● Systemy magazynowania energii oparte na akumulatorach (BESS - Battery Energy Storage System)
● Centra danych i pomieszczenia z zasilaczami awaryjnymi (UPS)
● Stacje ładowania pojazdów elektrycznych
● Zakłady produkcji i magazynowania gotowych akumulatorów
Ich powszechne stosowanie przynosi ogromne korzyści, ale wiąże się również z nowymi zagrożeniami dla bezpieczeństwa, takimi jak niekontrolowany wzrost temperatury i ulatnianie się gazów. Z tego powodu zapewnienie niezawodnego i wczesnego wykrywania tych zagrożeń ma kluczowe znaczenie dla ochrony personelu i inwestycji. Aby rozwiązać problemy związane z bezpieczeństwem akumulatorów litowo-jonowych, opracowaliśmy specjalistyczny detektor gazów, zaprojektowany w celu wczesnego ostrzegania o niebezpiecznych stanach akumulatorów. Urządzenie to jednocześnie mierzy stężenie wodoru (H₂), lotnych związków organicznych (VOC), wilgotność względną oraz temperaturę, zapewniając w ten sposób monitorowanie najważniejszych parametrów środowiskowych w systemach magazynowania energii opartych na akumulatorach oraz w centrach danych za pomocą jednego urządzenia. Podczas degradacji i przegrzania ogniw litowo-jonowych uwalnia się mieszanina gazów – do najczęstszych należą wodór oraz opary elektrolitu (lotne związki organiczne, np. DEC i DEMC). Wodór powstaje gwałtownie w momencie uwolnienia gazów z ogniwa, natomiast lotne związki organiczne mogą pojawić się wcześniej, podczas wolniejszego uwalniania gazów. Jednoczesne wykrywanie obu grup gazów pozwala zidentyfikować awarię ogniwa na wcześniejszym etapie niż w przypadku monitorowania tylko jednego rodzaju gazu. Obudowa ma wymiary 94 × 56 × 32 mm, dzięki czemu mieści się nawet w ciasnych szafach systemów BESS i centrów danych. Zazwyczaj montuje się go na szynie DIN lub bezpośrednio na ścianie za pomocą uchwytu montażowego dostarczanego w zestawie. Wykrywanie odbywa się metodą dyfuzyjną – gaz dociera do czujników dzięki naturalnej cyrkulacji powietrza, więc nie jest potrzebna żadna pompa ani przewód próbkujący.
Urządzenie łączy w sobie wiele technologii pomiarowych, aby zapewnić dokładny i stabilny pomiar. Wodór jest wykrywany za pomocą niewymagającego kalibracji czujnika przewodności cieplnej, dostarczającego wynik w % LEL, natomiast poziomy lotnych związków organicznych (VOC) są monitorowane za pomocą niewymagającego kalibracji czujnika półprzewodnikowego z tlenkiem metalu (MOS), zdolnego do generowania znormalizowanego wskaźnika VOC. W przeciwieństwie do pomiarów pojedynczych gazów wskaźnik VOC odzwierciedla ogólny poziom i zmiany stężenia lotnych związków organicznych obecnych w otaczającym powietrzu w czasie. Czujnik na bieżąco ocenia zarówno krótkoterminowe, jak i długoterminowe zmiany stężenia tła VOC i przekształca te wahania w znormalizowaną wartość wskaźnika. Umożliwia to wykrywanie nieprawidłowych zmian środowiskowych związanych z parowaniem elektrolitu, degradacją izolacji, przegrzaniem materiałów lub wczesnymi etapami uwalniania gazów z akumulatora.
Jak działa wykrywanie H₂ i lotnych związków organicznych (VOC)
W przypadku wodoru detektor wykorzystuje zasadę przewodności cieplnej w zakresie 0–100 % LEL i z rozdzielczością 0,02 % LEL.
Dla lotnych związków organicznych (w tym oparów elektrolitu: węglan dietylu (DEC) i węglan dimetylu (DMC) oraz węglan etylometylu (EMC) uwalnianych podczas degradacji ogniwa) stosowany jest czujnik MOS o zakresie wskaźnika 0–500. Czas rozgrzewania wynosi do 1 minuty, a czas reakcji do 20 sekund. Pobieranie próbek odbywa się na zasadzie dyfuzji – gaz dociera do czujników dzięki naturalnej cyrkulacji powietrza, więc nie jest wymagana żadna pompa ani przewód do pobierania próbek.
- Wartość 100 – wskazuje poziom bazowy (średnią jakość powietrza lub punkt odniesienia urządzenia pomiarowego).
- Indeks < 100 – oznacza dobrą jakość powietrza (stężenie LZO jest niskie).
- Indeks > 100 – wskazuje na wzrost stężenia gazów względem normy lub średniej (np. podczas mikrozwarć akumulatorów lub przy dużej obecności ludzi).
- Wczesne ostrzeganie: emisja gazów VOC to najwcześniejszy wykrywalny sygnał awarii ogniwa (np. mikro-zwarcia, przeładowania lub przegrzania). Pojawia się ona podczas tzw. off-gassingu (odgazowywania) nawet na kilka minut przed gwałtownym skokiem temperatury i pożarem.
- Główne substancje: Wyparowujące węglany organiczne (np. EMC – węglan etylowo-metylowy, DEC – węglan dietylu, DMC – węglan dimetylu).
- Zastosowanie: E2673 z czujnikiem czujniki VOC (np. w systemach BMS lub magazynach energii) monitorują skład powietrza wewnątrz obudowy baterii, aby odciąć układ, zanim dojdzie do pożaru.
Do głównych lotnych związków organicznych (VOC) należą:
- Węglany organiczne: węglan dimetylu (DMC), węglan dietylu (DEC) oraz węglan etylometylu (EMC) to powszechnie stosowane rozpuszczalniki elektrolitowe, które odparowują i ulegają rozkładowi podczas zdarzeń termicznych. Związki te są wysoce łatwopalne i umiarkowanie toksyczne.
- Alkohole i estry: W miarę rozkładu składników elektrolitu powstają metanol, etanol oraz różne estry organiczne. Związki te stanowią mniejsze bezpośrednie zagrożenie niż niektóre inne emisje, przyczyniają się one do ogólnej toksyczności i ryzyka pożaru.
- Związki aromatyczne: Podczas rozkładu w wysokiej temperaturze mogą powstawać benzen, toluen i inne węglowodory aromatyczne. Związki te są szczególnie niebezpieczne ze względu na swoje właściwości rakotwórcze i niskie progi wykrywalności.
- Związki fluorowane: Sól elektrolitu, heksafluorofosforan litu (LiPF₆), rozkłada się, tworząc fluorowodór i różne fluorowane związki organiczne. Substancje te są niezwykle toksyczne i żrące.
Pomiar wilgotności i temperatury
Oprócz gazów detektor mierzy również wilgotność względną w zakresie 0–100 %RH oraz temperaturę otoczenia w zakresie od -40 do +85 °C z dokładnością < 2 %RH i < 0,3 °C. Monitorowanie tych wartości pomaga zmniejszyć ryzyko wyładowań elektrostatycznych, zwarć i przegrzania sprzętu – dzięki czemu nie ma potrzeby stosowania oddzielnego czujnika środowiskowego.
Trzy wyjścia przekaźnikowe i protokół Modbus RTU
Przetwornik wyposażony jest w trzy przekaźniki typu SPST o logice NC – dwa do sygnalizacji alarmów i jeden do sygnalizacji usterek, o parametrach znamionowych 300 mA / 30 VDC. W celu integracji z systemami wyższego poziomu czujka wyposażona jest w magistralę RS485 wykorzystującą protokół Modbus RTU (19 200 bodów), co umożliwia podłączenie urządzenia zarówno do standardowych systemów przeciwpożarowych, jak i do systemów SCADA. Stan urządzenia sygnalizowany jest za pomocą trzech diod LED – zasilania (zielona), usterki (żółta) i alarmu (czerwona).
Warunki pracy
Urządzenie przeznaczone do stosowania w strefie ATEX 2 lub w bezpiecznych pomieszczeniach w normalnych warunkach atmosferycznych, w zakresie wilgotności względnej 0…100 %RH (bez kondensacji) oraz w środowiskach odpowiadających podstawowym warunkom elektromagnetycznym określonym w normie EN 61326-1. Aby zapewnić niezawodne działanie w systemach magazynowania energii w bateriach, czujnik należy zainstalować w miejscach o odpowiednim naturalnym lub wymuszonym przepływie powietrza, umożliwiającym reprezentatywne rozprzestrzenianie się gazu do elementów czujnikowych. Czujniki na bazie tlenku metalu (MOS) wymagają do prawidłowego działania normalnego stężenia tlenu w otoczeniu i nie nadają się do stosowania w atmosferach o niskiej zawartości tlenu lub beztlenowych. Urządzenie należy chronić przed silnymi wstrząsami mechanicznymi, nadmiernymi wibracjami, atmosferami korozyjnymi (H₂S, SO₂, HCl, Cl₂ itp.) oraz środowiskami silnie zanieczyszczonymi pyłem przewodzącym, mgłą olejową lub oparami chemicznymi. Należy unikać instalacji w miejscu narażonym na bezpośrednie działanie promieni słonecznych lub w pobliżu znaczących źródeł ciepła, ponieważ gwałtowne zmiany temperatury lub wilgotności mogą tymczasowo wpływać na reakcję czujnika i stabilność pomiaru
Ustawienia fabryczne:
- Próg alarmowy H₂: 10–40 % LEL, regulowany przez użytkownika
- Długoterminowa stabilność: < 3 % LEL H₂ w ciągu 5 lat
- Wyjścia przekaźnikowe: 3× SPST (NC), 300 mA / 30 VDC – 2 alarmy, 1 błąd
- Komunikacja: RS485 Modbus RTU, 19200 bodów, identyfikator urządzenia podrzędnego (Slave ID) = 1
- Sygnalizacja: diody LED zasilania / usterki / alarmu (zielona / żółta / czerwona)
- Obudowa: anodowane aluminium, IP40, 94 × 56 × 32 mm, montaż na szynie DIN i na ścianie
Dane techniczne:
| Rodzaj przetwornika | Montaż naścienny, do montażu na szynie DIN |
| Wykrywanie / pomiar | Wodór (H₂), lotne związki organiczne (VOC) (opary elektrolitu, w tym DEC i DEMC) Wilgotność względna (RH), temperatura otoczenia (T) Tlenek węgla dla wersji E2673A (CO) |
| Zakres wykrywania wodoru | 0…100 % LEL H₂ Rozdzielczość 0,02 % LEL H₂ Żywotność czujnika ~15 lat |
| Zakres wykrywania lotnych związków organicznych | 0…500 indeksu VOC |
| Zakres pomiaru RH+T | 0…100 % RH, -40…+75 °C |
| Tlenek węgla tylko E2673A | 0...300 / 0...1000 ppm |
| Metoda pobierania próbek | dyfuzja / konwekcja |
| Wymiary (wys. x szer. x gł.) | 94 × 56 × 32 mm |
| Zakres pomiaru wilgotności | 0 – 100% RH |
| Stopień ochrony IP | IP 40 Obudowa stop aluminium anodowany na kolor srebrny, |
| Zakres pomiarowy | 0...500 VOC index, 0...100% LEL H2 |
| Sygnał wyjściowy | ModBus RTU RS485 |
| Wyjścia alarmowe / awaryjne | 3 x przekaźniki SPST (logika NC) |
| Montaż | szyna DIN (z możliwością montażu na ścianie), IP40 |
| Zasilanie | 10...36 VDC |
| Zakres pracy | -40...75 °C | 0…100 %RH |
| Typ gazu | VOC – lotne związki organiczne, H₂ – wodór |
| Masa | 1.00 kg |
| Wymiary | wys. 94 × szer. 56 × gł. 32 mm |
Mapowanie magazynów, komór, zgodnie 21CFR Part11
Pirometr - co to jest, jak działa i do czego służy?