Battery Energy Storage System (BESS)

Fire and Explosion Protection for Lithium Ion Batteries

Battery Energy Storage Systems (BESSs) may include hundreds of lithium ion batteries within an enclosure (often a shipping container) which are used to capture excess energy generated in solar farms, wind farms, data centers and more.

While most BESSs have onboard battery management systems, these do little to protect against the worst-case scenario.

In April 2019, seven Arizona firefighters were hurt and one was killed from an explosion occurring within a BESS shipping container. When the door to the container was opened by the investigating firefighters, oxygen was introduced into a dangerous mixture of explosive gases, the heat from malfunctioning batteries ignited the gases, and catastrophe occurred.

Fortunately, safety systems are available to ensure an incident such as this never happens again.

 

Did you miss Fike’s webinars on battery energy storage system fire and explosion protection? Hosted by Fike’s global product managers of explosion protection, fire suppression and fire detection, the webinars covered the following topics:

  • Why lithium ion batteries experience thermal runaway
  • How thermal runaway creates an explosive atmosphere
  • The “layers of protection” available to prevent or mitigate fires and explosions
  • Information about explosion vent panels and sizing
  • Scenarios in which certain safety solutions may be preferred

 

  • Este campo es para fines de validación y no debe modificarse.

THE PROBLEM – HOW DO LITHIUM ION BATTERIES CATCH FIRE AND EXPLODE?

Battery malfunctions

Thermal runaway occurs

Affects nearby batteries

Consumes entire rack


Source: Arizona Public Storage

  • A malfunctioning lithium ion battery may go into “thermal runaway,” as its internal temperature quickly exceeds its normal operating range and begins to burn
  • Explosive gases, such as hydrogen, are then released as a byproduct of thermal runaway
  • Nearby batteries will likely also enter thermal runaway, causing a dangerous chain reaction
  • The greater number of malfunctioning batteries, the greater the risk of a catastrophic fire or explosion

FIKE’S SOLUTIONS

BESSs may be protected in various ways, which ultimately depend on:

  • BESS’ proximity to urban areas, workers or other critical assets
  • Concern of preserving the enclosed batteries
  • Available budget
  • Owner’s preferences (example: gaseous agents instead of water mist fire suppression)

Therefore, several “layers of protection” are available which range from the mitigation of a catastrophic fire to the prevention of a catastrophic fire.

  • Containment
  • Recomendado en todos los BESS
  • Venteo de explosión
  • Base Level Prevention
  • Choose one detection and one suppression
  • Detección de fuego
  • Traditional Heat/Smoke Detector
  • Imágenes térmicas
  • Supresión de incendios
  • Watermist - DuraQuench® (recommended)
  • Gaseous Agents - 3M™ Novec™ 1230 Fire Protection Fluid or FM-200® (Class C Fires)
  • Premium Prevention
  • Choose one detection and one suppression
  • Detección de fuego
  • Li-ion Tamer Localized Gas Detection
  • VESDA with XCL Gas Detection
  • Honeywell Analytics Industrial Gas Detection PHO IMG
  • Supresión de incendios
  • Watermist - DuraQuench® (recommended)
  • Gaseous Agents - 3M™ Novec™ 1230 Fire Protection Fluid or FM-200® (Class C Fires)

PROTECCIÓN CONTRA EXPLOSIONES DE LAS BATERÍAS DE IONES DE LITIO

Paneles de venteo de explosión

Para protegerse contra el peor de los casos de explosión del contenedor de transporte, Fike recomienda que todos los BESS estén protegidos con paneles de venteo contra explosiones.

Si se produce una deflagración dentro de un contenedor BESS, los paneles de venteo instaladaos en la parte superior del contenedor explotarán a una presión baja de ruptura predefinida, liberando la presión y las llamas de manera controlada y evitando así una ruptura incontrolada del equipo. Los paneles de explosión se consideran soluciones "pasivas", lo que significa que se activan a partir de la presión y no requieren de intervención electrónica.

PROTECCIÓN CONTRA INCENDIOS DE LAS BATERÍAS DE IONES DE LITIO

Sistemas de extinción de incendios

Los sistemas de extinción de incendios a menudo son necesarios si lo que experimentan es el fenónemo "thermal runaway".

Cuando se detecta una batería que funciona incorrectamente, ya sea por detección de gas, humo o calor, la central de incendios conectada puede liberar uno de los dos sistemas de extinción de incendios recomendados:

  • Agua nebulizada (DuraQuench) - Utilizando gotas de agua ultrafinas que ofrecen una cobertura "tridimensional" a solo el 10 por ciento de la salida de agua de un sistema de rociadores, el sistema de agua nebulizada con bombeo DuraQuench aprobado por FM de Fike es un agente de supresión de incendios ideal para la protección BESS. El agua nebulizada limpia el aire de gas combustible y partículas y proporciona un efecto de enfriamiento prolongado para ayudar a inhibir la transferencia de calor de una celda a otra. Finalmente, el agua nebulizada es segura de usar para proteger y preservar la electrónica.
  • Gaseous Agents (3M Novec™ 1230 Fire Protection Fluid™, FM-200) – For those who prefer to use clean agent suppression instead of water-based suppression, Fike offers two of the most reliable solutions in 3M™ Novec™ 1230 and FM-200. These gaseous agents suppress incipient fires and are ideal for electrical Class C fires detected within a transformer, inverter or HVAC motor.

Sistemas de detección de incendios

Una de las decisiones más impactantes para limitar los daños por incendio y preservar el BESS es el método de detección elegido. Hay varias opciones de detección disponibles para identificar las etapas de la "thermal runaway" fuga térmica: aumento de temperatura, gases de escape, humo y llama.

Cuanto antes se detecte una batería defectuosa, antes se activarán los sistemas de extinción de incendios. Sin embargo, si los sistemas de supresión no están instalados, la detección sigue siendo esencial, ya que puede activar los respiraderos de HVAC para eliminar los gases de escape, hacer sonar alarmas y notificar a los servicios de emergencia.

Las opciones de detección, desde la más lenta hasta la más rápida de activar, incluyen:

  • Detección tradicional de puntos y calor - Ubicado dentro del recinto BESS para detectar presencia de humo o calor. Sin embargo, cuando se activa la detección tradicional, la "thermal runaway" de una batería de iones de litio ya está en marcha. Este método no se recomienda para aquellos que esperan apagar el fuego y preservar el BESS.
  • Imágenes térmicas - Instalado en el exterior para monitorear múltiples unidades BESS en busca de incremento de temperaturas de las rejillas de ventilación de HVAC. La termografía proporciona una alternativa económica a otros métodos que requieren detección dentro de cada unidad BESS.
  • Detección de gas industrial de Honeywell Analytics - Detecta la presencia de gases de escape dentro de una unidad BESS una vez que alcanza un cierto umbral.
  • VESDA con detección integrada de gases y humo - Muestrea continuamente el aire para detectar la presencia de partículas de gas o humo dentro de una unidad BESS.
  • Li-ion Tamer - Diseñado e ideado específicamente para la protección contra incendios BESS; proporciona detección localizada del gas e informes dentro de cada rack individual de las baterías de iones de litio.

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