中國儲能網(wǎng)訊：鋰電池安全問題一直是困擾廣大相關行業(yè)的技術人員，也阻礙了行業(yè)的健康發(fā)展。鋰電池本體的極致安全應該是電池廠家要去攻克的難關，而不是去定義多大容量電池，吹噓有多長循環(huán)壽命。鋰電池發(fā)生熱失控防止熱擴散熱蔓延只是防止把風險可控縮小化的一項措施。引發(fā)電池熱失控的因素有很多，歸納起來最主要的就兩點，電芯內(nèi)部短路和外部短路。
電芯內(nèi)部短路的原因主要是電化學反應材質(zhì)變化和工藝制程中存在的問題。鋰析晶和毛刺刺穿隔膜以及隔膜老化，這里就不多贅述。
電芯間外部短路往往被很多人忽視。電芯間外部短路的原因主要是電池系統(tǒng)內(nèi)絕緣材料失效導致的。絕緣失效的三大類型是絕緣擊穿、絕緣老化與絕緣損壞。
絕緣擊穿是指絕緣材料在電場作用下，由于內(nèi)部或表面的缺陷、雜質(zhì)等原因，導致其失去絕緣性能，從而發(fā)生電流泄漏的現(xiàn)象。
絕緣老化是指絕緣材料在長期使用過程中，由于熱、氧、光等環(huán)境因素的影響，導致其物理和化學性質(zhì)發(fā)生變化，從而降低其絕緣性能的現(xiàn)象。
絕緣損壞通常由多種因素引起，包括機械應力、化學腐蝕和電氣過載等。這些因素會導致絕緣材料性能下降，最終導致絕緣失效。
絕緣材料的老化與系統(tǒng)熱設計關聯(lián)性較大，散熱能力不夠或散熱不均，溫度過高會加快絕緣材料老化。另外，舉個電芯間絕緣失效的案例，某個廠家的280Ah A品電芯，在車間里放置不到10個月時間，包裝完好未開封。準備要開工集成時，發(fā)現(xiàn)大部分電芯都鼓包了，如果這些電池組成模組后，模組內(nèi)電芯間絕緣材料只有藍膜和隔熱片/泡棉，電芯鼓包越嚴重，對電芯間的絕緣材料擠壓力越大，易造成電芯間絕緣材料損壞。之前某家公司爆出電芯外殼開裂批量召回事件，有可能是電芯鼓包將鋁外殼焊縫脹裂。
按照傳統(tǒng)的電池簇設計方案，在電池簇高壓盒內(nèi)安裝熔斷器。如果在熔斷器的后端（P+P-線纜、直流匯流柜、PCS）發(fā)生短路，瞬間產(chǎn)生的大電流從電壓高的一側流向短路點/電壓低的一側。此時高壓控制盒內(nèi)的熔斷器可起到短路保護作用。并且首先熔斷高壓盒里的熔斷器。
如果在電池簇內(nèi)高壓控制盒的前端（電池插箱間、模組間、模組內(nèi)部）發(fā)生短路，兩個電芯間絕緣失效造成外部短路。此時，外部短路兩點間是沒有熔斷器保護斷開電路。短時內(nèi)就有高溫、強電流的能量釋放，短路點如不能斷開的話，很容易引起電池熱失控。即使消防滅火氣體噴發(fā)了，短時滅火降溫，后面仍是會復燃。
有人可能會提出疑問，儲能系統(tǒng)內(nèi)有絕緣檢測功能，發(fā)生絕緣失效的這個點會形成接地回路，PCS是會檢測到的？這里需要告知給大家的是目前的儲能系統(tǒng)在線運行時不做實時絕緣監(jiān)測，絕緣監(jiān)測電路是斷開的。
目前的液冷電池插箱的設計方案，在電池插箱里裝熔斷器或在電池簇內(nèi)插箱中間段裝一個外置熔斷器盒。這種方案只做到了插箱級和簇級短路保護。如果發(fā)生模組間或模組內(nèi)部短路，是沒有熔斷器做熔斷保護。那這個問題怎么解決呢？有沒有解決方案呢？
之前韓國三星的三元方殼電芯內(nèi)部有OSD和Fuse裝置，并且他們也擁有此項發(fā)明專利，這項發(fā)明專利也是為了提高電芯的安全性。儲能磷酸鐵鋰電芯同樣也可以借鑒三元電池內(nèi)部裝Fuse的方案思路，提高電芯本體以及集成成組后的安全性能。
上周有篇儲能電站著火事故報道，2024年5月26日14時許，海南某市一70MW農(nóng)光互補型光伏儲能電站磷酸鐵鋰電池預制艙發(fā)生火災。關于這起事故，官方給出的判定起火原因為6號電池預制艙內(nèi)2號電池簇底部配電箱因外部高壓沖擊短路起火。多位專業(yè)人士看過此篇報道后都不認同此判定結論！官方所說的配電箱其實是電池簇里的高壓控制盒，高壓控制盒里電壓也并不高，小于1500V。本人認為產(chǎn)生沖擊的原因是2號電池簇內(nèi)短路了，電壓驟降，其余15個高電位的電池簇瞬間對2號電池簇造成浪涌沖擊，強大的浪涌電流可熔斷金屬導線/母排和聯(lián)結器，從視頻監(jiān)控里面看到的可能是打火的表面現(xiàn)象。
當前很多儲能集成廠家和電芯廠家技術路線都集中在大電芯、高能量密度、長循環(huán)壽命上考慮，鋰電池及其系統(tǒng)的極致安全是儲能和移動動力電源行業(yè)亟待解決的問題。不是定義未來開發(fā)的電芯容量是625還是688，也不是定義集裝箱容量是6MWh還是8MWh。鋰電池及其系統(tǒng)的極致安全是需要廣大從業(yè)人員深入研究電芯的本質(zhì)安全以及集成設計安全，是需要很多次慘痛的經(jīng)驗教訓以及不斷的試驗驗證才能糾正方向砥礪前行。
