リチウムイオン（Li-Ion）電池市場は、それを規制するための規格や基準の策定ペースを上回るペースで拡大を続けています。家庭用電動自転車から公益事業規模の蓄電池エネルギー貯蔵システム（BESS）まで、Li-Ion技術は今や、あらゆる大陸、あらゆる管轄区域の建築環境のほぼすべての分野に組み込まれています。世界中の防火専門家や請負業者にとって、この普及は、急速に変化し、技術的に高度な設計上の課題を生み出しており、根本的な危険科学と、規定に基づく要件および性能に基づく要件の現状をしっかりと理解することが求められています。参照されている規格や基準は米国の規制環境を反映していますが、根本的な危険科学、設計原則、および試験プロトコルは世界的に適用可能であり、世界中の管轄当局によってますます参照されるようになっています。

根本的な危険：熱暴走

設計基準に取り組む前に、リチウムイオン電池が従来の火災の危険性と根本的に異なる点を理解することが不可欠です。主なリスクは熱暴走です。NFPA 855では、熱暴走とは、電気化学セルが制御不能な自己発熱によって温度を上昇させ、ガス放出、火災、または爆発につながる可能性がある状態と定義されています。

従来のB級火災やC級火災とは異なり、熱暴走は内部で発生する電気化学的な現象です。一度発生すると、消火システムでは止めることができません。火災の四面体モデルは直接適用されません。大気から酸素を除去しても熱暴走は止まらず、放出された可燃性ガスの着火を防ぐだけで、ガスが蓄積して爆燃濃度に達する可能性があります。これは設計上の重要な考慮事項であり、特に区画内の酸素を遮断するような消火技術は、直ちに不適格となります。

熱暴走は、熱的異常（過熱または冷却機能の喪失）、電気的異常（過充電または過放電）、あるいはセルへの物理的損傷によって引き起こされる可能性があります。一度1つのセルが熱暴走状態に陥ると、適切な分離または能動的な冷却が行われていない限り、隣接するセルへの伝播が非常に高くなります。

スプリンクラー設計における実際的な意味合い：リチウムイオン電池を保護する消火スプリンクラーシステムの目的は、熱暴走現象そのものを消火することではなく、封じ込めることである。システムは、隣接するセルを十分に冷却し、熱暴走が発生源であるラック、棚、または車両にまで伝播するのを阻止しなければならない。この原則は、特定のプロジェクトを管轄する国または地域の基準に関係なく当てはまる。

バッテリーの化学組成と充電状態は重要である

リチウムイオン電池はすべて同じ危険性を示すわけではありません。正極材料の化学組成は、エネルギー密度と熱暴走の深刻度の両方に大きく影響します。一般的な化学組成としては、リチウムニッケルマンガンコバルト酸化物（NMC）、リン酸鉄リチウム（LFP）、リチウムニッケルコバルトアルミニウム酸化物（NCA）、リチウムコバルト酸化物（LCO）などがあります。

サンディア国立研究所の研究によると、蓄積エネルギーが大きいほど総熱暴走エンタルピーも大きくなる一方で、比エネルギーの高いバッテリーは、そのエネルギーをより速く、より高いピーク熱放出率で放出することが示されています。NMCおよびNCA系バッテリーはLFP系バッテリーよりもエネルギー密度が高いものの、より深刻な熱暴走を引き起こします。設置場所におけるバッテリーの化学組成は、適切な保護基準に直接影響を与えるため、専門家は管轄区域に関わらず、画一的なアプローチを想定すべきではありません。 充電状態（SOC）も同様に重要です。SOCが100%のセルは、SOCが30%の同一セルよりもはるかに激しい熱暴走を起こし、ピーク温度、ピーク加熱速度、および暴走エンタルピーが著しく高くなります。SOCの閾値（通常は60%）は、FM Globalのデータシートを含むいくつかのフレームワークで、蓄電製品の分類を定義し、適用可能な設計基準を決定するために使用されています。したがって、特定の設備の稼働中のSOCを理解することは、二次的な考慮事項ではなく、重要な設計入力となります。

規制環境：規制要件はどこから来るのか？

ほとんどの商品リスクとは異なり、リチウムイオン電池については、あらゆる用途を網羅する単一のグローバルな規定文書は存在しない。米国国内においても、設計基準は具体的な使用事例に応じて、複数の重複する情報源から導き出す必要がある。国際的には状況はさらに多様であるが、特にUL 9540Aなどの基本的な試験プロトコルは、北米以外の地域を管轄する規制当局や機関によってますます参照されるようになっている。 NFPA 13は、スプリンクラー設計の適用範囲からリチウムイオン電池を明確に除外しています。設置要件は引き続き適用されますが、設計密度と面積は別の基準で算出する必要があります。 NFPA 855は、米国における定置型エネルギー貯蔵システムの主要な規格です。適合する屋内商業施設（ESSグループがそれぞれ50kWhを超えず、3フィート以上離れている場合）では、規定のスプリンクラー密度は2,500平方フィートあたり0.3 gpm/平方フィートです。非専用用途の建物では、防火区域ごとに600kWhが上限となります。専用用途の建物では、適切な防火区画と収容人数制限が維持されている限り、このようなエネルギー制限はありません。配置がNFPA 855の規定基準を満たさない場合は、UL 9540Aによる大規模試験が必要です。

FM Globalデータシート5-33は、20kWhを超えるリチウムイオンBESSの設置を規定しており、火災発生源からの距離、アクセス可能な外壁の数、バッテリーの種類によって異なる設置場所に基づく基準を定めています。NMC設置では、LFP設置よりも広い通路間隔が必要です。設置場所の要件が満たされている場合、スプリンクラーの密度は火災区域全体で0.3 gpm/ft²となり、隣接する分離されていないバッテリーラックごとに45分間の給水時間が確保されます。

FM Globalデータシート7-112は、大型バッテリー保管に関する主要な参考資料であり、SOC、天井高、保管高さ、およびパッケージングに基づいた商品分類を提供し、これらの情報は、適用可能なスプリンクラー設計基準に関するFMデータシート8-9に反映されます。

これらの米国発の文書は、特に多国籍製造業、物流業、エネルギー貯蔵プロジェクトなど、グローバル市場で広く参照されているため、北米をはるかに超えた地域においても、専門的な知識として非常に重要である。

UL 9540A：性能に基づく認証方式

ほとんどの大規模ESS（エネルギー貯蔵システム）設備において、規定された設計方法は経済的に実現不可能である。エネルギー密度の制限により、平方フィートあたりのコストが法外に高くなるためだ。そのため、商業プロジェクトの大部分は、UL 9540A試験によって検証された性能ベースの設計を採用している。UL 9540Aは、バッテリーエネルギー貯蔵システムにおける熱暴走火災の伝播を評価するためのベンチマーク手法として、国際的に大きな支持を得ているプロトコルである。

UL 9540A は、セル、モジュール、ユニット、設置の 4 つのレベルからなる段階的な試験プロトコルです。各レベルでは、バッテリー システムに強制的な熱暴走イベントを課し、伝播が設計境界内に収まるかどうかを評価します。特定のレベルに合格した場合、それ以上の試験は必要ありません。設置レベルの試験 (防火システム設計に最も関連) では、0.3 gpm/sqft で設計されたスプリンクラー システム (方法 1) または代替防火計画 (方法 2) のいずれかによる、意図された消火設備の有効性を評価します。 世界中のESSプロジェクトに関わる請負業者や設計者は、UL 9540Aの試験結果に精通しておくべきです。なぜなら、メーカーの試験報告書には、特定の設置構成に必要なスプリンクラーの設計基準、ノズルの配置、およびシステムの種類が規定されていることが多いからです。

アプリケーション固有の考慮事項

電気自動車と駐車場：電気自動車（EV）の普及は世界的に加速しており、それに伴い、大型リチウムイオン電池パックを搭載した車両を収容する駐車場の保護という課題が生じています。研究データは、スプリンクラー設備を備えた駐車場がEV火災を火災発生区域内に効果的に封じ込めてきたことを一貫して示しています。米国では、NFPA 13により駐車場の推奨用途区分が一般危険グループ2に引き上げられ、NFPA 88Aでは、これまで免除されていた開放型駐車場を含むすべての駐車場にスプリンクラーの設置が義務付けられました。同様の駐車場保護基準の見直しは、複数の国際市場で進行中です。

マイクロモビリティ機器：電動自転車、スクーター、ホバーボードなどの機器は、世界中で住宅地における火災リスクを急速に高めています。これらの機器は、避難経路や居住空間で充電されることが多く、バッテリーパックに不具合があったり、認証を受けていないものを使用している場合も少なくありません。こうした事故の発生パターンは米国に限ったことではなく、ヨーロッパ、アジア、オーストララシアの消防署でも同様の傾向が報告されており、マイクロモビリティの普及が加速するにつれ、複数の地域で規制当局の注目を集めています。

大容量バッテリー保管：NFPA 13などの設置基準には具体的なガイダンスがほとんど含まれていないため、FMデータシート7-112が最も詳細な参考資料となります。家電製品、バッテリーモジュール、またはバッテリー駆動の完成品を扱う倉庫や配送センターの業務に従事する専門家は、FMの要件に対応するか、実規模試験によるサポートを備えた性能ベースの設計を開発する準備をしておく必要があります。

実務家にとっての結論

リチウムイオン電池の保護は、ニッチな専門分野ではなく、事実上あらゆる市場セグメント、あらゆる地域において、防火専門家にとっての中核的な能力となりつつあります。規格や基準は活発に進化しており、技術の要求と現行の規定基準との間には依然として大きな隔たりがあります。 実務担当者は、特定の構成に対して規定的な解決策が利用できない場合があること、化学組成とSOC（システムオンチップ）が材料設計のインプットであること、そしてUL 9540Aレポートまたは同等の方法論に基づく大規模な試験データが、許容可能なシステム設計を確立する上で決定的な要因となることが多いことを理解した上で、これらのプロジェクトに取り組むべきです。複数の管轄区域で業務を行う専門家にとって、米国発祥のフレームワークと、自国市場における新たな標準化活動の両方に精通することが不可欠です。 IFSAは、国境を越えて消火スプリンクラーの専門家をつなぎ、消火スプリンクラー保護の科学と実践を世界的に発展させることを目的としています。リチウムイオン電池技術が、当社がサービスを提供するあらゆる市場におけるリスク環境を絶えず変化させている中、この危険要因への対応を先取りすることは、まさに私たちの共通の使命です。