Thermische runaway van batterij-energieopslagsystemen (BESS) is een gevaarlijke kettingreactie waarbij lithium-ionbatterijcellen overmatige hitte genereren, wat leidt tot brand, explosies en het vrijkomen van giftige gassen. Dit ongecontroleerde proces treedt op wanneer de batterijtemperatuur de veilige bedrijfslimieten overschrijdt, waardoor chemische reacties ontstaan die meer warmte produceren en zich verspreiden naar aangrenzende cellen. Inzicht in thermal runaway is cruciaal voor het beschermen van BESS-investeringen en het garanderen van operationele veiligheid.

Wat is thermische runaway van BESS en hoe treedt het op?

Thermische runaway van BESS is een ongecontroleerde chemische kettingreactie in lithium-ionbatterijcellen waarbij de warmteontwikkeling groter is dan de warmteafvoer, waardoor de temperatuur snel boven de veilige limiet stijgt. Dit proces houdt zichzelf in stand doordat verhoogde temperaturen chemische reacties versnellen, waardoor nog meer warmte wordt geproduceerd en een gevaarlijke cyclus ontstaat.

Het thermische wegloopproces begint wanneer een batterijcel zijn begintemperatuur bereikt, die meestal varieert van meer dan 130 °C tot meer dan 200 °C, afhankelijk van de specifieke lithium-ionchemie, de laadtoestand en het celontwerp. Bij deze temperaturen begint de elektrolyt te ontbinden, waarbij brandbare gassen vrijkomen en extra warmte wordt gegenereerd. De separator tussen de positieve en negatieve elektroden begint af te breken, vaak bij temperaturen boven de $150 ^¼ ^$, wat leidt tot smelten en direct contact tussen de elektroden, waardoor interne kortsluiting ontstaat.

Eenmaal in gang gezet, doorloopt de thermische runaway verschillende stadia. De interne druk van de cel neemt toe naarmate zich gassen vormen, waardoor het omhulsel van de cel kan scheuren. De chemische reacties worden steeds heftiger, met temperaturen die kunnen oplopen tot 800°C of hoger. Deze extreme hitte kan de brandbare gassen doen ontbranden, waardoor brand ontstaat en zeer giftige stoffen vrijkomen, zoals waterstoffluoride (HF) en koolmonoxide (CO), evenals brandbare gassen zoals waterstof en methaan, en andere giftige verbindingen zoals waterstofcyanide (HCN) en formaldehyde.

De omstandigheden die leiden tot thermische runaway zijn onder andere:

• Overschrijding van veilige temperatuurbereiken
• Interne of externe kortsluiting
• Fysieke schade aan de celstructuur
• Overladen boven de capaciteitsgrenzen van de cel
• Fabricagefouten zoals metalen deeltjes in cellen of defecte separatoren

Wat gebeurt er met batterijsystemen tijdens thermische runaway?

Tijdens thermische runaway-events krijgen batterijsystemen te maken met een snelle temperatuurescalatie, meestal van normale bedrijfstemperaturen rond 25°C-40°C tot over 800°C binnen enkele minuten. De aangetaste cellen laten grote hoeveelheden giftige en brandbare gassen vrijkomen, terwijl de structurele integriteit van het systeem snel verslechtert, wat onmiddellijke brand- en explosierisico's oplevert.

De fysieke veranderingen tijdens een thermische runaway zijn dramatisch en destructief. Batterijcellen zwellen op als de interne druk toeneemt door gasontwikkeling, waardoor de beschermende behuizing vaak barst of scheurt. De elektrolyt kookt en verdampt, terwijl de plastic separator smelt, waardoor direct elektrodecontact mogelijk wordt. Celterminals kunnen smelten of vervormen, waardoor de elektrische verbindingen in het hele systeem worden verstoord.

Het genereren van gas is bijzonder gevaarlijk, omdat bij elke cel enkele liters gas kunnen vrijkomen, een mix van licht ontvlambare en giftige stoffen. Brandbare gassen zijn vaak waterstof, koolmonoxide (CO) en verschillende koolwaterstoffen zoals methaan (CH₄) en ethyleen (C₂H₄), terwijl zeer giftige emissies waterstoffluoride (HF) omvatten. Deze gassen vormen zowel een direct gevaar voor de gezondheid als een explosieve atmosfeer die door elke vonk of hittebron kan ontbranden.

Het cascade-effect vertegenwoordigt een van de ernstigste aspecten van thermische runaway van BESS. De warmte van de eerste falende cel geleidt naar naburige cellen en kan zo leiden tot een thermische runaway in naburige eenheden. Deze cel-naar-cel verspreiding kan zich verspreiden over hele batterijmodules of zelfs complete systemen als dit niet goed onder controle wordt gehouden. Het batterijbeheersysteem (BMS) kan de communicatie met de getroffen gebieden verliezen, waardoor het systeem minder goed kan reageren of vroegtijdig waarschuwen.

Systeemcomponenten buiten de batterijen lopen ook schade op. Koelsystemen raken overbelast en kunnen falen, elektrische verbindingen smelten of corroderen door de giftige gassen en structurele elementen zoals behuizingen en montagesystemen kunnen worden aangetast door extreme temperaturen en corrosieve omgevingen.

Wat veroorzaakt thermische runaway in BESS-installaties?

Verschillende factoren kunnen leiden tot thermische runaway in BESS-installaties:

• Productiefouten zijn een primaire oorzaak, waaronder:
• Interne verontreiniging met vreemd materiaal (zoals metaaldeeltjes) die de cellen vervuilen tijdens de productie
• Defecte separatoren die interne kortsluiting toestaan
• Inconsistente celchemie die zwakke punten creëert
• Fysieke schade door schokken, trillingen of onjuiste behandeling kan ook de integriteit van de cel aantasten en gevaarlijke reacties veroorzaken.

Overladen treedt op wanneer het BMS er niet in slaagt om de laadspanning of laadstroom correct te regelen, waardoor de cellen hun veilige capaciteitslimiet overschrijden. Dit kan gebeuren door softwarefouten, sensorstoringen of communicatiestoringen tussen systeemonderdelen. Zelfs korte periodes van overladen kunnen chemische processen in gang zetten die leiden tot thermische runaway.

Extreme temperaturen vormen een aanzienlijk risico voor BESS-installaties. Langdurige blootstelling aan hoge omgevingstemperaturen, onvoldoende koelsysteemprestaties of direct zonlicht op accubehuizingen kunnen cellen buiten hun veilige werkingsbereik duwen. Omgekeerd kunnen extreem koude omstandigheden gevolgd door snelle verwarming thermische stress en celbeschadiging veroorzaken.

Ontwerpfouten in het systeem dragen bij tot het risico op thermische runaway door onvoldoende afstand tussen de cellen, onvoldoende koelcapaciteit of slechte warmteafvoerwegen. Elektrische fouten zoals losse aansluitingen, gecorrodeerde terminals of beschadigde bedrading kunnen weerstandsverhitting of kortsluiting veroorzaken die leiden tot thermische runaway.

Omgevingsfactoren zoals binnendringend vocht, stofophoping en blootstelling aan corrosieve stoffen kunnen de celprestaties verminderen en storingen veroorzaken. Slechte installatiepraktijken, zoals het mengen van batterijcellen van verschillende leeftijden of met verschillende capaciteiten, kunnen leiden tot onevenwichtigheden die afzonderlijke cellen tot over hun grenzen belasten.

Leeftijdsgerelateerde degradatie verhoogt ook de gevoeligheid voor thermische runaway omdat cellen na verloop van tijd capaciteit verliezen en interne weerstand ontwikkelen, waardoor ze kwetsbaarder worden voor de omstandigheden die gevaarlijke reacties teweegbrengen.

Hoe kan thermische runaway worden voorkomen in BESS-installaties?

De juiste Battery Management Systems vormen de eerste verdedigingslinie. Ze controleren continu de celspanning, -stroom en -temperatuur en handhaven tegelijkertijd veilige bedrijfsparameters door middel van nauwkeurige laadregeling en load balancing. Geavanceerde BMS-units kunnen vroegtijdige waarschuwingssignalen detecteren en automatisch problematische cellen loskoppelen voordat thermische runaway optreedt.

Thermische bewakings- en beheersystemen zijn essentieel voor preventie:

• Meerdere temperatuursensoren installeren in batterijmodules
• Actieve koelsystemen met voldoende capaciteit implementeren
• Het ontwerpen van de juiste ventilatie om warmte af te voeren en gasophoping te voorkomen
• Thermische barrières tussen cellen installeren om de verspreiding van warmte te vertragen

Kwaliteitscontrolemaatregelen tijdens de aanschaf en installatie verminderen het risico op thermische runaway aanzienlijk. Dit houdt in dat batterijen moeten worden aangeschaft bij gerenommeerde fabrikanten met de juiste certificeringen, dat inkomende inspecties moeten worden uitgevoerd om de kwaliteit van de cellen te controleren en dat tijdens het installatieproces de juiste hanteringsprocedures moeten worden toegepast.

Overwegingen bij het systeemontwerp zijn onder andere het aanhouden van voldoende afstand tussen de batterijmodules, het implementeren van brandbestendige behuizingen en het ontwerpen van elektrische systemen met de juiste beveiligingen zoals zekeringen en stroomonderbrekers. Een goede aarding en overspanningsbeveiliging helpen elektrische storingen te voorkomen die kunnen leiden tot thermische runaway.

Reguliere onderhoudsprotocollen moeten periodieke inspectie van verbindingen, reiniging van ventilatiesystemen, controle van de werking van het GBS en warmtebeelden omvatten om hete plekken te identificeren voordat ze gevaarlijk worden. Het bijhouden van gedetailleerde onderhoudsgegevens helpt bij het identificeren van patronen die kunnen duiden op problemen in ontwikkeling.

Omgevingscontroles zoals het handhaven van stabiele omgevingstemperaturen, het controleren van vochtigheidsniveaus en het beschermen van systemen tegen fysieke schade door middel van geschikte behuizingen en veiligheidsmaatregelen dragen ook aanzienlijk bij aan het voorkomen van thermische runaway.

Welke veiligheidsmaatregelen moeten er zijn voor BESS thermische runaway-gebeurtenissen?

Brandbestrijdingssystemen die speciaal zijn ontworpen voor branden in lithium-ionbatterijen zijn essentieel, waaronder systemen met schone middelen, waternevelinstallaties of gespecialiseerde batterijbrandblusmiddelen. Traditionele blussystemen op basis van water kunnen batterijbranden verergeren vanwege de elektrische geleidbaarheid en het potentieel voor het verspreiden van elektrolyten.

Er moeten noodprocedures worden opgesteld en regelmatig worden geoefend:

• Duidelijke evacuatieplannen
• Communicatieprotocollen met lokale brandweer
• Specifieke procedures voor het isoleren van getroffen batterijsystemen
• Gespecialiseerde training voor hulpverleners die omgaan met batterijbranden en het vrijkomen van giftige gassen

Detectiesystemen moeten vroegtijdig waarschuwen voor thermische runaway-condities door rookdetectie, gasbewaking voor waterstoffluoride (HF) en koolmonoxide (CO) en thermische bewaking die snelle temperatuurstijgingen kan identificeren voordat volledige thermische runaway optreedt.

Inperkingsstrategieën zijn onder andere:

• Ontwerpen van batterijbehuizingen met explosieontluchting
• Fysieke barrières implementeren om branduitbreiding tussen modules te voorkomen
• Zorgen voor voldoende afstand tot andere apparatuur en structuren
• Installeren van goede ventilatiesystemen om giftige gassen te verwijderen en ophoping van explosieve gassen te voorkomen

Persoonlijke beschermingsmiddelen die geschikt zijn voor noodsituaties met batterijen moeten direct beschikbaar zijn, inclusief ademhalingsbescherming tegen giftige gassen, thermische beschermende kleding en speciale gereedschappen voor het veilig loskoppelen van elektrische systemen tijdens noodsituaties.

Communicatiesystemen moeten blijven werken tijdens noodsituaties, met noodstroomvoorzieningen voor kritieke veiligheidssystemen en duidelijke protocollen voor het informeren van relevante autoriteiten en personeel. Regelmatige veiligheidstraining zorgt ervoor dat al het personeel de risico's en de juiste reactieprocedures voor thermische runaway begrijpt.

Wie heeft er dekking en bescherming nodig tegen thermische runaway van BESS?

Meerdere belanghebbenden in de BESS-industrie hebben uitgebreide bescherming tegen thermische runaway en verzekeringsdekking nodig:

Projectontwikkelaars en -eigenaars worden geconfronteerd met directe aansprakelijkheid voor thermische gebeurtenissen die schade aan eigendommen, milieuverontreiniging of bedrijfsonderbreking veroorzaken. Standaard algemene aansprakelijkheidspolissen sluiten meestal schadeclaims met betrekking tot vervuiling uit, waardoor gaten in de dekking ontstaan die milieuaansprakelijkheidsverzekeringen moeten opvullen.

Exploitanten en vermogensbeheerders hebben bescherming nodig tegen operationele risico's, waaronder opruimings-/saneringskosten, kosten voor naleving van regelgeving en verdedigingskosten in verband met thermische runaway-incidenten. Deze bescherming is van vitaal belang omdat standaard algemene aansprakelijkheidspolissen doorgaans geen dekking bieden voor verontreinigingsgerelateerde incidenten; een gespecialiseerde milieuaansprakelijkheidsdekking is nodig om deze kritieke leemte op te vullen.

Investeerders en kredietverstrekkers willen de zekerheid dat hun investeringen beschermd zijn tegen catastrofale verliezen als gevolg van thermische runaway-incidenten, waaronder bodem-/grondwaterverontreiniging, schade door wegvloeiend bluswater en incidenten met chemische lekken.

EPC-aannemers hebben dekking nodig tijdens de bouw- en inbedrijfstellingsfasen wanneer installatiefouten of defecte onderdelen kunnen leiden tot thermische runaway-events tijdens de garantieperiode.

Waarom is uitgebreide bescherming tegen thermische runaway essentieel?

Thermische runaway van BESS brengt complexe risico's met zich mee die verder gaan dan het directe brand- en explosiegevaar. Het vrijkomen van giftige gassen zoals waterstoffluoride (HF) en koolmonoxide (CO), in combinatie met mogelijke bodem-/grondwaterverontreiniging en afspoeling van bluswater, leidt tot milieuaansprakelijkheid die door standaard verzekeringspolissen wordt uitgesloten door middel van verontreinigingsuitsluitingen.

De financiële gevolgen van thermische runaway-events kunnen ernstig zijn en bestaan uit de kosten voor noodhulp, milieusanering, onderbreking van de bedrijfsvoering en kosten voor naleving van de regelgeving. Zonder de juiste dekking voor milieuaansprakelijkheid om deze uitsluitingen van vervuiling aan te pakken, worden belanghebbenden geconfronteerd met aanzienlijke onverzekerde risico's.

Naarmate de BESS-technologie zich blijft uitbreiden, wordt het steeds belangrijker om inzicht te krijgen in de risico's van thermische runaway en om uitgebreide preventie- en beschermingsstrategieën te implementeren voor projectsucces en financiële zekerheid. Een goede verzekeringsdekking, gecombineerd met robuuste veiligheidssystemen en onderhoudsprotocollen, vormt de basis voor duurzame BESS-activiteiten en investeringsbescherming.

Onderneem vandaag actie om uw BESS investering te beschermen

Wacht niet tot een thermal runaway event uw BESS project en financiële zekerheid bedreigt. De complexe risico's van energieopslagsystemen vereisen een gespecialiseerde milieuaansprakelijkheidsdekking die verder gaat dan de standaard verzekeringspolissen. Neem vandaag nog contact op met onze BESS verzekeringsexperts om uw blootstelling aan thermal runaway te beoordelen, hiaten in de dekking van uw huidige polissen te identificeren en een uitgebreide bescherming te garanderen die uw investering beschermt tegen catastrofale verliezen. Plan nu uw gratis adviesgesprek om er zeker van te zijn dat uw project de robuuste verzekeringsbasis heeft die nodig is voor succes op lange termijn.

E-mail: support@solarif.com
☎️ Telefoon: +31 (0)26 711 5050