Claves para el uso de baterías de litio que cumplen la normativa ATEX

Autor: Pyroban

Utilizar una batería de iones de litio para alimentar una carretilla elevadora tiene muchas ventajas en la aplicación adecuada, pero (en el momento de escribir este artículo, en junio de 2021) no están claros los requisitos para garantizar que las baterías de iones de litio sean seguras para su uso en atmósferas potencialmente explosivas.

Algunos fabricantes han colocado carretillas con baterías de iones de litio en aplicaciones Ex, pero otros, incluido Pyroban, no creen que la tecnología sea apropiada en este momento. Steve Noakes, director general de Pyroban y coordinador del comité de normas EN1755, explica el problema.

Recibimos un número creciente de consultas sobre opciones de baterías de iones de litio con certificación Ex, y con razón. Las baterías de iones de litio permiten la carga de oportunidad, requieren menos mantenimiento y ofrecen un funcionamiento más prolongado entre cargas, por lo que han demostrado ser populares en muchas industrias.

Sin embargo, en junio de 2021, en un futuro previsible, Pyroban se niega a cotizar la conversión ATEX de las carretillas elevadoras de iones de litio.

Sencillamente, no está claro cuál es el nivel de seguridad adecuado para esta tecnología y, como las normas Ex no parecen cubrir las aplicaciones de las baterías de tracción, hay que preguntarse por tanto si son seguras para su uso en zonas peligrosas.

En la actualidad, las normas Ex para las baterías de iones de litio se aplican principalmente a los paquetes de baterías pequeños, no a las capacidades de las baterías de tracción de forma explícita. Por lo tanto, no hay una orientación clara sobre qué condiciones de la batería deben considerarse para las áreas de la Zona 2 y la Zona 1 (funcionamiento normal, fallos previsibles) y qué conceptos de protección Ex son adecuados.

Características de las baterías de iones de litio

Existen varios tipos de baterías de iones de litio con diferentes composiciones químicas. Algunas son más volátiles que otras y existe un equilibrio entre la densidad de potencia y la estabilidad inherente (seguridad).

Una batería de iones de litio tiene muchos más componentes que una batería de tracción convencional. Las celdas individuales se conectan entre sí para formar módulos y cada módulo se conecta entre sí para formar el conjunto de la batería, que es supervisado por el sistema de gestión de la batería (BMS). La forma en que se diseña, produce y prueba cada elemento es clave para lograr el nivel adecuado de seguridad Ex.

Las celdas son producidas en volúmenes muy elevados por fábricas que no siempre son propiedad del OEM de la batería final, por lo que una cuestión planteada por el comité de la norma EN1755 es cómo se puede controlar y verificar la producción de este componente clave para las aplicaciones Ex.

Qué concepto de protección Ex es el adecuado es también una cuestión fundamental que no tiene una posición clara por el momento, ya que depende de qué condiciones se incluyen en los requisitos de funcionamiento normal y mal funcionamiento previsible.

Incluso una caja antideflagrante Ex d puede no ser adecuada para una batería de iones de litio a pesar de su robustez.

¿Por qué las baterías de iones de litio son un riesgo para las zonas peligrosas?

Principalmente, si las baterías de iones de litio se vuelven inestables, podrían suponer un alto riesgo de ignición si no se mantienen o no se utilizan correctamente. Esto completaría el triángulo de ignición dentro de una atmósfera potencialmente explosiva.

Esto se debe a que las baterías de iones de litio
  • Son vulnerables al desbordamiento térmico causado por la ruptura de las celdas individuales. Las celdas de iones de litio pueden sobrecalentarse en condiciones adversas de funcionamiento/fallos, lo que podría dar lugar a que las celdas se incendien
  • La degradación de las celdas genera hidrógeno y oxígeno, lo que perpetúa el sobrecalentamiento/incendio/riesgo de explosión
  • Como el oxígeno se produce como resultado de la reacción química cuando las células se descomponen, incluso si se sellan de la atmósfera (que sería la fuente habitual de oxígeno) el oxígeno estaría disponible. El hecho de que el combustible, el oxígeno y una fuente de calor se produzcan cuando las celdas fallen es lo que resulta peligroso. Todos los lados del triángulo de ignición están completos
  • Los incendios de baterías de iones de litio también son intensos y muy difíciles de apagar, por lo que un camión en llamas puede estar en el lugar durante horas antes de que pueda ser extinguido
  • Hay una reducción permanente de la capacidad, y un posible sobrecalentamiento, por sobrecarga y sobrecorriente durante la carga
  • Hay una reducción de la capacidad o incluso inestabilidad por avería interna por subtensión o sobredescarga
  • Pueden producirse condiciones inestables en la batería si ésta se daña
  • En otras palabras, todos los elementos del diseño, la construcción y el uso de la batería son fundamentales para garantizar un funcionamiento estable y evitar que se produzca una fuente de ignición importante.
¿Ofrecen los fabricantes de baterías baterías de iones de litio con certificación EX para carretillas elevadoras?

Los principales fabricantes de baterías de tracción se han resistido a producir una batería de iones de litio Ex para carretillas elevadoras debido a estas preocupaciones y a la falta de normas Ex con las que certificar.

Además, ¿es práctico? Como el cargador no puede mantenerse en la zona peligrosa, esto dificulta la carga de oportunidad.

La posición de Pyroban sobre las carretillas elevadoras con baterías de iones de litio

Pyroban se mantiene activo en su revisión técnica de la tecnología de iones de litio, en constante evolución, y en el trabajo de normalización Ex que realizamos para impulsar la claridad de las normas a las aplicaciones de carretillas elevadoras.

Aunque Pyroban ha sido pionera en muchas tecnologías nuevas en el pasado, no nos sentimos seguros para decidir unilateralmente lo que es seguro para las baterías de tracción de iones de litio Ex. Las empresas que actualmente ofrecen baterías de iones de litio Ex, en nuestra opinión, lo hacen sin una base clara, incluso si han involucrado a un tercero, como demostró la reciente Alerta de Seguridad.

¿Y la posición de los Organismos Notificados?

Los organismos notificados son reacios a aceptar proyectos Ex de iones de litio debido a la falta de claridad en cuanto a los requisitos de evaluación de riesgos para las áreas peligrosas de la Zona 2 y la Zona 1.

Se ha emitido una alerta de seguridad que plantea la preocupación por el uso de baterías de iones de litio en recintos Ex d. ¿Por qué? La alerta identifica que la energía de explosión generada cuando las celdas fallan puede superar con creces la resistencia mecánica de la caja y, por tanto, no impediría que la ignición se propagara a la atmósfera abierta. Pyroban también considera que, como las cajas Ex d no son ignífugas, un incendio interno puede distorsionar la caja, anulando las propiedades Ex d, y la temperatura de la superficie puede superar la clase T (temperatura).

Otras nuevas tecnologías de baterías se adaptan a la protección contra explosiones

La actual y exitosa tecnología de baterías de plomo-ácido que cumple con ATEX es segura y está probada para su uso en áreas peligrosas. Además, la nueva generación de baterías, con tecnologías como el plomo puro de placa fina (tppl), también ofrece ventajas similares a las de iones de litio, con carga de oportunidad durante las pausas cortas, lo que reduce la necesidad de cambiar las baterías. Ya están disponibles como opciones que cumplen con la normativa ATEX.

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