CAT蓄电池磷酸铁锂电池系统火灾抑制方法

摘要：体现磷酸铁锂电池储能技术优势的方面，为充放电速度快，功率密度高，使用寿命长，使其成为在储能领域应用空间广阔且前景宽泛的技术。然而，安全方面的问题一直是大规模推广面临的最大挑战。热失控属于磷酸铁锂电池存在的一种固有风险，有可能引发火灾、爆炸情况。针对磷酸铁锂电池储能系统火灾，存在多种不同的消防办法，像是全氟己酮、水或者七氟丙烷 。本文针对磷酸铁锂储能系统典型的热失控行为展开了分析，随后，从保证电池本体安全、对电池管理系统予以优化、强化火灾防控配置这几个不同方面，探究磷酸铁锂储能系统火灾的抑制办法。

关键词：磷酸铁锂电池；储能系统；火灾抑制；热失控

引言

能量密度较大的电化学储能，其产业链颇为成熟。相较于其他储能技术，在投入成本方面占优势，在场景应用方面占优势，在建设周期方面占优势，在转换效率上同样占优势，具备较高的增长潜力。那锂电池储能系统，明显呈现出充放电速率快捷、循环使用寿命长久的趋势。然而，因诸如过热，充放电过度，或是短路等缘故，极有可能引发热失控。处于这种状况下，系统会释放出较多的热量以及易爆物质，进而触发火灾、爆炸 。

1磷酸铁锂储能系统热失控诱因分析

1.1电池本体故障

对磷酸铁锂电池， 在投入使用之前， 要是其生产原料不合格， 并且工艺也不合格， 那么往往就必然会致使电解液以及负极材料自身的耐热稳定性降低下来， 进而影响到电极性能。 一旦隔膜表层有毛刺存在， 而且隔膜受到损伤， 这就容易引发电路短路。 要是电解质里含水量过高， 这样电池压力也会增加起来， 从而影响安全性， 进而造成电池失效。 鉴于运行环境不好， 再加上后期维修没做好， 电池寿命就会缩短， 使得材料耐热性降低， 最终引起热失稳。

1.2设备本体不足

电池储能系统，其外围护结构多数是预制舱，把储能电池、支架以及通风等当作辅助设施，预制成一个整体，它具备易于安装、能够自由移活、建设周期短的优势。虽说符合企业或行业对照质检的要求，然而在部分气候环境欠佳，特别是风沙、盐雾极端天气较多的区域，考虑并不周到，在这样的时候极其容易引发腐蚀、降低耐久性。鉴于预制舱里设备相对紧凑，其线路交叉紧密，一旦处理不妥当，可能会面有漏电、短路等不良隐患。

1.3技术支撑不足

于2021年，国家能源局分别颁布了两部纲领性之文件，其一是《新型储能项目管理规范(暂行)》，其二为《电化学储能电站安全管理暂行办法(征求意见稿)》。然而，安全管理以及应急处置方面，并未制定出详细且又科学的标准规范。鉴于技术条件存在匮乏的情况，有些设计人员寻觅不到完善的技术规范。如此一来，致使部分早期投入运行的电站出现功能性、安全性方面的问题。

1.4电滥用

电站处于运行态时，磷酸铁锂电池具备过充、放电情形的可能性，进而引发内部短路状况。电池呈过充时，伴随电压出现扩大的情况，其正极脱锂现象会逐步趋于加剧状态。在电阻有所上升后，处于高倍率过充状态时，其危险系数会大幅予以提升。鉴于负极石墨不存在良好的锂嵌入力，过充电势必会演替出锂枝晶。于穿刺、高温前提下，隔膜会发生熔融，从而引发内短路。当这些副反应实际的放热速度高于电池自身的热散失速度，热失控现象便会随之出现。鉴于生产工艺存有差别，电池性能同样有着极大不同。同一个厂家所生产的电池，同个批次的，也没办法做到全然一致。当处于不一样的使用工况之时，有些电池因长期超充放电，致使引发其他的安全隐患 。

1.5热滥用

工作温度出现失控状况，这同样还是热滥用的诱发因素。一旦电池管理系统存有故障，像充放电控制器出现故障的话，那么电池便会存在过充放的风险。温控元件出现故障后，电池温度超出正常水准，传感器出现故障时，电压和温度检测不当，如此电池管理系统也会暂停运作，甚至发出错误操作指令。散热通风系统陷入故障后，热量会大幅聚集，难以散开，进而引发过热现象。电站属于无人值守的状态，没办法动态监测磷酸铁锂电池的运行温度，尤其是在大热天，热量偏高，在这个时候电池也会处于过热状态，或者发生热失控 。

1.6机械滥用

机械出现滥用情况，具体体现于以下几个状况：装配工艺方面存在滞后现象，运输的过程中方式不当，还会受到外力带来的伤害，像是磷酸铁锂电池在中途的时候遭遇了挤压，并且出现了跌落的情况，进而致使电池受到挤压，甚至出现断裂；隔膜也受到了损害，内部电路存在着故障问题；电池出现泄漏，电解液直接和大气相接触，从而引发热失控 。

2磷酸铁锂电池火灾抑制方法

2.1改善电池结构

从组成方面来讲，磷酸铁锂电池包含了正极材料（磷酸铁锂），还有电解液，以及负极材料（石墨），另外还有隔膜这诸多各异的部分，材料出现失效变成了安全事故的根本引发原因。为了能够保障安全，增添材料的稳定性是有必要的。在石墨负极的表面之前涂抹一层耐火氧化物（Al2O3），如果隔膜出现熔融或者流动的时候，就能够预防正、负极相互接触。在隔膜其表面敷设一层覆陶瓷，也能够挑选高温隔膜，往电解液里混入一定量的阻燃添加剂，让它生成阻燃电解液，以上这些均可提升电池安全性。凭借纳米级PTC高分子材料，于电极材料外表予以涂敷操作，用以确保正温度系数敏感特征。当出现温度升高状况后，电化反应亦会相继中断，进而能够减少热失控情况。对于热扩散这一情况来说，需在电池外表涂抹一层膨胀物质，借此吸收其放出的热量，以此阻止连锁热失控状况的发生。除此之外，采用固态电解质替换原本的有机电解液方式，对力学性能加以优化，减弱锂树枝状穿透引致的损坏。如此一来，既能够将短路问题予以解决，又可以防止电解液出现燃烧现象。

2.2优化BMS电池管理系统

要防止电池出现过充、过流以及过压等一系列问题，那就有必要去安装一个BMS电池管理系统。要精准地去挑选取样点，进而实施动态监测。要全面测量电池的电压、电流以及荷电状态，在自动平衡的同时，达成智能化监控。特别是BMS热量管理技术，搭配使用智能化工业空调那般，能够设计一款高效散热通风系统。一方面来说，要对各个单体电池温度展开监测；另一方面来讲，要让电池维持一种安全的工作温度。就算是高温、极寒环境下，电池也不容易出现过温、低温状况。假如温度出现不正常情况，就要立刻进行反馈，紧接着切断电源，开启具备高效散热通风功能以及消防功能的系统，从而把事故在热失控的早期阶段予以遏制 。

2.3优化火灾防控配置

2.3.1提升热失控阻断水平

不管是电芯，还是集装箱，都得挑选阻燃、防火的材料。比如说，对于电芯负极，能够增设一个热阻层，采用阻燃电解液；关于模组塑料件呢，要去选取最高级别的V0阻燃等级；至于模组底部，需要选用玻纤维石棉，用以防止热失控出现二次扩散。

2.3.2设置火灾报警系统

对于火灾探测器而言，除去感温探测器以及感烟探测器之外，我们还得在舱内另外安装H2气体探测器、CO气体探测器还有VOC气体探测器，借助特征性气体来触发报警。从锂离子电池当中，我们能够提取出热失控气体，把它应用到储能电站火灾报警系统里。采集CO气体以及碳氢气体，同样是报警的关键所在。除了上述这些情况以外，在开启消防系统之前，要预先断开电池舱断路器。

2.3.3设置自动灭火系统

于国内电池储能电站里边，七氟丙烷燃气灭火系统是极为普遍的灭火系统。从其构成方面来看，包含了灭火剂贮存箱，还有喷淋头，以及电磁启动器、压力表、气体管路等诸多不一样的部分。自动灭火系统其自身就是淹没式系统，一旦火灾形成的话，在规定的时限之内就能够朝着预制舱箱里喷射足够的灭火剂，从而填满整个保护的空间。需清楚晓得，七氟丙烷对于我们的健康有着一定的毒性。所以，扑救之前要为人员撤离提供大概30s的时间。在防火区域之内，灭火剂的 LOAEL 浓度的最大数值必须要小于有毒反应 LOAEL 浓度的百分之十点五 。箱体的开口之处需要设置清晰可见的标志，以此方便人员快速判别 。与此同时，所有的门都必须依照从内到外的方向进行开启 。七氟丙烷这种气体所散发出来的味道十分浓重，会在箱体的底端出现沉积的情况 。所以，在箱体的下部同样也需要安装一个用于换气的设备 。当火焰被成功扑灭之后，室内以及室外都能够维持通风的状况 。在箱体的入口位置，需要安装一个喷射指示灯，当有气体开始喷射之后该指示灯能够持续保持亮起的状态，一直到通风换气的操作完成之后，才能够通过手动的方式进行解除 。

2.3.4完善泄压装置

将排风扇与可燃气体检测系统充分展开联合 ，一旦可燃气体的值凌驾于所设定的浓度之上 ，在这个时候把排风扇打开 ，进而可燃气体的浓度便会下降至爆炸下限 。要是热失控这情况得以发生 ，而消防系统又没办法起到扑灭的作用 ，集装箱的压强不间断增加 ，甚至出现内部爆炸的状况 ，在这个关头泄爆装置也会自主性弹开来 ，马上进行泄压 ，以此来保障人员的安全 。

3 结束语

磷酸铁锂电池存有热失控引发着火的风险，预制舱空间对比较闭塞，它能量密度高，具备较高的火灾隐患。所以，要尽早探测，还要对热失控电池予以定位，之后喷射灭火剂，这是保障电池管理系统安全的关键所在。伴随着自动化、智能化新技术的推行以及专业人员的不断研究，磷酸铁锂储能电站的火灾防控方案肯定会越发丰富、完备，储能电站必定会朝着更安全的方向稳健发展。