Magazyn baterii litowo-jonowych nie jest zwykłym magazynem elektroniki. Nawet jeśli ogniwa są nowe, nie są ładowane i pozostają w fabrycznych opakowaniach, nadal zawierają energię oraz palny elektrolit. Uszkodzenie, wada produkcyjna albo ogrzanie przez zewnętrzny pożar mogą rozpocząć ucieczkę termiczną, emisję palnych gazów i propagację zdarzenia na kolejne opakowania.

FM Global DS 7-112 porządkuje ten problem z punktu widzenia ochrony mienia. Dokument nie ogranicza się do samej baterii. Uwzględnia również poziom naładowania, opakowanie, układ palet, wysokość składowania, rodzaj regałów, instalację tryskaczową oraz sposób postępowania z bateriami uszkodzonymi.

W tym artykule wyjaśniamy, czego rzeczywiście dowodzą testy pożarowe Phase 3, jak zalecenia FM Global przekładają się na magazyny przemysłowe oraz co oznaczają dla kontenerów na baterie projektowanych przez Explosiv.

FMDS 7-112 nie jest polską normą

FMDS 7-112 bywa potocznie nazywany normą, jednak formalnie jest dokumentem FM Property Loss Prevention Data Sheets. Zawiera zalecenia ograniczania strat majątkowych, opracowane na podstawie doświadczeń ubezpieczeniowych, analiz inżynierskich i testów pożarowych.

Nie zastępuje polskich przepisów budowlanych, przeciwpożarowych ani wymagań ATEX. Może jednak stać się ważną podstawą projektu, szczególnie gdy:

• obiekt jest ubezpieczony przez FM lub innego ubezpieczyciela przemysłowego,
• inwestor wymaga ochrony zgodnej z zasadami FM,
• w magazynie występują duże ilości baterii,
• konieczne jest uzgodnienie wydzielonego magazynu lub kontenera,
• projekt obejmuje tryskacze, detekcję gazów albo strefę kwarantanny.

Aktualne wydanie dokumentu pochodzi z października 2024 r. i uwzględnia rewizję przejściową z kwietnia 2025 r. Oficjalny FMDS 7-112 jest dostępny w serwisie FM.

Jakich baterii dotyczy FMDS 7-112?

Dokument obejmuje ogniwa, moduły i baterie litowo-jonowe z ciekłym elektrolitem, w tym:

• produkcję i montaż ogniw,
• formowanie i starzenie,
• testowanie,
• magazynowanie nowych i regenerowanych baterii,
• magazynowanie baterii w produktach gotowych,
• baterie zwrócone, wadliwe, niespełniające specyfikacji lub uszkodzone.

Nie obejmuje natomiast:

• stacjonarnych magazynów energii BESS,
• bateryjnych systemów zasilania rezerwowego,
• pojazdów i innych urządzeń podczas aktywnego ładowania lub rozładowywania,
• recyklingu ogniw,
• instalacji wykorzystujących baterie second-life,
• baterii litowo-metalowych.

To rozróżnienie ma bezpośrednie znaczenie dla kontenerów. Kontener do składowania zapasowych baterii podlega innym scenariuszom niż kontenerowy magazyn energii. W przypadku BESS punktem odniesienia powinny być m.in. FMDS 5-33, NFPA 855 oraz wyniki badań UL 9540A – nie sam FMDS 7-112.

Co dokładnie sprawdzono w testach Phase 3?

Raport „Development of Protection Recommendations for Li-ion Battery Bulk Storage: Sprinklered Fire Test” pochodzi z 2016 r. i stanowi jedno ze źródeł wykorzystanych przy tworzeniu późniejszych zaleceń FM.

W głównym teście zastosowano:

Podczas testu jeden tryskacz zadziałał około 90 sekund po zapłonie i ugasił pożar bez interwencji ręcznej. Nie oznacza to jednak, że instalację można zaprojektować na działanie tylko jednego tryskacza. Zalecenia wynikające z raportu przewidywały zapotrzebowanie hydrauliczne uwzględniające działanie 12 tryskaczy.

To jedna z najważniejszych różnic między obserwacją testową a projektem technicznym.

Opakowanie może zdecydować o pierwszej fazie pożaru

Testy pokazały, że rozwój pożaru przed zadziałaniem tryskaczy był w znacznym stopniu kontrolowany przez materiały opakowaniowe.

Najpierw zaczynały palić się kartony i elementy z tworzyw sztucznych. Ciężkie plastikowe przekładki zwiększały szybkość wydzielania ciepła jeszcze przed znaczącym udziałem baterii w pożarze. W przypadku testowanych ogniw 20 Ah wpływ samych baterii stał się wyraźny po około 2 minutach i 30 sekundach. Dla wcześniej badanych ogniw 2,6 Ah było to około 5 minut.

W praktyce oznacza to, że klasyfikując magazyn, nie można analizować wyłącznie chemii ogniwa. Trzeba uwzględnić cały towar magazynowy:

• karton,
• przekładki,
• pianki,
• obudowy z tworzywa,
• palety,
• folie i opakowania zbiorcze,
• sposób ułożenia baterii,
• wolne przestrzenie w regale.

Zmiana przekładki z tektury na tworzywo albo piankę ekspandowaną może istotnie zmienić zagrożenie, mimo że bateria pozostaje dokładnie taka sama.

Czy test udowodnił, że tryskacze gaszą baterie?

Nie w takim znaczeniu, w jakim gasi się zwykły materiał palny.

Ogniwo, które weszło w rozwiniętą ucieczkę termiczną, może kontynuować reakcję aż do zużycia dostępnej energii reakcji. Zadaniem instalacji wodnej jest przede wszystkim:

• ograniczenie rozwoju pożaru opakowań,
• chłodzenie sąsiednich baterii,
• zatrzymanie propagacji między paletami i regałami,
• zwilżanie materiałów palnych,
• ochrona konstrukcji i pozostałego wyposażenia.

W testach dodatkowych obserwowano zdarzenie termiczne baterii już po wcześniejszym stłumieniu głównego pożaru. Zwilżone kartony nie pozwoliły jednak na ponowne rozwinięcie pożaru na większą skalę.

To pokazuje, dlaczego magazyn baterii potrzebuje nie tylko szybkiego zadziałania instalacji, ale również odpowiedniego zapasu wody, monitorowania po zdarzeniu i procedury usuwania narażonych baterii.

Wyników testu nie wolno rozszerzać na każdą baterię

Raport Phase 3 dotyczył konkretnej konfiguracji: baterii LFP 20 Ah, około 50% SOC, określonego opakowania oraz ustalonej wysokości regałów i stropu.

Nie potwierdza automatycznie skuteczności tej samej instalacji dla:

• ogniw NMC lub NCA,
• baterii o wyższym SOC,
• modułów trakcyjnych i baterii samochodowych,
• nieopakowanych ogniw,
• baterii uszkodzonych,
• baterii podczas ładowania,
• magazynów energii BESS,
• innych wysokości składowania,
• kontenerów o odmiennej geometrii i wentylacji.

Także chemia LFP nie zwalnia z zabezpieczeń. Aktualny FMDS 7-112 celowo nie różnicuje podstawowych zaleceń ochrony wyłącznie według chemii katody. Każde z analizowanych rozwiązań nadal zawiera palny elektrolit i może uczestniczyć w pożarze.

Poziom SOC jest parametrem bezpieczeństwa magazynu

FMDS 7-112 wielokrotnie stosuje granicę 60% SOC. Nie oznacza ona, że bateria naładowana do 60% jest całkowicie bezpieczna. Oznacza, że przy spełnieniu pozostałych warunków może być objęta określonymi wariantami ochrony.

Dla magazynowania incydentalnego dokument wskazuje m.in.:

• SOC nie większy niż 60%,
• powierzchnię pojedynczego obszaru do 20 m²,
• wysokość składowania do 1,8 m,
• opakowania metalowe lub kartonowe,
• co najmniej 3 m odstępu pomiędzy obszarami składowania.

W magazynach nowych lub regenerowanych ogniw o SOC do 60% możliwe jest składowanie do wysokości 4,5 m przy stropie na wysokości do około 13,7 m, ale ochrona musi zostać dobrana również do rodzaju opakowania oraz klasy magazynowanego towaru.

Przekroczenie 60% SOC, większa wysokość albo brak kartonowego opakowania mogą wymagać ochrony regałowej, poziomych barier i znacznie bardziej konserwatywnego projektu.

Wymagania zmieniają się wraz ze stanem baterii

Łączenie nowych baterii z uszkodzonymi lub zwróconymi jest jednym z najpoważniejszych błędów organizacyjnych. Bateria bez widocznych płomieni może mieć uszkodzenie wewnętrzne i wejść w ucieczkę termiczną z opóźnieniem.

Jak FM Global podchodzi do baterii uszkodzonych?

FMDS 7-112 zaleca odizolowanie baterii zwróconych, wadliwych i uszkodzonych od głównego magazynu oraz ważnych obszarów zakładu.

Dla magazynowania zewnętrznego dokument wskazuje między innymi:

• maksymalnie dwie palety wysokości,
• powierzchnię pojedynczego stosu do około 83,6 m²,
• minimum 3 m pomiędzy stosami,
• minimum 3 m od niepalnej ściany budynku,
• minimum 6,1 m od ściany palnej albo ściany z oknami,
• dobry dostęp dla straży pożarnej i do hydrantów.

W wydzielonym pomieszczeniu wewnętrznym składowanie posadzkowe powinno być ograniczone do jednej palety wysokości. FM wskazuje również ochronę wodną o intensywności 12 mm/min na całej powierzchni pomieszczenia, zapotrzebowanie dla prądów gaśniczych wynoszące 1900 l/min oraz zapas wody na minimum dwie godziny.

Są to zalecenia FM dotyczące ochrony mienia, a nie automatyczne wymagania polskiego prawa. Pokazują jednak skalę zabezpieczeń, jakiej może oczekiwać ubezpieczyciel przy dużej strefie kwarantanny.

Co FMDS 7-112 oznacza dla kontenerów Explosiv?

Kontener na baterie nie powinien być traktowany jako metalowa skrzynia, do której można wstawić dowolną liczbę palet. Musi zostać dopasowany do konkretnego scenariusza.

1. Najpierw trzeba określić funkcję kontenera

Inaczej projektuje się:

• magazyn nowych baterii,
• magazyn baterii o wysokim SOC,
• kontener do ładowania,
• punkt przyjmowania baterii zwróconych,
• strefę kwarantanny dla baterii uszkodzonych,
• kontenerowy magazyn energii BESS.

Wspólna nazwa „kontener na baterie” nie oznacza wspólnych zabezpieczeń.

2. Odporność ogniowa nie rozwiązuje całego problemu

Konstrukcja o wymaganej odporności ogniowej może ograniczyć oddziaływanie pożaru na otoczenie, ale sama nie zapewnia:

• chłodzenia sąsiednich ogniw,
• zatrzymania propagacji wewnątrz palety,
• odprowadzenia gazów,
• detekcji uszkodzonego ogniwa,
• zapasu wody,
• bezpiecznego usunięcia baterii po zdarzeniu.

Wariant kontenera, np. w klasie REI 120, powinien być elementem całego systemu bezpieczeństwa, a nie jego jedynym zabezpieczeniem.

3. Instalację tryskaczową dobiera się do układu składowania

Na wynik obliczeń wpływają:

• liczba i wysokość palet,
• rodzaj regałów,
• rozmieszczenie przejść,
• opakowania zewnętrzne i wewnętrzne,
• maksymalny SOC,
• przeszkody ograniczające dostęp wody,
• wydajność źródła wody,
• czas wymaganej pracy instalacji.

Test z jednym uruchomionym tryskaczem nie jest podstawą do zastosowania pojedynczej dyszy nad regałem.

4. Detekcja powinna wyprzedzać rozwinięty pożar

W zależności od procesu kontener może zostać wyposażony w:

• monitoring temperatury,
• detekcję dymu,
• detekcję gazów charakterystycznych dla awarii ogniwa,
• alarm lokalny i zdalny,
• automatyczne wyłączenie ładowania,
• sterowanie wentylacją awaryjną,
• przekazanie sygnału do systemu sygnalizacji pożarowej.

Szczególne znaczenie ma detekcja off-gas, ponieważ emisja gazów może poprzedzić widoczny płomień.

5. Trzeba przewidzieć wodę po akcji

Gaszenie i długotrwałe chłodzenie może wytworzyć znaczną ilość zanieczyszczonych ścieków. Dlatego projekt kontenera powinien uwzględniać retencję wody gaśniczej, sposób jej bezpiecznego odpompowania oraz zabezpieczenie gruntu i kanalizacji.

Nie jest to bezpośredni zamiennik ochrony tryskaczowej, lecz niezbędne uzupełnienie projektu środowiskowego.

Czy magazyn baterii automatycznie tworzy strefę Ex?

Nie każda przestrzeń, w której znajdują się baterie Li-ion, automatycznie staje się strefą zagrożenia wybuchem.

FMDS 7-112 zwraca jednak uwagę, że niepalące się jeszcze gazy uwalniane podczas ucieczki termicznej mogą zgromadzić się w zamkniętej przestrzeni. Ich opóźniony zapłon może wywołać gwałtowny wzrost ciśnienia.

Dlatego należy oddzielnie przeanalizować:

• prawdopodobieństwo emisji gazów,
• skład i ilość gazów,
• szczelność kontenera,
• działanie wentylacji podczas awarii,
• możliwość wystąpienia źródeł zapłonu,
• proces ładowania i testowania,
• obecność baterii uszkodzonych.

Dopiero na tej podstawie klasyfikuje się strefę i dobiera wyposażenie elektryczne. Założenie, że każdy kontener musi być automatycznie wykonany w całości jako Ex, jest tak samo niewłaściwe jak założenie, że zagrożenie wybuchem nigdy nie wystąpi.

Najczęstsze błędy przy projektowaniu magazynu Li-ion

• kopiowanie parametrów tryskaczy z jednego testu bez sprawdzenia konfiguracji magazynu,
• nieuwzględnianie tworzyw sztucznych i pianek w opakowaniach,
• przechowywanie baterii uszkodzonych razem z nowymi,
• brak kontroli poziomu SOC,
• traktowanie LFP jako chemii niepalnej,
• brak zapasu wody do długotrwałego chłodzenia,
• brak dostępu do palet po zdarzeniu,
• wyłączenie monitoringu po pozornym ugaszeniu pożaru,
• uznanie opakowania ADR za kompletne zabezpieczenie magazynowe,
• traktowanie kontenera BESS tak samo jak magazynu zapasowych baterii,
• uznanie odporności ogniowej kontenera za zamiennik aktywnego systemu ochrony.

Lista kontrolna przed doborem kontenera na baterie

Przed rozpoczęciem projektu należy ustalić:

• rodzaj i chemię ogniw,
• format oraz pojemność baterii,
• maksymalny poziom SOC,
• liczbę baterii i całkowitą energię,
• stan baterii: nowe, zwrócone, wadliwe, uszkodzone,
• rodzaj opakowania i przekładek,
• wysokość i powierzchnię składowania,
• układ palet i regałów,
• czy w kontenerze będzie odbywać się ładowanie,
• wymagane odległości od budynków,
• warunki dostępu straży pożarnej,
• dostępny zapas wody,
• sposób retencji wody gaśniczej,
• system detekcji i alarmowania,
• sposób usunięcia baterii po zdarzeniu,
• wymagania ubezpieczyciela i rzeczoznawcy ds. zabezpieczeń przeciwpożarowych.

Kontenery i rozwiązania Explosiv dla baterii Li-ion

Explosiv projektuje rozwiązania dopasowane do rzeczywistego scenariusza magazynowania, a nie wyłącznie do liczby palet. Zakres może obejmować:

• wydzielone kontenery chemiczne,
• kontenery przeciwpożarowe na baterie,
• zewnętrzne strefy kwarantanny,
• regały i wydzielone komory magazynowe,
• monitoring temperatury i detekcję,
• przygotowanie pod instalację tryskaczową lub system tłumienia pożaru,
• wentylację oraz wyposażenie Ex – jeśli wynika z oceny ryzyka,
• retencję wody gaśniczej,
• procedury przyjęcia i segregacji baterii,
• dobór pojemników dla baterii uszkodzonych.

Dostępne są również szafy, pojemniki i wyposażenie do baterii litowo-jonowych. W bardziej złożonych przypadkach projekt powinien zostać poprzedzony analizą zagrożeń i uzgodnieniem z ubezpieczycielem, rzeczoznawcą oraz właściwymi organami.

Podsumowanie

Najważniejszy wniosek z FMDS 7-112 i testów Phase 3 jest prosty: bezpieczeństwo magazynu baterii zależy od całej konfiguracji, a nie od jednego urządzenia gaśniczego.

Znaczenie mają jednocześnie:

• bateria i jej poziom naładowania,
• karton, tworzywa i przekładki,
• wysokość składowania,
• geometria regałów,
• szybkość zadziałania instalacji,
• dostępna ilość wody,
• oddzielenie baterii uszkodzonych,
• monitoring po zakończeniu akcji.

Dobrze zaprojektowany kontener Explosiv może fizycznie wydzielić zagrożenie, ograniczyć skutki pożaru i zapewnić miejsce na właściwe systemy techniczne. Nie powinien jednak być traktowany jako automatyczny certyfikat zgodności z FMDS 7-112. O zgodności decyduje cały projekt: lokalizacja, konstrukcja, składowany towar, instalacja wodna, detekcja oraz procedury awaryjne.

Potrzebujesz magazynu lub strefy kwarantanny dla baterii Li-ion? Przekaż nam rodzaj baterii, maksymalny SOC, liczbę palet, sposób składowania i odległość od budynków. Na tej podstawie dobierzemy konfigurację kontenera oraz wymagane zabezpieczenia.

Źródła

• FM Property Loss Prevention Data Sheet 7-112 – Lithium-Ion Battery Manufacturing and Storage
• FM Global – Development of Protection Recommendations for Li-ion Battery Bulk Storage: Sprinklered Fire Test
• FM – Lithium-ion battery hazards: comprehensive guidance