近年來，隨著越來越多的儲(chǔ)能電站投入運(yùn)行，國內(nèi)外出現(xiàn)的大規(guī)模儲(chǔ)能電站火災(zāi)事故呈高發(fā)態(tài)勢，儲(chǔ)能安全問題引發(fā)越來越多人的關(guān)注。據(jù)報(bào)道，韓國在過去兩年內(nèi)發(fā)生了23起儲(chǔ)能電站火災(zāi)事故；近期美國亞利桑那州一座儲(chǔ)能電站起火，造成四名消防員受傷，給儲(chǔ)能行業(yè)的發(fā)展蒙上了陰影。國內(nèi)方面，雖然儲(chǔ)能電站應(yīng)用處于初期階段，但已發(fā)生的幾起火災(zāi)同樣引起人們對(duì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的擔(dān)憂。通過對(duì)這些事故的統(tǒng)計(jì)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致儲(chǔ)能電站起火的原因很多，包括電池、電氣設(shè)備本身的質(zhì)量問題，也包括系統(tǒng)保護(hù)措施設(shè)計(jì)的缺陷，PCS和BMS以及EMS等系統(tǒng)之間的控制及保護(hù)功能協(xié)調(diào)性不當(dāng)?shù)龋约笆┕み^程中出現(xiàn)的質(zhì)量問題、運(yùn)行和維護(hù)管理不當(dāng)?shù)染彩莾?chǔ)能電站起火的原因。
圖1 韓國23起事故統(tǒng)計(jì)信息
針對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的起火、爆炸等事故發(fā)生的原因，鋰電池本身的熱失控，以及電池模塊和系統(tǒng)的熱失控?cái)U(kuò)散，成為鋰離子電池使用中最為嚴(yán)重的安全事故。
何為熱失控以及熱失控?cái)U(kuò)散？熱失控往往是由于鋰離子電池內(nèi)部短路（發(fā)生了擠壓變形、穿刺或者高溫炙烤等導(dǎo)致隔膜被破壞引發(fā)正負(fù)極短路），或者由于電池外部短路，導(dǎo)致鋰離子電池內(nèi)部短時(shí)間內(nèi)積累了大量熱量，引發(fā)正負(fù)極活性物質(zhì)和電解液等發(fā)生分解，導(dǎo)致鋰離子電池起火和爆炸，進(jìn)而蔓延擴(kuò)散。如果電池系統(tǒng)中，由于一個(gè)電芯產(chǎn)生熱失控而引發(fā)其他電芯熱失控，即為熱失控?cái)U(kuò)散。
圖2 電池?zé)崾Э匕l(fā)生模型
很多科研機(jī)構(gòu)以及各電池企業(yè)都致力于研究通過技術(shù)手段來規(guī)避電芯發(fā)生熱失控的誘因，并通過開發(fā)穩(wěn)定可靠的觸發(fā)方法來檢驗(yàn)發(fā)生熱失控以及熱失控蔓延時(shí)造成的危害程度。目前，國內(nèi)外包含儲(chǔ)能用電池?zé)崾Э匾蠛蜏y試方法的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)有IEC62619:2017, UL9540A:2018，GB/T36276-2018等。各標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)用情景不盡相同，在技術(shù)要求、觸發(fā)熱失控方式、測試方法手段等方面存在差異。
圖3 不同標(biāo)準(zhǔn)中的熱失控測試對(duì)比
通過對(duì)熱失控以及熱擴(kuò)散測試的研究，可以提供一些防范措施，主要有：
結(jié)合電芯熱擴(kuò)散系數(shù)，設(shè)計(jì)合理的電池間距，避免觸發(fā)熱失控電芯相鄰電芯溫度的急劇升高，降低因熱傳導(dǎo)導(dǎo)致的觸發(fā)熱失控蔓延的風(fēng)險(xiǎn)；
設(shè)計(jì)合理并且可靠的熱交換策略，例如液冷技術(shù)、風(fēng)冷技術(shù)、吸熱相變材料技術(shù)等，在電芯發(fā)生熱失控時(shí)，及時(shí)將該電芯散發(fā)出來的熱量及時(shí)導(dǎo)出電池模塊或系統(tǒng)。
BMS電路中設(shè)計(jì)合理的、必要的限制功能元件，例如當(dāng)部分回路電流、電壓、溫度出現(xiàn)異常時(shí)可快速、準(zhǔn)確的切斷回路，可有效避免電能傳導(dǎo)導(dǎo)致熱失控發(fā)生；
設(shè)計(jì)開發(fā)具有阻燃、降溫、滅火以及隔氧等功能的新材料應(yīng)用在電池系統(tǒng)中；
設(shè)計(jì)可靠的能量以及有害物質(zhì)（包括氣體、液體、固體等）定向及定量釋放策略，并配合可承受一定機(jī)械應(yīng)力的結(jié)構(gòu)，避免高溫噴出物以及噴出物燃燒產(chǎn)生的火焰對(duì)周圍電芯模塊等的影響。
TüV 南德常州電池實(shí)驗(yàn)室擁有多個(gè)專業(yè)的安全濫用測試室，具有防爆、廢氣清洗凈化、廢水回收處理和浸水式滅火等功能，可以提供鋰電池以及系統(tǒng)的熱失控和熱失控蔓延測試評(píng)估服務(wù)，也可以配合客戶為研發(fā)提供定制化測試服務(wù)。
圖4 專業(yè)的安全濫用測試室
TüV 南德常州電池實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)室總占地面積約6000㎡，擁有高性能進(jìn)口充放電系統(tǒng)、進(jìn)口大型步入式環(huán)境試驗(yàn)箱、大型三綜合振動(dòng)測試平臺(tái)以及專業(yè)的安全濫用測試室，可以為新能源汽車、動(dòng)力電池和儲(chǔ)能電池產(chǎn)品提供性能測試、環(huán)境可靠性測試及安全濫用測試等服務(wù)。產(chǎn)品覆蓋鋰電池單體、模組、Pack（電池包）及系統(tǒng)級(jí)別的各類產(chǎn)品，可以滿足UN38.3、國標(biāo)（GB/T 36276、GB/T 31467、GB 38031）、歐洲標(biāo)準(zhǔn) (ECE R100、ISO 12405、IEC 62133、IEC 62660、IEC 62619、IEC62620、IEC63056) 以及美國標(biāo)準(zhǔn)（UL 2580、UL1973、UL9540），致力于提供優(yōu)質(zhì)、安全、可靠的一站式測試服務(wù)和解決方案。
