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Offshore Platform & Coal Mine Explosion-Proof Battery Manufacturer Guide: ATEX / IECEx Group I & II Semi-Solid Storage

Le choix d'un fabricant de batteries antidéflagrantes pour plateformes offshore ou pour mines de charbon commence par la compréhension du champ d'application de la norme CEI 60079 (IECEx) et de la directive européenne ATEX 2014/34/UE. Dans le cadre de la série de normes CEI 60079, les équipements électriques antidéflagrants sont répartis en groupes distincts : le groupe I pour les mines de charbon souterraines exposées au grisou (méthane, CH₄) et aux poussières de charbon combustibles (Ex db I Mb et Ex ia I Ma), et le groupe II pour les atmosphères de gaz d'hydrocarbures en surface et en mer (Ex db IIB+H₂ / IIC T4–T6 Gb et Ex pxb / pzb dans les zones 1 et 2). D’autres juridictions appliquent des cadres réglementaires distincts, tels que la norme MSHA 30 CFR et la classification NEC (classe/division) aux États-Unis ou la norme MA en Chine, qui appliquent leurs propres règles d’essai et de classification et ne peuvent être considérées comme des substituts directs aux certificats IECEx ou ATEX.

En associant la technologie hybride solide-liquide (semi-solide) des batteries LiFePO4 à une conception transparente des packs OEM/ODM et à des plateformes standardisées de stockage d'énergie C&I dotées d'une zone de sécurité, MegSolid accompagne les équipementiers du secteur minier, les intégrateurs de systèmes offshore et les maîtres d'œuvre industriels (EPC) en leur proposant des modules de batteries, des racks et des systèmes de conversion d'énergie certifiés.

Groupe I (mines de charbon souterraines) vs Groupe II (plates-formes offshore et industrie pétrochimique) : principales différences entre les normes

Les équipements certifiés ATEX ou IECEx uniquement pour les installations pétrochimiques en surface (Groupe II) ne peuvent pas être utilisés dans un puits de mine de charbon souterrain (Groupe I). Les systèmes de batteries au lithium destinés à des installations de Zone 1 ou de Zone 2 (ou à une exploitation minière souterraine de Groupe I) nécessitent une solution de protection contre les explosions conçue et évaluée de manière appropriée. Un boîtier certifié ne suffit pas à lui seul à garantir la certification de l'ensemble du système de batteries. Le concept de protection Ex applicable et le périmètre de certification doivent être vérifiés pour l'assemblage final.

Tableau 1 : Normes relatives aux batteries selon IECEx / ATEX : Groupe I (mines de charbon) et Groupe II (offshore et pétrochimie)

Paramètre standard / techniqueIECEx / ATEX Groupe I (mines de charbon souterraines)IECEx / ATEX Groupe II (plates-formes offshore et raffineries)Impact de l'ingénierie sur la conception des systèmes de batteries
Risque d'explosion de la cibleGaz de mine (méthane, CH₄) + poussière de charbon combustibleHydrocarbures et gaz chimiques (groupes IIA, IIB, IIB+H₂, IIC)Les installations du groupe I doivent tenir compte à la fois des risques d'inflammation interne du méthane et de la combustion lente externe des couches de poussière de charbon déposées.
Niveaux de protection des équipements (EPL)Ma (reste sous tension en présence de gaz) et Mb (hors tension lorsque CH₄ > 1 %)Ga (zone 0), Gb (zone 1), Gc (zone 2)Les ensembles de batteries complets doivent être évalués selon le concept de protection Ex applicable (Ex db, Ex pxb / pzb, Ex eb, Ex ia / ib) et certifiés en tant que système fini, plutôt que de se fonder sur un certificat délivré pour un boîtier vide.
Limite maximale de température de surface≤ 150 °C (lorsque la poussière de charbon forme une couche) ou ≤ 450 °C (en l'absence de poussière)T1 (450 °C), T2 (300 °C), T3 (200 °C), T4 (135 °C), T5 (100 °C), T6 (85 °C)La conception thermique et la limitation de courant doivent permettre de maintenir les températures de l'enveloppe extérieure en dessous des limites fixées pour la poussière de charbon (150 °C) et pour la classe de température du groupe II (T1–T6), tant en fonctionnement normal qu'en cas de défaut.
Chocs mécaniques et matériau du boîtierRésistance élevée (essai de choc à 20 joules) aux chutes de pierres ; utilisation de certains alliages légers exposés restreinteStandard (essai de résistance aux chocs 4J à 7J) ; acier inoxydable 316L de qualité marine ou aluminium moulé sans cuivreLe groupe I impose des limites spécifiques aux alliages légers exposés ; choisissez les matériaux du boîtier en fonction de la norme applicable et de l'évaluation du risque d'inflammation.
Cadres réglementaires régionaux distinctsIECEx Groupe I, ATEX M1/M2 (UE) ; régimes distincts : MSHA 30 CFR (États-Unis), MA (Chine)IECEx Groupe II, zones ATEX 1/2 (UE) ; régime distinct : NEC Classe I Div. 1/2 (États-Unis)Les zones IECEx/ATEX et les classes/divisions NEC ou MSHA/MA constituent des systèmes réglementaires distincts et ne sont pas directement interchangeables ; les ensembles finis doivent être évalués au regard des normes en vigueur dans la juridiction concernée.
Concepts de protection des coffrets de batteries offshore selon la norme CEI 60079 : comparaison entre les approches « Ex db » (antidéflagrante) et « Ex p » (sous pression). Schéma conceptuel ; la certification dépend de l'assemblage final.

La règle relative aux étincelles de thermite " sans aluminium à nu " dans les mines de charbon souterraines

Les fournisseurs de batteries débutants proposent souvent des boîtiers légers en aluminium pour les équipements miniers souterrains. La norme CEI 60079-0 et les réglementations minières applicables interdisent l’utilisation de certains alliages de métaux légers exposés dans les mines de charbon souterraines du groupe I. Lorsqu'un éboulement ou un outil en acier rouillé heurte un boîtier en aluminium à grande vitesse, le contact entre le métal léger et l'oxyde de fer déclenche une réaction thermite exothermique, générant une étincelle de friction incendiaire qui enflamme le méthane présent dans l'atmosphère.

Par conséquent, les boîtiers de batterie antidéflagrants du groupe I (Ex db I Mb) destinés aux locomotives, aux monorails et aux chambres de refuge doivent faire l’objet d’une sélection documentée des matériaux, d’essais de résistance aux chocs mécaniques et de mesures de contrôle électrostatique appropriées. L'acier de construction ou l'acier inoxydable AISI 316L peuvent être évalués au regard de la norme spécifique à l'équipement et de la conception Ex homologuée ; il ne faut pas déduire la certification du seul choix du matériau.

Pourquoi les plateformes offshore et les mines souterraines abandonnent les batteries au plomb, au nickel-cadmium et au lithium-ion liquide

Facteurs techniques relatifs aux batteries antidéflagrantes destinées à une utilisation en mer, notamment le dégagement d'hydrogène, le poids, la protection Ex, la température de surface, les indices de protection IP et la température ambiante.

Tant les salles électriques des installations offshore en surface que les galeries souterraines de charbon sont exposées à des risques importants lors de l'utilisation de batteries à électrolyte aqueux de l'ancienne génération ou de cellules lithium-ion à électrolyte liquide classiques.

1. Élimination des émanations d'hydrogène (H₂) explosif pendant la charge

Lors de la charge d'entretien et de la charge d'appoint, les batteries au nickel-cadmium (Ni-Cd) à ventilation et les batteries au plomb-acide à régulation par soupape (VRLA) électrolysent l'eau et dégagent de l'hydrogène (H₂) du groupe IIC (limite inférieure d'explosivité de 4 %, énergie minimale d'inflammation de 0,017 mJ). Conformément à la norme CEI 62485-2, les salles de batteries et les locaux abritant des bancs de batteries au plomb-acide ou au nickel-cadmium doivent disposer d’un débit d’air de ventilation calculé, assuré par une ventilation naturelle ou mécanique forcée en fonction des conditions du site et des taux de dégagement gazeux, afin de diluer les concentrations d’hydrogène en dessous du seuil de sécurité ; dans une mine de charbon souterraine, les batteries au plomb-acide des locomotives nécessitent des stations de charge ventilées dédiées. Parallèlement, les batteries au plomb-acide et au Ni-Cd ne fournissent que 25 à 35 Wh/kg, ce qui impose un surpoids de 3 à 4 fois supérieur sur les ponts supérieurs des installations offshore et les véhicules de transport souterrains.

2. Tunnels souterrains confinés et enceintes offshore : batteries Li-ion liquides vs batteries LFP semi-solides

Alors que les batteries LFP évitent le mécanisme habituel de dégagement d’hydrogène propre aux batteries aqueuses, les cellules lithium-ion à électrolyte liquide classiques reposent sur des solvants carbonates organiques volatils. Dans un parking extérieur à ciel ouvert, la fumée provenant d’un dysfonctionnement de la batterie se dissipe dans l’atmosphère. À l’intérieur d’une galerie de charbon confinée à 500 mètres sous terre, ou dans une chambre de refuge souterraine hermétique pouvant accueillir des mineurs bloqués pendant 48 à 96 heures, les vapeurs d’électrolyte et les gaz de décomposition s’échappent directement par le conduit de ventilation. De même, sur une installation offshore de zone 1 ou de zone 2, le choix des cellules et la gestion thermique déterminent directement l’évaluation de la sécurité du système.

MegSolid répond aux enjeux de stabilité électrochimique grâce à notre technologie des batteries à état semi-solide, associant une conception d'électrolyte hybride solide-liquide à une cathode LiFePO₄ :

Étanchéité dans des conditions environnementales extrêmes : eaux d'exhaure acides (pH 3,5–5,5), brouillard salin offshore C5/CX et conception IP68

Esquisse conceptuelle d'un boîtier de batterie marine en acier inoxydable 316L, présentant la protection anticorrosion, la bride à joint torique, le pare-flammes et les presse-étoupes de barrière Ex d.

Tant les plateformes offshore que les mines de charbon souterraines soumettent les boîtiers de batteries à des agressions chimiques et hydrostatiques qui dégradent rapidement les armoires standard en tôle disponibles dans le commerce :

Applications clés dans les secteurs offshore et de l'exploitation charbonnière : adapter votre projet aux produits MegSolid et aux solutions OEM/ODM

Afin d'assurer une transparence totale sur les nomenclatures et de définir clairement le périmètre des travaux d'ingénierie, MegSolid accompagne les équipementiers opérant dans des zones à risque et les clients EPC du secteur industriel à travers deux approches distinctes :

Piste n° 1 : Conception sur mesure de blocs-batteries OEM/ODM et modules semi-solides de 51,2 V

Les systèmes de batteries au lithium destinés à des installations de Zone 1 ou de Zone 2 (ou à des mines souterraines du Groupe I) nécessitent une solution de protection contre les explosions conçue et évaluée de manière appropriée. Le simple fait de disposer d’un boîtier certifié ne suffit pas à garantir la certification de l’ensemble du système de batteries. Le concept de protection Ex applicable et le périmètre de certification doivent être vérifiés pour l’assemblage final. Pour les constructeurs de véhicules miniers, les constructeurs de chambres de refuge souterraines et les intégrateurs de systèmes offshore développant des ensembles complets certifiés, MegSolid fournit des modules LFP semi-solides documentés ainsi que des services d’ingénierie OEM/ODM sur mesure, de la cellule au pack :

Piste 2 : Ventilation des mines à ciel ouvert, assèchement et sous-station industrielle C&I BESS

Dans une mine de charbon souterraine gazifère, une coupure de courant au niveau du réseau de surface entraînant l’arrêt des ventilateurs principaux de ventilation de surface peut entraîner un risque de méthane qui s’aggrave rapidement ; si les pompes d’assèchement des puits profonds sont privées d’alimentation, les eaux souterraines inondent les équipements de taille longue au fond du puits. De même, les raffineries pétrochimiques et les usines de traitement terrestres ou côtières nécessitent une alimentation de secours et un lissage des pics de consommation assurés par des sous-stations situées dans des zones sécurisées, d'une puissance de l'ordre du mégawatt.

MegSolid fabrique des armoires, des conteneurs et des équipements PCS modulaires standardisés et destinés aux zones de sécurité, à usage commercial et industriel (C&I), sur différentes plateformes de tension :

Découvrez l'intégralité des spécifications techniques C&I pour les micro-réseaux des mines à ciel ouvert et les sous-stations industrielles sur notre Page consacrée aux systèmes de stockage d'énergie à usage commercial et industriel (C&I) →

Comment définir les spécifications d'un projet de batterie destiné au secteur offshore ou minier : 6 paramètres techniques

Veuillez inclure les six paramètres techniques figurant dans le tableau 2 lorsque vous nous transmettez vos spécifications techniques, afin que nos ingénieurs d'application OEM/ODM et C&I puissent définir précisément la configuration de la batterie et les livrables relatifs à l'interface.

Tableau 2 : Liste de contrôle des spécifications pour les appels d'offres relatifs aux batteries destinées aux plateformes offshore et aux mines de charbon

Catégorie de paramètresOptions à préciser dans votre demande d'ingénieriePourquoi cela détermine la conception des packs et des systèmes
1. Classification par secteur d'activité et par zone géographiqueZone sûre vs. Mine de charbon souterraine de groupe I (Ex db I Mb / MSHA / MA) vs. Installations offshore/pétrochimiques de groupe II (ATEX/IECEx Zone 1 ou Zone 2)Détermine si les systèmes standard IP54/IP55/IP65 pour zones de sécurité s'appliquent ou s'il est nécessaire de recourir à une intégration sur mesure de cellules/modules OEM pour obtenir un ensemble Ex certifié complet.
2. Groupe de gaz, couche de poussière et classe de températureGroupe I (CH₄ + poussière de charbon ≤ 150 °C) ou Groupe II (IIA, IIB, IIB+H₂, IIC | T4 135 °C à T6 85 °C)Elle définit les dimensions des chemins de flammes, les restrictions relatives à l'aluminium apparent dans les mines du groupe I, ainsi que les limites maximales de dissipation thermique interne.
3. Pénétration d'eau dans le boîtier et environnement corrosifZone de sécurité IP21 / IP54 / IP55 / IP65 par rapport à l'immersion totale IP68 (profondeur/durée), environnement offshore ISO 12944 C5/CX, ou eaux minières acides (pH 3,5–5,5)S'adapte à la métallurgie des boîtiers (acier soudé / acier inoxydable 316L) et aux matériaux d'étanchéité utilisés dans les locaux intérieurs, sur les plates-formes de surface, les ponts offshore ou les galeries minières inondées.
4. Tension du système, capacité et rapport cycliqueLes plateformes MegSolid comprennent la batterie résidentielle de 51,2 V / 16,07 kWh, le modèle ESSA0100B-0215 de 672 à 850 V CC, l’Energon 261 de 676 à 936 V CC, et le 5000INTL de 1 123,2 à 1 497,6 V CC. Les exigences de tension spécifiques doivent faire l’objet d’une évaluation séparée.Permet de distinguer les plates-formes de tension standard certifiées des chaînes de tension OEM sur mesure et d'aligner le taux de décharge en courant continu (C-rate) continu et de crête sur les charges des chambres de refuge, des systèmes de traction ou des onduleurs PCS industriels.
5. Plage de températures ambiantesLimites de température de charge et de décharge (par exemple, MEG-Solid-512314FL1 : de 0 °C à 45 °C en charge, de -20 °C à 60 °C en décharge)Assure une gestion thermique optimale dans les galeries minières géothermiques à +35 °C, les puits de surface en hiver à -20 °C ou sur les ponts de navires offshore à +50 °C.
6. Télémétrie BMS et champ d'application de la conformitéProtocoles RS485 / RS232 / CAN, exigences en matière d'isolation optique, rapports d'essais des cellules et des packs (UL / CE / UN38.3) et responsabilité relative à la certification finale du système ExDéfinit clairement la responsabilité de l'interface entre le système de gestion de la batterie (BMS), le contrôleur du véhicule ou le système de gestion électronique (EMS) et l'organisme notifié chargé de certifier l'ensemble « Ex » complet.

Collaborez avec MegSolid pour les packs de batteries OEM/ODM destinés aux secteurs minier et offshore, ainsi que pour les systèmes de stockage d'énergie (BESS) C&I

Que vous soyez un équipementier (OEM) spécialisé dans la conception de locomotives minières électriques à batterie, de monorails, de chambres de refuge et d’ensembles offshore de zones 1/2, ou un maître d’œuvre (EPC) déployant des systèmes de stockage d’appoint de plusieurs mégawatts C&I pour les ventilateurs de mines à ciel ouvert et les sous-stations industrielles, MegSolid propose une technologie LFP semi-solide éprouvée et un processus de fabrication transparent :

FAQ

Non. Les essais selon la norme CEI 60529 IP68 sont réalisés dans des conditions d'immersion spécifiées pour l'équipement. Le fabricant doit indiquer la profondeur d'immersion testée, la durée de l'immersion, les entrées de câbles, les joints d'étanchéité et les contraintes d'utilisation. La classification IP68 ne constitue pas une homologation ATEX ou IECEx en matière de protection contre les explosions.

L'indice de protection IP54 ne constitue pas une certification pour les zones à risque. Les armoires MegSolid standard doivent être utilisées dans des zones sûres, sauf si un système complet a été conçu, évalué et certifié pour la zone classée.

Non. Les cellules de batterie, le comportement en cas de défaillance thermique, le système de gestion de batterie (BMS), le câblage, les presse-étoupes, les températures de surface accessibles et l'ensemble complet doivent faire l'objet d'une évaluation. Demandez le marquage exact de l'équipement, le certificat, le cahier des charges, les conditions d'utilisation et le champ d'application du modèle.

Le type Ex db utilise un boîtier antidéflagrant spécialement conçu pour confiner une explosion interne et empêcher la propagation des flammes. Le type Ex p à pressurisation utilise un gaz de protection, un système de surveillance et des mesures de sécurité associées. Le niveau de protection requis dépend de la zone, du groupe de gaz et de la conception de l'équipement.

La MEG-Solid-512314FL1 est une batterie résidentielle LiFePO₄ semi-solide de 51,2 V, 314 Ah et 16,07 kWh, dont la plage de fonctionnement publiée est comprise entre 43,2 et 57,6 V. Il s'agit d'un module de référence destiné à l'évaluation ; aucune homologation ATEX/IECEx n'a été obtenue pour ce pack sur la base de ces paramètres.

Calculer la charge mesurée en mode continu et intermittent du système de maintien en vie sur toute la durée d'autonomie requise par le projet, puis tenir compte du déclassement, des équipements auxiliaires, du vieillissement, de la réserve de SOC et des pertes au niveau de l'onduleur. La durée requise et la conception approuvée doivent être conformes à la réglementation en vigueur sur le site et à la certification du système de secours.

Veuillez fournir la classification de zone, les groupes de gaz et de température, le profil de charge, la tension, l'autonomie, les dimensions et le poids admissibles, les exigences relatives à l'environnement et à la protection contre les infiltrations, la classe de corrosion, les interfaces BMS, la stratégie de lutte contre l'incendie et la répartition des responsabilités en vue de l'évaluation Ex finale.

Vérifier les exigences d'homologation des équipements miniers, la classification relative au méthane et aux poussières, l'utilisation en mode « refuge » ou « traction », les contraintes liées aux chocs mécaniques, la corrosion et les interfaces de télémétrie. Une fiche technique de batterie publiée ne remplace pas l'homologation applicable au niveau de la mine.

Définir le schéma de la plate-forme pour les zones à risque, l'exposition au brouillard salin, la température de fonctionnement, les conditions d'essai d'immersion du boîtier, la disposition des entrées de câbles et la surveillance des gaz. Vérifier la documentation relative à l'assemblage final ainsi que les exigences électriques applicables en milieu offshore.

Non. Les réglementations IECEx, ATEX (Europe), MSHA (États-Unis) et celles fondées sur les normes NEC/OSHA ont des champs d'application et des procédures d'homologation différents. Vérifiez les exigences locales en matière d'homologation pour l'équipement final avant de le spécifier dans une mine ou une installation offshore.

MegSolid (Hong Kong) Limited se consacre à la R&D, à la conception et à la fourniture de systèmes de stockage d’énergie haute performance. Forts de dix ans d’expérience technique, nous proposons à nos clients du monde entier des systèmes ESS sur mesure en armoires extérieures, des onduleurs résidentiels et des solutions d’alimentation portables.
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UL, IEC, UN38.3, Société de classification de Chine, GB36276-2023, RoHS

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