鋰離子電池電力儲能系統消防安全現狀分析

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北極星儲能網訊:近年來，國內外發生的電力儲能系統火災引起大家對鋰電池儲能系統的普遍關注。據不完全統計，全世界範圍內鋰電池儲能火災安全事故在過去的一年內發生超過30起，造成了重大的財產損失。因此，在鋰離子電池成本降低到商業化的拐點後，儲能系統的消防安全問題就成為制約鋰離子電池電力儲能大規模推廣的關鍵瓶頸。

本文來源：微信公眾號 ID：esst2012

1 鋰離子電池火災特徵分析

1.1 鋰離子電池火災機理分析

鋰離子電池從結構上看，密閉的空間存儲大量的能量，具有危險的本質，而“熱失控”是導致鋰離子電池安全隱患的根本原因，有機小分子引發的副反應的鏈式反應導致電池熱失控的發生。

鋰離子電池的熱失控機理包括三個階段：

第一階段：鋰電池熱失控初期階段。由於內外因素引起電池內部溫度升高至90~100℃，負極表面的SEI鈍化層分解釋熱量引起電池內部溫度快速升高；當溫度達到135℃時，隔膜開始融化收縮，正極與負極之間相互接觸造成短路，從而引發電池的持續放熱。

第二階段：電池鼓包階段。在溫度約為250-350℃時負極C6Li或析出的鋰與電解液中的有機溶劑發生反應，揮發出可燃的碳氫化合物氣體(甲烷﹑乙烷)，伴隨大量產熱。

第三階段：電池熱失控，爆炸失效階段。在這個階段中，充電狀態下的正極材料與電解液繼續發生劇烈的氧化分解反應，產生高溫和大量有毒氣體，導致電池劇烈燃燒甚至爆炸。

1.2鋰離子電池電力儲能系統火災特徵及蔓延特徵

儲能電池系統由十幾組電芯以串並聯方式構成電池箱，接著電池箱進行串聯連接成電池組串，隨後電池組串通過並聯集成系統安置在一個儲能電池櫃內。

火災蔓延過程，主要是由於首節電池單體熱失控，通過熱傳質、熱輻射引發相鄰電池單體相繼發生熱失控，最終導致整個鋰電池儲能系統的發生火災事故。

鋰離子電池儲能系統火災具有與眾不同的特點：（1）燃燒激烈﹑熱蔓延迅速；（2）毒性強﹑煙塵大﹑危險性大；（3）易復燃﹑撲救難度大。

2 鋰離子電池儲能消防安全分析

2.1鋰離子電池儲能系統技術規範適用性不足

目前全球範圍內已發佈的一系列關於鋰離子電池儲能系統現有技術的相關標準，大多處於制定和摸索階段。針對鋰離子電池儲能系統，從安全保障體系的角度，還需加大鋰離子電池安全性技術研究力度，建立與電力儲能應用相適應的標準體系。

2.2缺乏針對性的消防滅火劑

現有的滅火劑如干粉滅火劑對鋰電池滅火幾乎沒有效果；滷代烷1301﹑CO2﹑七氟丙烷只能撲滅明火，無法從根本上抑制火災發生，往往稍後會出現復燃，不具備降溫和滅火的雙重功能，對鋰電池的火災不具有適用性；水噴淋系統技術比較成熟，降溫滅火效果明顯，成本低廉且環境友好，但耗水量大，撲救時間長，撲滅火災後將導致儲能電站內的電池短路損壞而無法正常使用。

因此，針對鋰電池，特別是大型儲能鋰電池系統的火災隱患進行滅火防護，設計開發新型高效、防復燃滅火劑及滅火劑釋放系統和裝置，有利於鋰離子電池儲能系統的大規模商業化應用。

3.1建立科學合理的消防測試模型及技術規範

目前，現有的鋰電池消防滅火關鍵技術參數參差不齊，國內外也尚未創建關於鋰電池火災的測試模型，缺乏權威的技術評價規範，無法判斷鋰電池火災事故的撲救效果。因此，需要從根本上釐清儲能系統鋰電池火災特性，通過建立科學合理的消防測試模型進行鋰電池火災模擬實驗，為鋰電池火災防控裝置的測試及消防安全技術效果的全面評估提供技術支撐，從而來指導技術評價標準的建立與完善，對實際的應用提供技術依據。

3.2 設計開發新型滅火劑

針對現有消防滅火劑的不足，開發新型消防滅火劑具有緊迫性。結合鋰電池熱失控及熱蔓延規律，設計靶向性的滅火劑，實現精準降溫；通過對鋰電池滅火劑的藥品劑量、噴射方式、噴射壓力、噴射時間、滅火濃度、滅火效率等功能參數進行優化，實現新型高效通用型滅火劑的設計。

此外，新型滅火劑的環保性能非常重要，是其能否被推廣使用的另一項關鍵指標。需要考慮滅火劑施放後是否產生有毒有害產物造成汙染、是否對電氣系統造成腐蝕或降低絕緣性。

3.3集成化消防系統研究

鋰電池消防系統不是彼此獨立的單元，而是一個高度集成化的整體，各個組件間的集成對於整體系統功能的實現有著至關重要的影響。因此，消防系統各個部件需要集成研究，整體協同操作，使其相互無縫配合運行，發揮最佳效應，是提升消防系統系統靈活性和安全性的重要手段。未來，隨著物聯網、5G技術的推廣，新型儲能模式與消防方案增多，消防系統也將逐漸趨向集成化、智能化。

結 論

電化學儲能系統在我國能源消費結構調整和可再生能源比例提升方面具有重要意義，針對現有電化學儲能系統最緊迫的火災及消防安全領域的關鍵技術進行攻關和研究非常必要。概括來說，通過鋰離子電池火災的特點及其發生和演化機理，驗證現有的消防滅火技術對鋰離子電池火災的滅火效果與不足，基於典型預製倉式鋰離子電池儲能系統的消防滅火需求，建立科學合理的消防測試模型及技術規範，設計開發新型針對性的滅火劑，集成化、標準化鋰離子電池儲能消防系統，結合智慧消防與5G技術研製出針對鋰離子電池儲能系統消防安全防護技術規範與標準，解決目前大型鋰離子電池儲能系統因安全引發的一系列問題，提升現階段電網儲能的安全性和可靠性，為實現鋰離子電池儲能系統大規模的工程化與商業化應用提供必要的技術保障。

原標題:鋰離子電池電力儲能系統消防安全現狀分析

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