锂电池定制16年-动力锂电池系统解决方案商

 

目前，储能电站和电池充电器的安全事故时有发生。本文将讨论电化学储能电站的安全风险，发现并分析了已知和未知的问题，并将提出锂电池储能安全的解决方案。

 

1.液冷产品的技术路线是什么，有什么区别？

目前，很多储能系统集成商推出的液冷产品都不是简单的系统散热，而是高门槛的液冷储能技术。它通过冷却剂的对流直接将热量辐射到电池中。难点还包括如何降低冷却液泄漏的风险，它通过考虑多维度的设计、环境条件、散热要求和可靠性要求，完全可以满足储能电站的电池存储安全要求。

就液冷产品而言，温控企业和储能系统集成商采取的技术路线可以说是一致的。不同厂家应用的基本原理相同，差异主要体现在产品设计的具体实施上，如能效等级、结构布局、核心部件选择、制冷剂类型、电子电气设计等。

与风冷系统相比，液冷系统在热传导、能量密度、安全性、可靠性等方面有明显优势。特别是在解决了风冷系统中电池温度不均匀的问题后，电池模块的循环寿命和可靠性有了很大的提高。

企业在产品设计中应考虑以下两个方面： 一是温控系统自身的火灾风险管理和阻燃性能，不要因为自身的问题而危及储能电站的安全；二是温控系统要为储能电池安全提供稳定可靠的电池冷却方案，保证电池不因温控故障而过热，而以上两点对于温控企业和储能集成商的技术方案要求是一致的。

除了要求温控产品按规定进行优化设计和可靠制造外，还应根据不同储能电站的技术特点，匹配相应的温控方案。温度控制公司和储能系统集成商的液体冷却产品的侧重点会有所不同。温控公司更注重液冷主机的开发，而储能系统集成商集成商则更关注整个电池储能安全系统的温度控制，不仅包括液冷主机的功能，还需要结合电池液冷端的性能，最终目的是很好地满足电池温度的一致性。

目前，一些集成商的液冷方案，温度一致性已经达到了2.5摄氏度以内，电池的寿命也得到了很大的提高。由于温控企业仍然是温控领域最专业的解决方案提供商，相信未来温控企业与系统集成商共同研发液冷系统将是行业的发展趋势。

对于储能电站的安全要求，保持电池温度良好的一致性，在一定程度上可以防止电池 “热失控”，但勉强依靠温控方案的改进并不能有效解决安全隐患。储能电站每次发生安全事故的原因都很复杂。为了保证储能电站更高的安全性，如何从电池、电池管理、温控系统、消防等方面避免、预防、及时控制和最大限度地减少安全隐患的损失，将是储能电站的健康发展。这将是一个健康发展的行业需求。

 

 

目前，储热管理的方式主要有两种：风冷和液冷，各有各的特点。但由于液冷所使用的防冻剂密度是空气的1000倍，比热是空气的4倍，作为热载体与空气冷却相比具有载热能力大、传热效率高的特点，在能量密度较高、充放电速度较快、环境温度变化较大的情况下，对电池热失控的防止更为有效。

现在市场上的液冷产品其实是二者的深度结合，从技术路线上看没有大的区别，基本采用的是液冷单元和Pipeline以及液冷箱的方案。液冷的作用是通过制冷剂与电池之间的热交换，实现对电池的温度控制，使电池能在更合适的温度下工作，延长电池的使用寿命。同时，当电池热失控时，它可以延缓热失控的蔓延时间。但是，它不能防止热失控的发生和蔓延。

无论是温控企业的液冷产品的设计和测试，还是储能系统集成商的使用和测试，都是以满足储能电站的安全要求为前提的。技术路线是一样的，但产品的意识形态是不同的。2021年以前，中国储能系统使用的电池组件主要是风冷产品。自比亚迪率先推出符合中国标准的液冷电池组件后，目前，松下电力、远景能源、科华、天合光能等锂离子电池公司也有相应产品推出。

业内储能系统集成商推出的液冷产品主要是指采用液冷电池模块的电池储能安全产品，毋庸置疑，一些企业的储能变流器产品采用了液冷制冷。与风冷制冷相比，液冷制冷有自己的优势，但也面临新的挑战。

使用液冷制冷的储能电站的安全需要格外注意液体危险防护，主要是在正常使用或维修时系统中存在冷凝水，在相应部位的设计中应考虑较高的污染等级，并采取一些措施防止冷凝水的积聚；在正常运行、设备维修时，软管或其他系统部件（如储液器）松动或脱落，不得有液体泄漏到带电部分或对电气绝缘的影响。封闭式液体密封系统应设有超压安全装置。

液体冷却系统超压安全装置应满足以下要求：安装位置应尽量靠近被保护的液体密封系统；注、排液口到位并有标识，防止释放物溅到任何人身上；释放口到位并有标识，确保装置启动时可能造成危险的部件不进液。冷却装置与被保护部件之间不应有截止阀，冷却装置应具有气水自动分离和排气的功能，电池储存安全系统应能在线监测和显示液体冷却装置循环冷却液的压力和温度。

 

 

2.消防设施在电池储能安全建设中的作用是什么？

消防设施的有效性可以限制火灾类型在储能系统某些部位的蔓延，特别是对电池热失控的早期抑制，使事故的范围和程度降到最低。消防系统不同灭火剂的交替发展，不同预警检测的创新，不同消防控制逻辑的优化更新，都表明消防设施在电化学储能电站中越来越受到重视。

电化学电池储能安全站与传统建筑不同，在有限的空间内存放大量的电池，火灾负荷大，火灾风险高。一旦电池受热失控，就很难扑灭，特别容易形成系统性火灾，烧毁整个容器，甚至发生爆炸。鉴于储能电站的特殊性，消防系统的设置就显得尤为重要。在消防策略上，应立足于早期发现、准确探测、早期准确灭火。

消防设施是被动的。电站发生火灾时，利用消防手段抑制和扑灭火焰，防止火势蔓延，尽量减少火灾损失和人员伤亡，这是消防设施的主要作用。根据蓄电池火灾的特点，可将报警和灭火装置下沉到单体储能模块中，有效抑制火位的上升，防止火势蔓延，并采用冷却吸热的气体灭火方式。

其次，应考虑灭火剂对电池电导率的影响，避免对系统正常运行造成破坏。为保证电池储能安全，在封闭的大型独立储能空间内仍需安装终端消防设施，必须具备快速灭火和长期吸热保护的功能，同时要防止电池火灾的重复燃烧，避免次生灾害和爆炸事故，防止火灾向更高层次蔓延。

2019年，DNV挪威船级社一项关于锂离子电池安全的研究发现，压缩空气泡沫的灭火效果好，尤其是主要灭火性能（包括灭火能力、长期吸热率、短期吸热率）优于其他灭火方式，并具有优良的抗燃性能，在锂电池灭火中将发挥至关重要的作用。

消防设施对电池储能安全站的电气火灾和电池火灾可以起到一定的预警和灭火作用。多种传感器的组合，可以对电池泄漏、热失控进行一定程度的预警，如监测电池可燃气体泄漏、电解液泄漏，及时预警；气体灭火器可以在电池起火时有效扑灭电气火灾，扑灭或减缓火势蔓延；水灭火器可以在火势未得到有效控制时采用水淹式灭火方式，避免造成更大事故。

金属锂是所有已知元素（包括放射性元素）中反应性最强的系列，热失控现象在锂离子电池中很常见，这是锂电池在电池储存安全方面的一个潜在安全问题。另一方面，EMS和PCS是由大量的电子电气元件和高低压线束及其连接部件组成的，但它们也不能被忽视。

 

 

作为最后一道被动防御系统，消防设计、选材、布局和施工的合理性直接影响到储能产业的健康发展。消防系统能够及早发现并报警，快速灭火，隔离火灾的传导和辐射，防止燃烧面积扩大造成的损失。整个消防系统要配合储能消防供水的要求，预留消防供水和消防的接口，使整个储能电站形成消防组合的立体系统，以最小的损失体现消防产品的价值。

电化学储能火灾防护的关键在于早期发现和处置。根据目前已发生的储能火灾案例分析，储能火灾的隐患大多来自于电池异常引起的火灾。这种火灾深入隐患，不易被工作人员发现，因此，早期发现火灾信息并准确有效地反馈给火灾处置单位就显得尤为重要。使用完整的、有针对性的电化学储能灭火系统，可以在电池储能安全站发生火灾的初期有效灭火，长时间抑制火势，并将火灾信息报告给主站，节省消防员的宝贵时间。

蓄电池安全中的消防设施的作用是及时发现火灾危险信号，保证火灾事故发生后及时灭火，减少火灾危险事故的蔓延。当然，对消防设施的选择、探测器的类型、布局和安装、控制逻辑、灭火剂的选择和用量、设施本身的可靠性、消防设施与储能系统整体控制的衔接等也有严格的要求。

 

3.电化学储能电站的早期电池储能安全预警和控制措施有哪些？

在精准检测方面，利用芯片的底层检测优势和温度/烟气/气体检测三位一体的跨界、复合能力，打造小型化、集约化的检测器，预装/内置电池模块，做到早发现、早行动、早隔离，精准检测具体电池模块；采用气体灭火和高压水雾的复合方案，针对不同场景、不同级别（类、群组级、包级）的储能消防解决方案的需要，进行防重燃。

对电池储能安全舱、电池集群和电池PACK箱进行分级检测，实时监测电池运行周期数据，采集分析电池热失控特征数据，根据电池在不同阶段的异常情况做出不同级别的检测和报警，并做出不同的防控处理。结合电化学电池储能安全厂的建设规模和布局，进行多阶段火灾防控。

 

 

在安全措施方面，电池热失控极早期特征参数的采集和信号传输系统、灭火设备、泄压装置、主动排烟设备、报警设备和火灾显示设备等。在防控措施方面，一般以优化电化学储能电站的设计为出发点，如电化学储能电站的选址、站区的规划和一定距离的防火距离的安排。

还包括电化学电池储能安全系统的用电、采暖、通风、空调，最后是消防设施设备、消防用水、消防车道等的安装。目前可提供电化学电池储能安全厂房完整的系统解决方案。可燃气体（H2、CO、VOC等）的检测结果作为预警系统的预警信号 报警系统采用烟雾、温度和可燃气体三种火灾探测器，通过检测烟雾、温度和可燃气体三种信号对火灾进行智能检测。自动灭火系统采用 “全氟己酮和压缩空气泡沫 “的组合创新应用。

在PACK级、集群级火灾中采用全氟己酮精准定向灭火，多次释放，持续冷却，防止复发。对于机舱火灾，压缩空气泡沫被用作终极防线。整个机舱被填满，温度长时间降低，可以防止火灾复燃，将火势控制在一个机舱内。移动式压缩空气泡沫灭火装置作为一种应急救援装置，与电池仓预留的灌装口连接迅速、灵活、性价比高。屏障抑制型压缩空气泡沫喷洒装置是将泡沫喷洒在起火电池舱的外壁和顶部，形成泡沫屏障，防止火势在舱内蔓延。

蓄电池安全预警措施主要包括蓄电池和电气设备的电压、温度等运行参数异常的预警，火灾危险信号（可燃气体、烟雾、温度）的预警，蓄电池系统绝缘故障的检测和预警，消防系统、传感器状态、温控设备、通讯、水浸等异常情况的预警。

它主要由储能系统的BMS、PCS和EMS进行控制和保护。储能安全预警系统由BMS系统、火灾探测系统、红外摄像机组成。BMS系统是最早能够感知电池指数的系统。通过监测单体电池的电压、温度、SOC、SOH、总电压、电流、总正负，可以安全预警壳体的绝缘电阻。火灾探测系统感应系统指标，红外摄像机感应表面指标，灭火是通过1,1,1,2,3,3-七氟丙烷和消防水管道喷射。

 

4.电化学储能装置的安全设施费用是多少？

以1MW储能容器为例，传统的储能温度控制、安全预警、消防方案约占1%-4%的支出。未来，电池储能安全方案技术升级到精确检测维度，支出比例将增加到5%-8%。据了解，目前全球电池储能安全的成本在4%-6%之间。消防设备的成本与使用的方案有关，1,1,1,2,3,3,3-七氟丙烷类消防系统的成本为数万元，全氟己酮PACK类，根据方案不同，成本在十万至十万之间。

 

 

5.储能电站发生火灾的原因有哪些？

在过充、过放、过热、机械碰撞等内外因素的影响下，容易造成电池隔膜塌陷和内部短路，从而导致热量失控。基于主动安全的设计理念，目前采用的是三级防爆和三级防火以及三级绝缘监测保护，它有六个安全设计： 本体安全、设计安全、结构安全、系统安全、管理安全和消防安全。

从全球储能电站火灾案例来看，热失控的原因大多来自电池温度。如何解决电池内部与外壳之间的热传递问题，仍然值得探讨和研究。风冷技术以空气为冷却介质，以对流为传热方式；液冷技术以冷却剂为介质，以热传导为传热方式。从传热的角度来看，液体冷却可以在一定程度上有效降低热失控的风险。

事实表明，电解液泄漏、过充过放、电芯短路、绝缘失效、电缆损坏、过流等导致电池发热失控或设备温度异常起火，电池老化、一致性差、热交换系统失效，导致系统高温运行造成热量积聚，绝缘设计不良或外部异物（导电粉尘、液体）进入，试运行等操作不当导致短路，外部遇到明火、撞击、雷击等各种意外因素都会造成火灾。

电化学电池储能安全厂的火灾原因是复杂的、多方面的，但最常见的是电池的热失控，由于其热失控发展具有一定的持续性和不可逆性。因此，单纯依靠温控降温方式并不能完全防止热失控的发生，这就需要必要的、有效的消防手段配合温控设施，对热失控电池进行联合降温控制，同时进行压制和灭火。

相比之下，在局部防护单元，吸热能力强、易挥发、环保的蓄电池和电气设备，无损灭火剂更适合一些，如全氟己酮。在较大的防护空间内，需要能够快速填充空间，隔离空气，对电池系统整体进行阻隔冷却保护，综合比较，雾状智能压缩空气泡沫是不错的选择。

为解决这一问题，业界提出的解决方案是多层次、多维度的检测方法，如热解粒子检测仪、嵌入式微温检测仪、嵌入式微气检测仪等，可以实现非常早期的检测和报警。另一种常见的火灾是电气火灾，由于电气短路、过流加热、老化加热、雷击等原因。

一般来说，是电解液泄漏、蓄电池内部或外部短路、电弧击穿、蓄电池过压、温度过高、电流过大、冲击等。 电气火灾一般可以通过消防设备扑灭，但由于电池本身具有能量，会不断引起电气火灾的蔓延。同时，蓄电池安全厂内有大量的蓄电池，蓄电池发热失控后，很容易引起蓄电池周围的连锁反应，蓄电池要不断降温才能有效控制火灾的蔓延。

 

 

6.电池储能安全案例的预防

复合探测器可用于检测锂离子电池热失控的温度、烟雾、可燃气体、VOC等特征数据，可有效预防和控制锂离子电池热失控引起的电池储能安全站火灾，检测数据与电池BMS数据相结合，可综合判断电池储能安全，做到早判断、早预警、早处置，避免电池热失控引起火灾。

当电池失控时，采用气体或液体的灭火剂直接作用于电池，扑灭明火，而灭火剂的喷射需要对电池有良好的冷却作用，阻断电池的热膨胀失控，防止电池再次燃烧。

蓄电池系统存在缺陷，系统保护不完善，运行管理不善，消防系统不完善等。解决的办法应从提高电池的安全性入手，加强电化学储能电站运行维护的安全管理，建立可靠的电池消防系统，包括电池库/室的消防设计，分为火灾探测、分级报警、灭火、远程控制；电气（控制）室的消防设计，针对变电站及配电柜、控制柜、逆变器等电气设备，采用火灾探测管式灭火设备。

目前，造成电池储能安全厂火灾的主要原因是机械滥用、电气滥用和热滥用，而锂离子电池本身由于其能量比非常高，活性非常高，具有易燃易爆的基本条件。锂离子火灾主要是由于过充和过放，导致单体锂离子电池的热失控，如果不能及时扑灭，严重时将导致热失控，由于多个电池组组合的储能工厂，大量单体电池的紧密包装，不能快速有效散热，导致锂离子电池组向整个电池群的危险扩散。

主要有以下几个阶段需要防范：

设备选型阶段：规范关键设备和电池储能安全系统单元的选型，尽量选择合格产品
电站设计阶段：加强对电站设计方案的评估，特别是安全设计的评估；
设备采购阶段：加强对电池、PCS和系统产品的生产过程监管；
安装调试阶段：规范安装调试程序，制定相应的应急响应程序，加强人员培训和现场管理；
运行维护阶段：制定高质量的运行维护质量管理手册和程序文件；加强对运行环境和设备运行状态的管理和维护；启动试运行验收和定期安全检查。

引起蓄电池安全厂火灾的原因，主要包括：高压继电器粘连、电解液泄漏、高低压隔离、蓄电池内阻增大、蓄电池隔膜击穿内部短路、蓄电池过充电、过放电。应加强软件控制、测试和保护。液冷本身就是解决电池散热问题的较好选择，液冷更有利于电池温度控制，随着充放电率的提高，液冷是电化学储能温度控制的主流方案。

一些公司的液冷电池系统的出液口温差在±0.5℃范围内，而电池储能安全系统的设计是为了使电池组长期保持在均衡舒适的工作温度范围内，消除电池发热失控带来的安全隐患。

 

 

7.采取哪些措施促进储能的安全和可持续发展？

目前，要构建以市场为导向的绿色储能技术创新体系，根据具体应用场景开发不同的电池储能安全技术，从材料、器件、系统、应用等多个层面进行协同创新，通过颠覆性技术的开发，储能成本可以降低一半以上，电化学电池储能安全系统的安全性可以提高到完全可控水平。

今后要加强建立以市场为导向的绿色储能技术研发体系和人才培养体系，针对大容量、低成本、高安全性、易回收等问题，积极推动储能技术的创新。我们将积极推动储能技术的创新，降低电池储能安全应用的成本，促进电池储能安全技术和产业的发展，推动全球能源清洁转型。

电池储能安全站的安全防控贯穿于电池制造、电站设计与建设、运行维护、事故应急处理等全生命周期的诸多关键环节。借助大数据技术，对电池的运行数据进行分析和挖掘，建立电池储能安全系统的在线状态评估和主动安全预警，优化电池储能安全站的运维策略，对于降低电池储能安全电站的安全事故风险具有重要意义。

电池储能安全体系有三个方面，一是制定安全性能测试方法的标准，二是有害气体的评价，三是研究安全性能分类和综合评价的标准。电池储能安全，无论是本体安全、主动安全，还是被动防御措施，都需要从电池材料、防火材料、电芯、模块、系统集成，以及设计院、电网公司、锂离子电池生产企业、消防部门等不同机构对电化学电池储能安全技术进行联合研究，实现真正的创新，为大规模电池储能安全产业发展提供保障。

在设备选型和采购阶段，客户应要求参与投标，储能产品应通过国家认监委批准的认证机构认证 开展电池储能安全系统的试运行和验收测试；开展电池储能安全并网和消防验收，确保符合并网标准和消防安全要求；定期开展运维质量评价，确保电池储能安全工厂的运行质量。还可以通过合作研究、联合测试、建立联合实验室等方式，在研究检测机理、预警分析、扑救处置的基础上，结合检测技术、传感器、控制系统、扑救材料等创新技术，探讨锂电池火灾的形成机理及其早期失控特征，提升电池储能安全体系。

 

 

目前，在用的储能式消防设施灭火系统的储存形式有储压式、备用式和泵组式。灭火设施存在着启动风险和维护风险。我们建议采用多阀多泵联动驱动灭火剂的阀门或泵组 选择非储压式、非备用压力式、非泵组式免维护消防设施。最重要的是建立严格的产品技术标准。