Comprendere il Thermal Runaway: innescanti e meccanismo
Il Thermal Runaway descrive una reazione termica autoaccelerante in una cella al litio: quando la temperatura della cella supera una soglia critica, iniziano reazioni esotermiche — decomposizione dell'elettrolita, collasso del separatore, reazione del litio rilasciato con umidità o ossigeno. Il calore rilasciato accelera ulteriormente la reazione fino al guasto termico della cella. Le celle adiacenti vengono riscaldate nel processo e possono anch'esse entrare in Runaway — la cosiddetta propagazione cella a cella.
Gli innescanti si dividono in tre categorie: Meccanico — penetrazione di un oggetto conduttivo (chiodo, scheggia), grave deformazione da impatto o schiacciamento; Termico — fonti di calore esterne (incendio nelle vicinanze, raffreddamento inadeguato), funzionamento continuo fuori dall'intervallo di temperatura; Elettrico — sovraccarica oltre la tensione superiore della cella, scarica profonda sotto il limite inferiore, cortocircuito esterno. Un BMS integro previene in modo affidabile gli innescanti elettrici. Le influenze meccaniche e termiche richiedono misure progettuali sul pack e nella situazione d'installazione.
Stoccaggio sicuro: SoC, temperatura, distanze, compartimenti antincendio
Lo stoccaggio di pacchi batteria al litio nelle operazioni industriali segue regole precise. Stato di carica (SoC): Per lo stoccaggio prolungato (settimane fino a mesi) si raccomanda un SoC del 30–50 %. I pack completamente carichi (SoC >80 %) invecchiano più rapidamente e contribuiscono più energia in un evento di incendio. I pack profondamente scarichi (<10 %) possono scendere sotto il limite inferiore per auto-scarica, danneggiando irreversibilmente l'anodo.
Temperatura: Le batterie al litio devono essere stoccate tra +5 °C e +25 °C. Il freddo riduce l'auto-scarica, il calore accelera l'invecchiamento e aumenta la pressione interna. Vanno evitati la luce solare diretta e lo stoccaggio vicino a fonti di calore.
Separazione spaziale e compartimenti antincendio: I locali di stoccaggio per batterie al litio devono essere progettati come compartimenti antincendio separati — classe di resistenza al fuoco F30 o superiore. Per quantità maggiori è necessario il coordinamento con il responsabile della protezione antincendio e, se necessario, con l'autorità competente.
Etichettatura: I pack stoccati devono essere chiaramente etichettati (tensione, capacità, chimica). I pack difettosi o danneggiati devono essere immediatamente isolati e stoccati separatamente — non nello stesso scaffale delle unità integre.
Misure antincendio e norme
Diverse norme e direttive sono rilevanti nell'ambiente commerciale. IEC 62619 definisce i requisiti di sicurezza per celle e batterie al litio stazionarie e mobili. UN 38.3 disciplina i test di trasporto (vibrazione, urto, carico termico, sovraccarica, cortocircuito, schiacciamento, impatto) — deve essere disponibile il relativo certificato di test per ogni pack batteria trasportato o consegnato.
Per la protezione antincendio in esercizio: i rilevatori di fumo nelle aree di stoccaggio sono obbligatori. Per scorte maggiori di batterie, gli esperti di protezione antincendio raccomandano spesso impianti automatici di estinzione — i sistemi di estinzione ad acqua (sprinkler) sono fondamentalmente adatti per le batterie a ioni di litio. Le coperte antincendio possono isolare i singoli pack durante l'insorgere di un Thermal Runaway, ma non sostituiscono l'acqua.
Nelle operazioni AGV in aggiunta: i veicoli con comportamento anomalo della temperatura (alloggiamento caldo, odore insolito, alloggiamento rigonfio) devono essere ritirati immediatamente dal servizio e parcheggiati in un'area più sicura — preferibilmente su una superficie non combustibile e con sufficiente distanza da altri veicoli e scaffalature.
Estinzione corretta di incendi al litio
Il diffuso mito che l'acqua sia vietata per gli incendi al litio proviene dalla chimica del litio metallico elementare (es. in celle primarie o nella metallurgia del litio) — non dagli accumulatori a ioni di litio. Quando un pack batteria a ioni di litio è in fiamme, l'acqua non reagisce con il litio negli elettrodi (che è presente come litio intercalato) ma raffredda il pack. Grandi quantità d'acqua sono il mezzo più efficace per raffreddare il Thermal Runaway e impedirne la propagazione alle celle adiacenti.
I vigili del fuoco raccomandano in pratica: immergere se possibile il pack in fiamme in un contenitore pieno d'acqua (vasca metallica, contenitore IBC) o inondarlo continuamente con acqua. L'obiettivo è il raffreddamento sotto la soglia di reazione — la chimica può rimanere attiva per ore senza reinnesco, purché venga mantenuto un raffreddamento sufficiente. Gli estintori a CO₂ sopprimono l'area di fiamma visibile ma non hanno effetto refrigerante sulla reazione cellulare e sono insufficienti per pack più grandi. Gli estintori a polvere contaminano l'impianto ma non raffreddano nemmeno.
Dopo un evento di incendio il pack interessato deve essere trattato come merce pericolosa e ritirato da un'azienda di smaltimento specializzata. Anche se il pack appare esternamente integro deve essere ritirato dal servizio — le celle danneggiate termicamente possono rientrare in Thermal Runaway ore o giorni dopo l'evento.
Come BMS e chimica delle celle riducono il rischio
Un BMS correttamente progettato previene in modo affidabile i principali innescanti elettrici del Thermal Runaway: blocca la carica in caso di sovratensione, la scarica in caso di sottotensione e entrambe in caso di sovratemperatura. Rileva dispersioni di tensione delle celle che possono indicare una cella meccanicamente danneggiata o invecchiata e segnala anomalie tramite CAN-Bus o Profinet al controllore della macchina. Per uso industriale il BMS deve valutare adicionalmente sensori di temperatura in più punti del pack.
Chimica delle celle: LiFePO4 (litioferrofosfato) è termicamente più stabile di Li-NMC. Il motivo risiede nell'energia di legame del materiale catodico: LiFePO4 rilascia significativamente meno ossigeno al riscaldamento rispetto ai catodi NMC, il che rallenta considerevolmente la reazione esotermica nel Thermal Runaway. Per applicazioni industriali dove sicurezza e longevità sono prioritarie rispetto alla densità di energia, LiFePO4 è quindi la scelta preferita — anche in Hellpower Energy per le applicazioni AGV e FTS.