Feasibility study, international standard analysis and lithium-ion fault simulation for a battery energy storage system (BESS) in Chile

This project presents a comprehensive study on a new product developed by NHOA Energy s.r.l. This product is an encapsulation container for LFP batteries, which will be initially installed in an project located in Chile. The objective of the project is first to conduct a literature review focusing on previous BESS failures worldwide, including the age of the BESS at the time of failure. Additionally, a state-of-the-art review of current LFP batteries was conducted, addressing thermal runaway performance, fire and explosion hazard analysis, BESS degradation processes, CFD modeling of Lithium-ion batteries, and new fire encapsulation techniques. A significant portion of this study is dedicated to evaluating the standards and regulations commonly adhered to in BESS projects. This evaluation aims to determine the applicability of these standards to the DC-BloQ, the new NHOA product, and ensure it meets all necessary safety performance criteria. The simulation phase of the project aims to assess the thermal and pressure behavior of a battery module within the DC-BloQ container. Using detailed data on the container structure and battery parameters provided by NHOA Energy, a robust model was constructed. The analysis focused on two scenarios: one with cooling agent and one without. Results revealed that without a cooling agent, battery temperatures could go up to 750 °K, posing significant safety risks. However, with the cooling agent, temperatures remained within optimal operational conditions, and pressure levels were well-regulated, showcasing the effectiveness of the DC-BloQ design. This study also highlights the potential of advanced simulation software such as Ansys for CFD analysis in optimizing battery safety and performance. The use of Ansys enabled precise modeling and prediction of thermal and pressure behaviors under various conditions, proving invaluable in the design and evaluation process. Moreover, this project prepares the way for further research, particularly in the realm of explosive analysis. Understanding and mitigating explosion risks is critical for advancing in the safety of BESS installations globally. This study not only demonstrates the feasibility and benefits of the DC-BloQ encapsulation container but also sets a precedent for future innovations in battery safety and energy storage solutions.

Questo progetto presenta uno studio completo su un nuovo prodotto sviluppato da NHOA Energy s.r.l. Si tratta di un contenitore di incapsulamento per batterie LFP, che sarà inizialmente installato in un progetto situato in Cile. L'obiettivo del progetto è innanzitutto quello di condurre una revisione della letteratura incentrata sui precedenti guasti dei BESS in tutto il mondo, compresa l'età del BESS al momento del guasto. Inoltre, è stata condotta una revisione dello stato dell'arte delle attuali batterie LFP, affrontando le prestazioni di fuga termica, l'analisi dei rischi di incendio e di esplosione, i processi di degrado dei BESS, la modellazione CFD delle batterie agli ioni di litio e le nuove tecniche di incapsulamento antincendio. Una parte significativa di questo studio è dedicata alla valutazione degli standard e delle normative comunemente rispettate nei progetti BESS. Questa valutazione mira a determinare l'applicabilità di questi standard al DC-BloQ, il nuovo prodotto NHOA, e a garantire che soddisfi tutti i criteri di sicurezza necessari. La fase di simulazione del progetto mira a valutare il comportamento termico e di pressione di un modulo batteria all'interno del contenitore DC-BloQ. Utilizzando dati dettagliati sulla struttura del contenitore e sui parametri della batteria forniti da NHOA Energy, è stato costruito un modello robusto. L'analisi si è concentrata su due scenari: uno con agente refrigerante e uno senza. I risultati hanno rivelato che senza un agente refrigerante, le temperature della batteria potrebbero raggiungere i 750 °K, con rischi significativi per la sicurezza. Tuttavia, con l'agente refrigerante, le temperature sono rimaste entro le condizioni operative ottimali e i livelli di pressione sono stati ben regolati, dimostrando l'efficacia del progetto DC-BloQ. Questo studio evidenzia anche il potenziale di un software di simulazione avanzato come Ansys per l'analisi CFD nell'ottimizzazione della sicurezza e delle prestazioni della batteria. L'uso di Ansys ha permesso di modellare e prevedere con precisione i comportamenti termici e di pressione in varie condizioni, rivelandosi prezioso nel processo di progettazione e valutazione. Inoltre, questo progetto prepara la strada a ulteriori ricerche, in particolare nel campo dell'analisi degli esplosivi. La comprensione e l'attenuazione dei rischi di esplosione sono fondamentali per il progresso della sicurezza degli impianti BESS a livello globale. Questo studio non solo dimostra la fattibilità e i vantaggi del contenitore di incapsulamento DC-BloQ, ma crea anche un precedente per le future innovazioni nel campo della sicurezza delle batterie e delle soluzioni di stoccaggio dell'energia.