausgelegt, die gesamte Wärmeabgabe während eines thermischen Ausbruchs auf Zellebene zu reduzieren und dazu beizutragen, die Wärme, die durch einen lokalisierten Fehler erzeugt wird, innerhalb eines steuerbaren Bereichs zu halten.
• Hochkonsistente Zellbewertung und Sortierung: Ein strenges Screening-Verfahren identifiziert und entfernt Zellen mit abnormer internen Widerstand oder Spannungseigenschaften, wodurch die Wahrscheinlichkeit von latenter Defekte verringert wird, die zu internen Kurzschlüssen führen können.</p>
• Keramik-Verbund-Trennplatte und hitzebeständiges Elektrolyt: Diese beiden Schutzmaßnahmen erhöhen die thermische Stabilität und verzögern den Beginn und die Ausbreitung von thermischer Absturz. Während des UL 9540A Brandtests wurde die ausgelöste Zelle thermischen Absturz durchlief und brannte langsam, ohne eine plötzliche Explosion oder das Austreten von heißen Schmelztröpfchen, wodurch die anfänglichen thermischen und mechanischen Triebkräfte für die Brandausbreitung reduziert wurden.

II. Modulweite Isolation: Vier-Schichten-Schutz, um ein lokalisiertes Feuer einzudämmen

Das Modul stellt eine kritische Zwischenbarriere gegen Wärme und Feuerbreitung dar. ACE integriert Wärmeisolierung, Abgrenzung und kontrollierte Druckentlastung, um eine eigenständige feuersichere Hülle für jedes Modul zu schaffen.

• Serpentin-Zellenanordnung und Temperaturwiderstandgradiente: Thermoisolierkanäle sind zwischen den Zellen integriert, während Materialien mit abgestuftem Temperaturwiderstand die seitliche Wärmeübertragung schrittweise verringern und dazu beitragen, dass benachbarte Zellen nicht in Brand geraten.
• Hitzebeständige Verbundisolierung: Das Modul wird mit feuerfesten Wärmeisoliermaterialien umschlossen, die dazu konzipiert sind, extreme Temperaturen zu widerstehen und die strahlende Wärmeübertragung zwischen benachbarten Modulen zu begrenzen.
• Gerichtete Gasentlüftung und sauerstoffbegrenzende Druckkontrolle: Verbrennbare Gase, die während einer thermischen Ausnahme entstehen, werden über spezielle Entlüftungspfade abgeleitet. Eine kontrollierte Mikro-Überdruckumgebung innerhalb des Moduls hilft zudem, den Eintritt von externem Sauerstoff zu begrenzen und nachhaltige Verbrennung zu unterdrücken.
• Unabhängige versiegelte Fachbereiche: Jedes Modul ist physisch isoliert, sodass die durch Verbrennung in einem Modul erzeugte Wärme innerhalb seines Fachbereichs bleibt und nicht leicht auf benachbarte Module übertragen wird.

Die Ergebnisse des Großbrandversuchs zeigten, dass sich nach dem Zünden des Auslösemoduls die Verbrennung lokalisierte und sich langsam weiterentwickelte. Nachbarmodule im gleichen Schrank zeigten keinen beobachteten Brand oder thermische Abstieg, während die Zellspannung und Temperatur innerhalb der normalen Betriebsbereiche blieben. Diese Ergebnisse unterstützen das Ziel des Systems, die Ausbreitung von thermischen Abstiegen zwischen den Modulen zu verhindern.

III. Schrank-Feuerschutz: Begrenzung der Ausbreitung zwischen benachbarten Schränken

In hochdichten Datencentren erzeugen eng beieinander stehende Racks einen potenziellen Weg für Wärme und Rauch, um sich von einem Energiespeicher-Schrank zum anderen zu verbreiten. Die rack-ebene thermische Schutzarchitektur von ACE bietet eine zusätzliche Schicht der Abgrenzung.

• Feuerwiderstandsfähige und wärmeisolierende Zwischenlagen: Hochfestes feuerwiderstandsfähiges Isolierungsmaterial wird in die Schrankstruktur integriert, mit eigenen Feuerschutzbarrieren zwischen den Schränken, um die Hochtemperaturstrahlung und Rauchausbreitung zu begrenzen.
• Integrierte Druckentlastungs- und Abgaswege: Dedizierte Kanäle leiten heiße Verbrennungsgase von benachbarten Schränken und den Hauptbereichen des Rechenzentrums ab.
• Hochfestes, feuerbeständiges Blechkabinett: Die Schrankstruktur ist so konzipiert, dass sie unter extremen thermischen Bedingungen ihre Integrität erhält und das Ausmaß von Verformung, Rissbildung oder Flammenausbreitung in gemeinsame Gerätebereiche verringert.

Während des UL 9540A-Rack-Levels-Brandversuchs mit großem Umfang wurde ein Modul im Auslöse-Rack absichtlich einer thermischen Eskalation ausgesetzt und verbrannte. Die angrenzenden Ziel-Racks zeigten kein beobachtetes offenes Feuer oder thermische Eskalation, und die Batteriemodule in diesen Racks blieben unbeschädigt. Die Ergebnisse zeigen eine effektive Begrenzung der Brandausbreitung unter der getesteten Konfiguration.

IV. UL 9540A Großflächenbrandtest: Umfassende Beweise für die Systemebene Sicherheit

Der Test wurde gemäß der UL 9540A 6. Ausgabe Methode für großflächige Brandversuche auf Anlagenebene durchgeführt, wobei eine Konfiguration verwendet wurde, die eine Anwendung in einem Rechenzentrum darstellen soll, einschließlich vollständiger Systemversorgung und mehrerer Regale, die nebeneinander installiert waren. Aktive Löschanlagen wurden während des Tests deaktiviert, um die Schwere des thermischen Absturzes zu erhöhen.</p>

Schlüsselbeobachtungen des Tests umfassten:

• Die ausgelöste Batteriezelle durchlief eine thermische Flucht und brannte langsam, ohne Explosion oder Abwurf von hochtemperiertem Schutt beobachtet. 
• Benachbarte Module im gleichen Schrank zeigten keine beobachtete Brand- oder thermische Ausbruchssituation, und ihre Zellenbetriebsparameter blieben innerhalb normaler Bereiche.
• Die benachbarten Zielregale zeigten keine beobachtete Hochtemperaturpenetration in die Regalkonsole, und es wurde kein Feuer oder Wärmeausbreitung innerhalb ihrer Batteriemodule beobachtet.
• Nach der Verbrennung wurde keine erneute Entzündung beobachtet. Der Auslösekasten ist strukturell intakt, und benachbarte Kästen können direkt wieder verwendet werden.

Wo viele branchenübliche Lösungen sich auf die Prüfung an nur einem oder zwei Ebenen des Batteriesystems konzentrieren, erstreckt sich der Ansatz von ACE die UL 9540A-Prüfung auf große Fläche bei Brandereignissen über die Ebene der Zelle, Modul und Schrank/Regal. Diese mehrschichtige Validierung kann die Prüfung und Dokumentation der Brandsicherheit für Energiespeicherprojekte in Rechenzentren in Nordamerika und China unterstützen, während sie gleichzeitig die Brandschutzbewertungen vereinfacht und den Bedarf an nachfolgenden Systemänderungen reduziert.

V. Anwendungswert in verschiedenen Rechenzentren-Szenarien

• Hochdichte-Deployment: Die integrierte Brandverhütungsarchitektur des Systems kann die Abhängigkeit von großen zusätzlichen Brandschutzzonen reduzieren und so wertvollen Rechenzentrumsbodenfläche erhalten und eine höhere Energiedichte unterstützen.
• Potenziell geringere Brandenschutzkomplexität: Passiv wärmeisolierende und brennwidere Strukturen können site-level aktive Brandenschutzmaßnahmen ergänzen und den Bedarf an zusätzlicher spezialisierter Ausrüstung verringern, unter Berücksichtigung geltender Vorschriften, Normen und Anforderungen der zuständigen Behörden.
• Gesteuerter Betriebs- und Wartungsrisiko: Durch die Begrenzung von Fehlern und Brandereignissen auf lokale Module oder Schränke ist die Architektur so gestaltet, dass sie eine gezielte Reaktion auf Vorfälle ermöglicht und unnötige Störungen im gesamten Rechenzentrum minimiert.
• Internationale Compliance-Unterstützung: Ein vollständiges UL 9540A-Feuerprüfungsprotokoll im Großversuch kann wichtige technische Dokumentation für internationale Rechenzentrumsbereitstellungen und grenzüberschreitende Infrastrukturprojekte liefern, unterliegend der lokalen Regulierungsgenehmigung.
• Langfristige Lebensdauer der LFP-Technologie: Die LFP-Chemie kombiniert starke thermische Stabilität mit langer Zyklenlebensdauer und eignet sich daher für Anwendungen, die sowohl 24/7 Notstromversorgung als auch Lastspitzenregelung/Energiespeicherung im Hoch-/Niedriglastbetrieb erfordern.

Fazit

Energiespeicher-Sicherheit ist kein Einzelpunkt-Schutzproblem; es handelt sich um ein System-Engineering-Fachgebiet, das sich von der Batteriezelle bis zur vollständigen Datenzentrumsumgebung erstreckt. Die dreistufige LFP-Energiespeicherarchitektur von ACE kombiniert die Temperaturregelung auf Zellenebene, unabhängige Modulisolierung und Feuerbegrenzung auf Rack-Ebene, um das Risiko eines Kettenbrandes durch thermische Flucht zu adressieren.

Unterstützt durch die Ergebnisse des UL 9540A-Brandversuchs auf großem Maßstab, ist diese mehrschichtige Sicherheitsarchitektur darauf ausgelegt, Datenzentren dabei zu helfen, ein praktisches Gleichgewicht zwischen Auslastungsdichte, Bereitschaft für Compliance, betrieblicher Resilienz und Brandverhütung zu erreichen. Für kritische Recheninfrastruktur und geschäftskritische Daten bietet ACE einen Energie-Speicher-Schutzansatz, der um Einhaltung, kontrollierte Ausbreitung und systemweite Verifikation herum konzipiert ist.